CN1290206C - 控制容性执行机构的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

将能量(E)输入给一个容性执行机构并且测得加在执行机构上的执行机构电压(Up)。从能量(E)和执行机构电压(Up)与基准值(Bo；Bu)的比较中得出一种功能状态，例如执行机构或喷射阀的故障或正确的功能。此外从执行机构电压(Up)中推断出执行机构行程(ds)。在具有执行机构特性曲线(KLI，KLII)的图表中表示的规律性作为本方法的基础。

Description

控制容性执行机构的方法和装置
技术领域
本发明涉及到控制容性执行机构的方法，特别是燃料喷射阀的控制方法，和实施本方法的装置。
背景技术
实施本方法的方法和装置叙述在还没有公开的德国专利申请19644521.3中。在这种方法中将预先规定的能量输入给容性执行机构。这是通过在执行机构中的充电电容器的定义的再充电进行的，此时将充电电容器从初始电压值放电到最终电压值。另外一种选择是通过测量在执行机构中流过的以及加在上面的电流和电压值求出加在执行机构上的能量。
发明内容
本发明的任务是，这样对容性执行机构进行控制，以便对执行机构或燃料喷射阀的功能状态进行诊断。
根据本发明的控制容性执行机构的方法，特别是内燃机的压电式运行的燃料喷射阀的控制方法，其中，求出加在执行机构上的能量和测出所属的施加在执行机构上的执行机构电压；根据执行机构的特性曲线从能量和执行机构电压得出推断出执行机构行程，和根据所述的执行机构行程在由上限和/或下限基准值所确定的范围内的位置来推断出执行机构的与该位置相对应的功能状态。
优选地，根据所述的执行机构行程与基准值的比较推断出一种功能状态。由处于下限基准值和上限基准值之间的执行机构行程推出一个正确的功能状态；当执行机构行程低于与上限基准值相对应的执行机构最小行程时得出第二种故障形式；当执行机构行程超过与下限基准值相对应的执行机构最大行程时得出第一种故障形式。
根据一种优选方案，由处于下限基准值和上限基准值之间的执行机构电压推出一个正确的功能状态；执行机构电压低于与下限基准值相对应的执行机构最小电压时得出第一种故障形式；执行机构电压超过与上限基准值相对应的执行机构最大电压时得出第二种故障形式。
也可以求出能量和从属的执行机构电压的多个数值，并且从中推断出一种功能状态。基准值可以随着执行机构的温度进行变化。可以测得从属于故障形式的执行机构的工作点，并且从中求出基准值。
优选地结合附加的测量量，特别是内燃机的固有噪声中推断出一种功能状态。
根据本发明的用于实施上述方法的装置，其特征为：一个控制电路，该控制电路具有一个充电电容器，充电电容器经过主开关与能源连接，并且与由主开关所连接的振荡线圈和一个辅助开关所构成的串联电路并联；此时与辅助开关并联的一个串联电路含有
-放电开关和充电开关的一个并联电路，和
-执行机构和一个二极管的并联电路，二极管是向负极方向流过电流的，
一个控制装置，其控制控制电路并且有一个特性区，特性区有执行机构的特性曲线、基准值和修正系数，特别是用于温度补偿和控制电路的部件损耗的补偿，
其中控制装置借助于一个内部运行的与输入信号和与特性区的特性曲线有关的程序来控制开关，并且将执行机构电压、执行机构温度、其它的测量量和控制信号作为输入信号输入给控制装置。
本发明的优点在于，用简单的方法快速和安全地识别功能状态。按照本发明的方法还有可能区别不同的故障形式，例如不再能打开或不再能关闭的燃料喷射阀。
本发明从下面的考虑出发，从加在执行机构上的能量值，或从在执行机构上测得的执行机构电压求出执行机构的偏移，并且从而求出执行机构或燃料喷射阀的功能状态。
