CZ435899A3 - Způsob ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače - Google Patents

Abstract

Způsob ovládání alespoňjednoho kapacitního ovladače se provádí tak, že z velikosti (AQ) nabití přivedeného do kapacitního ovladače a z napětí (UJ existujícího na ovladači 1 po skončení nabíjení se vypočítá kapacita (Cp) ovladače podle vztahu CD = AQ/U„ a z těchto hodnot se vypočítá energie (Eist) podle vztahu Elst = 0,5*CD*Uo2 = 0,5*AQ*UD, přičemž nabíjecí napětí (Ul = LU+Uq) se reguluje tak, aby přivedená energie (Έ^) odpovídala předem stanovené požadované hodnotě (Lol

Description

Způsob ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače prostřednictvím nabíjecího napětí.

* D o s a v a d n í °s tav tec Hn i lcy**” .........-

Ze spisu DE 36 21 541 Al je známý způsob ovládání kapacitních ovladačů, zejména piezoelektricky provozovaných vstřikovacích ventilů paliva spalovacího motoru, podle něhož se ovladače nabíjejí konstantním napětím.

Piezoelektrický ovladač sestává z většího počtu piezokeramických vrstev a tvoří takzvaný „sloupec“, který při připojení napětí změní svoje rozměry, zejména svou délku, nebo při mechanickém stlačení nebo roztažení vytváří elektrické napětí.

Elektrické vlastnosti takového piezoelektrického sloupce se mění s teplotou, jejímuž působení je vystaven. Se stoupající teplotou se zvětšuje kapacita piezoelektrického sloupce, přičemž se však rovněž zvětšuje zdvih. Při teplotách v rozsahu od asi -40 °C do +150 °C, které musí být při použití v automobilovém průmyslu vzaty v úvahu, je možno pozorovat změny kapacity až do činitele 2.

Nabíjí-li se piezoeleketrický ovladač ve všech provozních stavech například konstantním napětím, které při nízkých teplotách způsobí potřebný zdvih, vznikne při vysokých teplotách zdvih, který je podstatně větší, než by bylo zapotřebí, což u vstřikovacích ventilů paliva s konstantním tlakem paliva znamená příliš velké množství vstřikovaného paliva. Protože při vysokých teplotách je kapacita piezoelektrického sloupce rovněž vyšší, je zapotřebí mnohem většího nabití a energie, než by bylo nutné.

Způsob známý ze spisu DE dostatečně přesně pouze při zcela íhez tnlpranrí ooužitvch součástí h přr konstantní teplotě)/

21 541 Al proto pracuje neměnných mezních podmínkách α 1 ο Ιλ + i“ t r* Ir *’ z* t·» vivivn ívrvjr vil r 1 ♦% fy 4· i v íaottivau,

Ze spisu US 5 387 834 je známé ovládací zapojení pro kapacitní ovladač, který je ovládán konstantním nabíjecím napětím po dobu určenou v závislosti na teplotě ovladače, změřené prostřednictvím čidla.

Úkolem vynálezu proto je vytvořit způsob ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače, který bude pracovat dostatečně přesně i při změně mezních podmínek bez použití čidla pro snímání teploty.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje způsob ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače prostřednictvím nabíjecího napětí, podle vynálezu, jehož podstatou je, že z velikosti ÁQ nabití přivedeného do ovladače a z napětí U_p existujícího v ovladači po skončení nabíjení se vypočítá kapacita ovladače podle vztahu C_p = ÁQ/U_p, že z hodnot kapacity C_p ovladače a napětí U_p ovladače se vypočítá energie Ei_St přivedená v průběhu nabíjení do ovladače podle vztahu E;_st = 0,5*C_p*U_p ² = 0,5*AQ*U_p, že hodnota přivedené energie Ei_St se

Φ φφ

porovná s předem stanovenou požadovanou hodnotou E_solI, přičemž nabíjecí napětí Ul = Uci + Uc2 pro následující ovládání se zvýší o předem stanovenou hodnotu, když je hodnota přivedené energie Ej_St menší než požadovaná hodnota E_son, nebo se sníží, když je hodnota přivedené energie Ei_St větší než požadovaná hodnota E_son.

Výzkumy ukázaly, že energie přiváděná do kapacitního ovladače představuje mnohem přesnější míru pro zdvih ds než přiváděné napětí, a že nabití konstantní energií v potřebném teplotním rozsahu přinese podstatně konstantnější zdvih. Zdvih se mění přibližně li utai ii C přiváděňýňUnápětím při konstantní “teplotě. “Žměňí-li se teplota, změní se při konstantním napětí rovněž zdvih. Naproti tomu se zdvih mění přímo úměrně se čtvercem přiváděné energie, avšak nezávisle na teplotě.

Za tím účelem se z velikosti AQ nabití přiváděného do ovladače a z napětí U_p změřeného po skončení nabíjení na ovladači, například na ovladači Pl, zjišťuje kapacita C_p = AQ/U_P ovladače a potom z velikosti AQ nabití a z této kapacity C_p se zjistí energie přivedená do ovladače podle vztahu Ej_st = 0,5*C_p*U_p ² = 0,5*AQ*U_p. Tato hodnota energie Ei_St se porovná s předem stanovenou požadovanou hodnotou E_sou a podle výsledku tohoto porovnání se dodatečně reguluje nabíjecí napětí Ul pro příští ovládání (nabíjecí napětí U_L se zvýší, když platí Ej_St < E.oib a zmenší, když platí Ej_st > E_soit)U způsobu použitelného pro libovolná ovládací zapojení se přivedená velikost AQ nabití zjistí integrací proudu I_p protékajícího ovladače při nabíjení. Potom platí

AQ = flpdt -> C_p = ÍI_pdt/U_p E_iat - 0,5*Jl_pdt*U_p.

Pro obvody s nabíjecím a vybíjecím kondenzátorem v sériovém zapojení, jak je znázorněno na přiloženém obrázku, se podle vynálezu použije jednoduššího způsobu pro zjišťování velikosti AQ nabití přivedeného do ovladače, u něhož není zapotřebí žádné integrace. U tohoto způsobu se napětí existující na vybíjecím kondenzátoru C2 změří před nabíjením a potom po skončení nabíjení a vytvoří se rozdíl AU = U_VOr - Unach, z něhož se vypočítá velikost AQ nabití podle vztahu AQ = C2*AU = C2*(U_VOr - U_nach)· Pomocí napětí U_p existujícího na ovladači po skončení nabíjení se analogicky s výše uvedeným způsobem zjistí kapacita C_p ovladače a energie E;_st přivedená do ovladače podle vztahu:

AQ = C2*(U_Vor

Τ’ í^ist — U nach) p _ λ r * /On /ττ

U j ? ' L 2 ( U _Vor

C2*(U_Vor - U_nach)/U_p_>

X T \ φ X T

U nach) U p .

Tato hodnota se, jak již bylo výše uvedené, porovná s předem stanovenou požadovanou hodnotou E_son a podle výsledku se potom reguluje nabíjecí napětí Ul pro další ovládání.

Protože je kapacita C_p ovladače přibližně přímo úměrná teplotě T_p ovladače, může se kapacita C_p ovladače, vypočítaná podle vztahu C_p = AQ/U_P » T_p, rovněž použít pro určení teploty T_p ovladače, čímž se ušetří čidlo teploty.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladném provedení podle přiloženého výkresu, na němž je znázorněno zapojení k ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače.

Příklady provedení vynálezu

Na přiloženém obrázku je znázorněno zapojení k provádění způsobu ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače Ρ1, P2, ... Pn. určeného k ovládání alespoň jednoho neznázorněného vstřikovacího ventilu paliva prostřednictvím řídicího obvodu ST. který je částí blíže neznázorněného přístroje pro řízení motoru, řízeného mikroprocesorem.