附图说明
下面本发明借助于附图详细进行叙述；附图表示：
附图1执行机构的特性曲线图
附图2一个实施例的装置
附图3附图2上装置工作方式的流程图
具体实施方式
在附图1上表示了执行机构特性曲线图和负荷曲线图。竖坐标是由执行机构P产生的执行机构力Fp和作用在承载物体上的负荷力F1。例如承载物体的结构例子是燃料喷射阀上由执行机构P控制的喷油嘴针。横坐标是执行机构P的执行机构行程ds和负荷偏移x，由于作用在其上的负荷力F1承载物体产生偏移。
每个所表示的通过零点的负荷线，例如Lmin和Lmax，表示了负荷偏移与负荷力的线性关系，其中每个承载物体是通过它的物体形状和它的弹性特性，例如具有预先规定的弹性模量的一个空心圆柱形的金属物体，表示其特征的。在其它实施形式的承载物体上出现非线性关系，例如承载物体是由多个重叠的涂层，具有不同弹性模量的物体构成的，例如串连的具有不同弹簧常数的弹簧，或者例如承载物体动态运动时。
执行机构P和承载物体是相互连接的，从而将负荷线与执行机构特性曲线的交点定义为执行机构P的工作点。
每个执行机构特性曲线KLI和KLII表示压电执行机构的执行机构力Fp与执行机构行程ds在预先规定的输入给执行机构P的能量情况下的典型关系。特性曲线KLI在实施例中为63mJ，特性曲线II为51mJ。在执行机构P上测得的执行机构电压Up与执行机构行程ds和执行机构力Fp有关。例如当加入执行机构能量为E＝63mJ时，在执行机构上测得的执行机构电压为Up＝125V时执行机构行程为ds＝20μm和执行机构力为Fp＝0N，如借助于特性曲线KLI看出的。
例如将附图1上表示的规律性应用在本发明中。如果执行机构行程ds位于预先规定的下限基准值为Bu和上限基准值为Bo作为下和上边缘的带B内时，则被包括在执行机构或燃料喷射阀的正确的功能状态内。例如带的边缘对应于燃料喷射阀允许的最小行程dsmin以及允许的最大行程dsmax。如果执行机构行程ds位于带B的外边，则得出第一种故障形式F1(ds＞dsmax)以及第二种故障形式F2(ds＜dsmin)。执行机构行程ds是从测得的执行机构电压Up由预先规定的执行机构特性曲线求出的。
当对于电压故障形式典型出现的负荷力F1从理论上或从试验中模拟出来时，基准值Bu和基准值Bo代表了执行机构P的工作点并且被求出，并且从属于这样求出的执行机构P工作点的基准值。
带B的边缘范围有一个公差带T，在其中不能安全地识别功能状态。为了保证可靠地诊断功能状态，则这样选择带B的边缘，在带B以内保证正确的功能状态。如果求出执行机构行程ds，这个行程位于带B以外的公差带T内时，应求出关于运行状态的附加的测量量M，例如电机噪声，这个量与执行机构行程ds一起可以可靠地求出功能状态。
分成第一种故障形式F1、第二种故障形式F2和其它的故障形式，使在燃料喷射阀中出现的故障形式的粗分类成为可能。在一个实施例中，第一种故障形式指出了执行机构弹簧的破坏，和第二种故障形式指出了连接在执行机构上的机构卡住了。分成为其它的故障形式是通过各自从属于附加的故障形式，由一个或多个代表故障形式的基准值来达到的。
按照本发明方法，所必要的执行机构特性曲线、基准值和相应的的故障形式是从试验中求出的，例如在一个马达试验台上，并且作为特性区KF存放在控制装置ST(附图2)中。
有选择的压电执行机构的特性可以近似地借助于一个模型来表示，如：
ds＝f(k，E，Up)
ds是执行机构P的执行机构行程，
E是加入执行机构P的能量，
Up是在执行机构上测得的执行机构电压，
K是描述执行机构机械和电特性的执行机构常数。
按照附图2附加地测量出在控制执行机构的装置上出现的部件损耗，并且求出为了平衡损耗相应的修正系数，并且存储在特性区KF中。
因为压电执行机构P具有与温度有关的特性，在执行机构特性曲线中表示的执行机构P特性曲线随着执行机构温度Tp变化而变化。温度补偿是借助于存储在特性区KF中的修正系数通过与基准值的匹配完成的。
按照附图3，在控制过程中特性区KF是作为实施本发明方法的数据库。
在附图2上表示了控制容性执行机构P的装置，按照附图3，具有控制装置ST和接在上面的控制电路As，其中控制装置ST可以是没有表示的微处理器控制的马达控制装置的一部分。
控制电路As有一个充电电容器C，充电电容器C经过安放在正极+上的主开关X1与能源V连接，并且与主开关X1连接的振荡线圈L和与负极GND连接的辅助开关X2的串联电路并联。与辅助开关X2并联的串联开关是由
-向振荡线圈L电流流过的放电开关X4和由振荡线圈L流出电流流过的充电开关X3的一个并联电路，和
-执行机构P与二极管D的一个并联电路，二极管D是向负极方向GND电流流过的。
控制装置ST上有一个特性区KF，这个特性区具有执行机构特性曲线和具有用来平衡控制电路损耗的修正系数。控制装置ST借助于内部运行的，与输入信号有关的，在附图3上叙述的工作步骤程序来控制开关X1至X4，执行机构电压Up，控制信号sta，测量量M和例如由温度传感器测得的执行机构温度Tp作为输入信号输入给控制装置ST。
借助于附图3表示的流程图叙述了按照附图2装置运行的控制过程，从初始状态出发(状态I)，在其中所有的开关X1至X4都是不通电的(在流程图中用X1至X4＝0表示)并且振荡线圈L没有电流。
随着控制信号的开始sta＝1(状态II)将控制过程释放，控制过程将预先规定的能量E充入执行机构P(状态III)。此外例如将充电到达最大电压的充电电容器C经过振荡线圈L在执行机构P上再充电到达最小电压。然后再充电过程结束(状态IV)，并且测得执行机构电压Up，从其与基准值Upmin和Upmax的偏差得出执行机构P或燃料喷射阀的功能状态。如果执行机构电压Up超过最小基准值Upmin或超过最大基准值Upmax时，则得出第一种故障形式F1(状态V)以及第二种故障形式F2(状态VI)。如果执行机构电压Up在基准值Upmin和Upmax之间，则得出正确的功能状态。随着控制信号结束sta＝0(状态VII)执行机构放电(状态VIII)，随后执行机构处于准备新的控制过程(状态IX)。
在本发明的一个另外的实施形式中，在再充电过程和/或放电过程中连续地或至少在一些时间点上，测量现实的能量E和相应的执行机构电压Up。例如能量E可以通过测量电容器电压Uc或通过执行机构P流过的电流值与执行机构电压值Up相乘，和将乘积对充电过程或放电过程的时间积分求得。对能量E和执行机构电压Up多次测量的优点是，可以快速和有区别地求出功能状态。
此外还有可能性，在执行机构P放电过程以后(状态VIII)测量执行机构电压Up。执行机构电压Up超过另外的基准值时，则得出一种另外的故障形式，例如在偏移状态下执行机构卡住。即放电过程太短，以便内部的再充电过程停留在偏移的、高欧姆的执行机构P情况下完全地进行，从而在执行机构P上遗留了一个剩余电压。
如果将下限基准值Bu和上限基准值Bo或其它的基准值借助于控制装置ST特性区KF中存放的修正系数修正时，执行机构P的温度依赖性被补偿。
执行机构P在燃料喷射阀中控制内燃机燃烧室中的燃料输入。从而特别是上述方法和实施本方法的装置在内燃机运行的每次喷油过程中也能识别诊断功能，从而当出现故障时可以很快地采取适当的针对措施。例如出现故障情况F1时，阀不能关闭并且燃料连续地流入燃烧室。通过关闭油缸中出现故障的燃料喷射阀的燃料入口，或通过关闭多个油缸以便保持无振动的马达运行，可以预防马达的损坏，并且汽车靠本身的力量到达下一个修理站。