Mezi kladným pólem +Usht

«. Δίψυίΐΐρΐΐ puiciu urS 'regulovaného zdroje SNT napětí, s výhodou části kombinačního obvodu, je připojen prostřednictvím diody D1 nabíjecí kondenzátor C1. Paralelně s nabíjecím kondenzátorem C1 je uspořádáno sériové zapojení, sestávající z nabíjecího spínače Ta. dvou dalších diod D2 a D3 a vybíjecího spínače Tb spojeného se záporným pólem GND.

Mezi spojovacím bodem obou diod D2 a D3 a záporným pólem GND je uspořádáno sériové zapojení, sestávající z vybíjecího kondenzátoru C2. cívky L, prvního kapacitního ovladače Ρ1 a řízeného prvního volicího spínače Τ1.

Pro každý další kapacitní ovladač P2 až Pn je paralelně se sériovým zapojením, sestávajícím z prvního kapacitního ovladače Ρ1 a prvního volicího spínače Τ1. zapojeno sériové zapojení, sestávající z tohoto kapacitního ovladače P2 až Pn a dalšího volicího spínače T2 až Tn. Volicí spínače Τ1 až Tn, vybíjecí spínač Tb a dále uvedený přídavný spínač Tc jsou u tohoto příkladného provedení provedeny jako spínače typu N-MOSFET, které obvykle obsahují inverzní diody. Nabíjecí spínač Ta je u tohoto příkladného provedení vytvořen jako spínač typu P-MOSFET.

Kromě toho je zde upraven již zmíněný přídavný spínač Tc, jehož vývod kolektoru je spojen se spojovacím bodem mezi cívkou L a kapacitními ovladači P1 až Pn, a jehož vývod emitoru je spojen se svorkou, určenou k připojení zdroje, alespoň jednoho volicího spínače T1. Veškeré spínače jsou řízeny prostřednictvím svého vývodu hradla řídicími signály řídicího obvodu ST.

Přídavný spínač Tc, uspořádaný paralelně s kapacitními ovladači P1 až Pn. je ovládán řídicím obvodem ST tehdy, když napětí ovladače překročí předem stanovenou mezní hodnotu, nebo tehdy, když se róžpóžná^óřucha^vznikla vé’spárovacím motoru a v dráze vedoucí až k výkonovým koncovým stupňům vstřikovacích ventilů, a krátkým spojením vybije kapacitní ovladače P1 až Pn přes inverzní diody volicích spínačů T1 až Tn. Přídavný spínač Tc je zapotřebí rovněž k nabití vybíjecího kondenzátoru C2 před prvním ovládáním kapacitního ovladače nebo k jeho dalšímu nabití mezi dvěma časově za sebou následujícími ovládáními kapacitního ovladače. Místo přídavného spínače Tc může být upravena rovněž dioda nebo Zenerova dioda se stejným polováním jako inverzní dioda přídavného spínače Tc, přičemž potom musí být nabíjení vybíjecího kondenzátoru C2 prováděno ovládáním kapacitního ovladače, u vstřikovacího ventilu paliva s výhodou bez tlaku paliva.

Spínače Ta, Tb. Tc a T1 až Tn. jsou řízeny řídicím obvodem ST v závislosti na řídicích signálech st neznázorněného přístroje pro řízení motoru. Nabíjecí kondenzátor C1 může být uspořádán jako výstupní kondenzátor zdroje SNT napětí, provedeného jako část kombinačního obvodu.

Nyní bude popsán způsob ovládání pro toto zapojení. Při činnosti zapojení je nabíjecí kondenzátor C1 nabitý na výstupní napětí +Usnt zdroje SNT napětí, určené řídicím obvodem ST. Určení tohoto napětí ±U snt bude objasněno dále.