本发明例如使用在开发阶段或试验阶段，使燃料喷射阀中的喷油过程最佳化，以便在一个控制过程中得出内部循环的结论。此外本方法还可以使用在制造传送带终点的最终检查中。
按照本发明的方法也可以使用在其它应用领域，例如使用在压电伺服电机的功能诊断。

Claims (9)

1.控制容性执行机构(P)的一种方法，其特征为，
求出加在执行机构(P)上的能量(E)和测出所属的施加在执行机构(P)上的执行机构电压(Up)，
根据执行机构的特性曲线(KL I；KL II；…)从能量(E)和执行机构电压(Up)得出执行机构行程(ds)，和
根据所述的执行机构行程(ds)在由上限和/或下限基准值(Bu，Bo)所确定的范围内的位置来推断出执行机构(P)的与该位置相对应的功能状态。
2.按照权利要求1的方法，其特征为，
-由处于下限基准值(Bu)和上限基准值(Bo)之间的执行机构行程(ds)推出一个正确的功能状态，
-当执行机构行程(ds)低于与上限基准值(Bo)相对应的执行机构最小行程(dsmin)时得出第二种故障形式(F2)，和
-当执行机构行程(ds)超过与下限基准值(Bu)相对应的执行机构最大行程(dsmax)时得出第一种故障形式(F1)。
3.按照权利要求1的方法，其特征为，另外还
-由处于下限基准值(Bu)和上限基准值(Bo)之间的执行机构电压(Up)推出一个正确的功能状态，
-当执行机构电压(Up)低于与下限基准值(Bu)相对应的执行机构最小电压(Upmin)时得出第一种故障形式(F1)，和
-当执行机构电压(Up)超过与上限基准值(Bo)相对应的执行机构最大电压(Upmax)时得出第二种故障形式(F2)。
4.按照权利要求1-3之一的方法，其特征为，
在多个时间点上多次求出能量(E)和从属的执行机构电压(Up)的值，并根据该多次求出的值差动地推断出所述的功能状态。
5.按照权利要求1-3之一的方法，其特征为，
所述的基准值(Bu；Bo)随着执行机构的温度(Tp)进行变化。
6.按照权利要求1-3之一的方法，其特征为，
测得从属于故障形式的执行机构(P)的工作点，并且从中求出所述的基准值(Bu；Bo)。
7.按照权利要求1-3之一的方法，其特征为，
根据所述的执行机构行程(ds)和结合附加的测量量(M)来推断出所述的功能状态。
8.按照权利要求7的方法，其特征为，
所述附加的测量量(M)是内燃机的固有噪声。
9.实施按照权利要求1至8之一的方法的装置，其特征为，
一个控制电路(As)，该控制电路具有一个充电电容器(C)，充电电容器经过主开关(X1)与能源(V)连接，并且与由主开关(X1)所连接的振荡线圈(L)和一个辅助开关(X2)所构成的串联电路并联，此时与辅助开关(X2)并联的一个串联电路含有
-放电开关(X4)和充电开关(X3)的一个并联电路，和
-执行机构(P)和一个二极管(D)的并联电路，二极管是向负极(GND)方向流过电流的，
一个控制装置(ST)，其控制控制电路(As)并且有一个特性区(KF)，特性区有执行机构的特性曲线(KL I；KL II；…)、基准值(Bu；Bo)和修正系数，
其中控制装置(ST)借助于一个内部运行的与输入信号和与特性区(KF)的特性曲线有关的程序来控制开关(X1-X4)，并且将执行机构电压(Up)、执行机构温度(Tp)、其它的测量量(M)和控制信号(sta)作为输入信号输入给控制装置(ST)。
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