Na začátku činnosti se nabíjecí kondenzátor C1 nabije na +U_Snt a vybíjecí kondenzátor C2 je vybitý a cívka L bez proudu. Aby se i vybíjecí kondenzátor C2 nabil před prvním ovládáním kapacitního ovladače, sepne se nejprve přídavný spínač Tc. Tím se nabíjecí kondenzátor C1 přes vybíjecí kondenzátor C2, cívku L a přídavný spínač Tc vybije. Potom se opět provede rozpojení přídavného spínače Tc a sepnutí vybíjecího spínače Tb. Proud proto protéká v opačném

Tiněru^ívkou LT, vybiječínf kóhdenzáťófem C27~vybíjecím spínačem Tb a inverzní diodou přídavného spínače Tc. čímž se vybíjecí kondenzátor C2 nabije a přepaluje tak, že po jednom nebo několika nabíjecích) a vybíjecích cyklech existuje na sériovém zapojení nabíjecího kondenzátoru Cl a vybíjecího kondenzátoru C2 nabíjecí napětí U_L = Uci + Uc2·

Napětí U_C2 na vybíjecím kondenzátoru C2 je sděleno řídicímu obvodu ST prostřednictvím měřicího obvodu, vytvořeného u tohoto příkladného provedení jako vzorkovací a paměťový obvod S&H, přičemž řídicí obvod ST nastaví výstupní napětí +Usnt « Uci zdroje SNT napětí tak, že v sériovém zapojení nabíjecího kondenzátoru C1 a vybíjecího kondenzátoru C2 existuje předem stanovené počáteční napětí.

Protože napětí V_c2 na vybíjecím kondenzátoru C2, když není prováděno žádné ovládání, pomalu klesá, provádí se i při provozu, například v průběhu nabíjení pří nízkých otáčkách (to znamená při ovládání kapacitních ovladačů, prováděných v delších časových odstupech) nebo při proměnném provozu takové dobíjení vybíjecího kondenzátoru C2.

g ···· *·

Má-li nastat ovládání kapacitního ovladače, měří se podle prvního způsobu proud 1^ protékající nabíjecím okruhem, a to prostřednictvím měřicího obvodu M, který může v nejjednodušším případě sestávat z bočníku, a integruje v integrátoru nacházejícím se v řídicím obvodu ST. Protože měřicího obvodu M je zapotřebí jen u tohoto způsobu, je na obrázku zarámován čárkovaně a vztahová značka pro proud I_R je uvedena v závorce. Další provádění tohoto způsobu je stejné jako u dále popsaného druhého způsobu.

Podle tohoto druhéhojednoduššího způsobu se před nabitím kapacitního ovladače měří na vybíjecím kondenzátoru C2 napětí Uc2 ⁼ Uvor a sdělí se řídicímu obvodu ST. Potom se provede sepnutí nabíjecího spínače T a a volicího spínače Τ1, přiřazeného odpovídajícímu kapacitnímu ovladači, například kapacitnímu ovladači P1. Proud protéká ze zdroje SNT napětí a nabíjecího kondenzátoru C1 přes nabíjecí spínač Ta, vybíjecí kondenzátor C2, cívku L, kapacitní ovladač P1 do záporného pólu GND. dokud se kapacitní ovladač P1 nenabije. Potom se provede rozpojení nabíjecího spínače Ta a volicího spínače Τ1 a kapacitní ovladač Pl. je dále nabitý. Nyní se změří napětí Uc2 = U„ach na vybíjecím kondenzátoru C2 a napětí U_a na kapacitním ovladači P1 a sdělí řídicímu obvodu ST.. Řídicí obvod ST vypočítá podle výše uvedených vzorců energii přivedenou do kapacitního ovladače P1 a porovná její hodnotu s předem stanovenou požadovanou hodnotou E,_on. Podle tohoto porovnání se zjistí nabíjecí napětí Ul potřebné pro nejbližší další ovládání. Platí-li vztah, že Ej_St < E_son, nabíjecí napětí Ur se vůči předtím platné hodnotě zvýší, například po krocích, o jeden krok. Platí-li vztah, že Ei_st > E_soii, nabíjecí napětí Ul se o jeden krok sníží. Nabíjecí napětí Ul se reguluje tak, aby platil vztah E_ist = E.oii.

fl flfl fl • flfl fl

Nabití kapacitního ovladače P1 zůstane zachováno tak dlouho, dokud po zmizení řídicího signálu sl nedojde k sepnutí vybíjecího spínače Tb. Při sepnutém vybíjecím spínači Tb se všechny kapacitní ovladače P1 až Pn vybijí prostřednictvím cívky L do vybíjecího kondenzátoru C2.

Napětí U.C2, existující na vybíjecím kondenzátoru C2 po vybití kapacitního ovladače, se prostřednictvím vzorkovacího a paměťového obvodu S&H sdělí řídicímu obvodu ST. který nastaví výstupní napětí +Usnt zdroje SNT napětí tak, že při příštím nejbližším ovládání se dosáhne předtím zjištěného nabíjecího napětí Ui. = Uci + Uc2· Tímto nabíjecím napětím je potom možno provést další nabití kapacitního ovladače P1. popřípadě nabití dalšího kapacitního ovladače P2, atd.

··

Claims (4)

1. .. ..Ws?-·??

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob ovládání alespoň jednoho kapacitního ovladače (PÍ až Pn) prostřednictvím nabíjecího napětí (Ul), vyznačující se tím, že z velikosti AQ nabití přivedeného do ovladače (PÍ až Pn) a z napětí U_p existujícího v ovladači po skončení nabíjení se vypočítá kapacita ovladače podle vztahu C_p = AQ/U_P, že z hodnot kapacity C_p ovladače a napětí U_p ovladače se vypočítá energie Ej_St přivedená v piúběhu nabíjeni qo ovladače podie ^áK^EÍT^o75*Č_p*W_p ²’=“o75*^*Ů_p7 že hodnota přivedené energie Ej_st se porovná s předem stanovenou požadovanou hodnotou E_son, přičemž nabíjecí napětí Ul = Uci + Ucž pro následující ovládání se zvýší o předem stanovenou hodnotu, když je hodnota přivedené energie Ei_st menší než požadovaná hodnota E_son, nebo se sníží, když je hodnota přivedené energie Ej_St větší než požadovaná hodnota E_sou.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikost AQ nabití přivedeného do ovladače (PÍ až Pn) se zjistí integrací proudu I_p protékajícího při nabíjení ovladačem (PÍ až Pn) podle vztahu AQ = ílpdt.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že u obvodu s nabíjecím kondenzátorem (Cl) a vybíjecím kondenzátorem (C2) v sériovém zapojení, u nichž se přivádí do nabíjecího kondenzátoru (Cl) regulovatelné napětí (+Usnt), se velikost AQ nabití přivedeného do ovladače (PÍ až Pn) zjistí prostřednictvím rozdílu AU = U_VOr - U_nach napětí Uvor a napětí U_nach existujících na vybíjecím kondenzátoru (C2) • · ll· před nabitím a po nabití a kapacita vybíjecího kondenzátoru (C2) se zjistí podle vztahu ÁQ = C2*AU = C2*(U_VOr - U„_ach).
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro určení teploty T_p ovladače (PÍ až Pn) se zohlední vypočítaná kapacita C_p ovladače (PÍ až Pn).

   Seznam vztahových značek kapacitní ovladač Pl, P2 ... Pn řídicí obvod ST kladný pól, výstupní napětí + Usnt záporný pól GND zdroj SNT napětí dioda Dl, D2, D3 nabíjecí kondenzátor Cl vybíjecí kondenzátor C2 nabíjecrspiňac’!- -.....vybíjecí spínač Tb přídavný spínač Tc volicí spínač TI, T2 ...Tn cívka L měřicí obvod M proud I_p napětí Uc2, Uvor, Unach, Up nabíjecí napětí Ul energie E_ist požadovaná hodnota E_son řídicí signál st vzorkovací a paměťový obvod S&H