Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung wie im Oberbegriff
von Anspruch 1 definiert und ein Verfahren wie im Oberbegriff von
Anspruch 4 definiert, d.h. ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden
eines piezoelektrischen Elements.The
The present invention relates to a device as in the preamble
defined by claim 1 and a method as in the preamble of
Claim 4, i. a method and apparatus for loading
a piezoelectric element.
Die
gegenwärtigen
piezoelektrischen Elemente, die eingehender betrachtet werden, sind
insbesondere, aber nicht ausschließlich, piezoelektrische Elemente,
die als Aktuatoren verwendet werden. Piezoelektrische Elemente können für solche Zwecke
eingesetzt werden, da sie bekannterweise die Eigenschaft besitzen,
sich als Funktion einer daran angelegten oder darin auftretenden
Spannung zusammenzuziehen oder auszudehnen.The
current
Piezoelectric elements that are considered in more detail are
In particular, but not exclusively, piezoelectric elements,
which are used as actuators. Piezoelectric elements can be used for such purposes
be used because they are known to have the property
as a function of any purpose created or occurring therein
Contract or expand tension.
Die
praktische Implementierung von Aktuatoren unter Verwendung von piezoelektrischen
Elementen stellt sich insbesondere dann als vorteilhaft heraus,
wenn der fragliche Aktuator schnelle und/oder häufige Bewegungen ausführen muß.The
practical implementation of actuators using piezoelectric
Elements turns out to be particularly advantageous
if the actuator in question must perform fast and / or frequent movements.
Kraftstoffeinspritzsysteme,
die piezoelektrische Elemente als Aktuatoren verwerden, sind dadurch
gekennzeichnet, daß piezoelektrische
Aktuatoren zu einer ersten Näherung
eine proportionale Beziehung zwischen angelegter Spannung und linearer Ausdehnung
aufweisen.Fuel injection systems
The piezoelectric elements verwerden as actuators are characterized
characterized in that piezoelectric
Actuators to a first approximation
a proportional relationship between applied voltage and linear expansion
exhibit.
Die
Verwendung von piezoelektrischen Elementen als Aktuatoren stellt
sich als vorteilhaft heraus unter anderem in Kraftstoffeinspritzdüsen für Verbrennungsmotoren.
Hinsichtlich der Einsetzbarkeit von piezoelektrischen Elementen
in Kraftstoffeinspritzdüsen
wird beispielsweise auf EP
0 371 469 B1 und auf EP 0 379 182 B1 Bezug genommen.The use of piezoelectric elements as actuators turns out to be advantageous, inter alia, in fuel injectors for internal combustion engines. With regard to the applicability of piezoelectric elements in fuel injection nozzles, for example EP 0 371 469 B1 and up EP 0 379 182 B1 Referenced.
Piezoelektrische
Elemente sind kapazitive Elemente, die, wie bereits oben teilweise
angedeutet, sich gemäß dem jeweiligen
Ladungszustand oder der Spannung, der/die darin auftritt oder daran
angelegt wird, zusammenziehen und ausdehnen. Bei dem Beispiel einer
Kraftstoffeinspritzdüse
werden über das
Ausdehnen und Zusammenziehen der piezoelektrischen Elemente Ventile
gesteuert, die den geradlinigen Hub von Einspritznadeln steuern.
Die deutschen Anmeldungen DE
197 42 073 A1 und DE 197
29 844 A1 offenbaren Piezoelektrische Elemente mit doppeltwirkenden
Doppelsitzventilen zum Steuern von Einpritznadeln in einem Kraftstoffeinspritzsystem.Piezoelectric elements are capacitive elements which, as already partially indicated above, contract and expand according to the particular state of charge or the voltage which occurs or is applied thereto. In the example of a fuel injector, the expansion and contraction of the piezoelectric elements controls valves that control the linear stroke of injection needles. The German applications DE 197 42 073 A1 and DE 197 29 844 A1 disclose piezoelectric elements with double acting double seat valves for controlling injection needles in a fuel injection system.
Bei
einer Kraftstoffeinspritzdüse,
die beispielsweise als ein doppeltwirkendes Doppelsitzventil implementiert
ist, um den linearen Hub einer Nadel für die Kraftstoffeinspritzung
in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors zu steuern, ist die in
einen entsprechenden Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge eine
Funktion der Zeit, während
der das Ventil offen ist, und im Fall der Verwendung eines piezoelektrischen
Elements der an das Piezoelektrische Element angelegten Aktivierungsspannung.
Wenn der Ventil-Absperrkörper
des Ventils in einem der beiden Sitze des doppeltwirkenden Steuerventils
sitzt, bleibt das Ventil geschlossen oder wird geschlossen. Wenn sich
der Ventil-Absperrkörper
in einer Zwischenposition zwischen den Sitzen befindet, dann bleibt
das Ventil offen oder wird offen. Das Ziel besteht darin, ein gewünschtes
Kraftstoffeinspritzvolumen mit hoher Genauigkeit insbesondere bei
kleinen Einspritzvolumen, beispielsweise während der Voreinspritzung,
zu erzielen.at
a fuel injector,
for example implemented as a double acting double seat valve
is about the linear stroke of a needle for fuel injection
to control in a cylinder of an internal combustion engine is the in
a corresponding cylinder injected fuel quantity a
Function of time while
the valve is open, and in the case of using a piezoelectric
Element of the applied to the piezoelectric element activation voltage.
When the valve shut-off
the valve in one of the two seats of the double-acting control valve
sits, the valve remains closed or is closed. If
the valve shut-off
is located in an intermediate position between the seats, then stays
the valve is open or becomes open. The goal is to create a desired one
Fuel injection volume with high accuracy, especially at
small injection volume, for example during the pre-injection,
to achieve.
Im
Beispiel eines doppeltwirkenden Steuerventils soll das Piezoelektrische
Element sich durch den Effekt einer an das Piezoelektrische Element
angelegten Aktivierungsspannung ausdehnen oder zusammenziehen, so
daß ein
entsprechender gesteuerter Ventil-Absperrkörper in der Mitte zwischen
den beiden Sitzen des doppeltwirkenden Steuerventils positioniert
wird, um die entsprechende Einspritznadel für einen maximalen Kraftstoffstrom
während
einer eingestellten Zeitperiode zu positionieren. Es hat sich als
schwierig herausgestellt, eine Aktivierungsspannung mit ausreichender
Präzision
zu bestimmen und anzulegen, so daß beispielsweise ein entsprechender
Ventil-Absperrkörper für einen
maximalen Kraftstoffstrom präzise
positioniert wird.in the
Example of a double-acting control valve is the piezoelectric
Element itself by the effect of a piezoelectric element
expand or contract applied activation voltage, so
the existence
appropriate controlled valve shut-off in the middle between
positioned in the two seats of the double-acting control valve
to the appropriate injection needle for maximum fuel flow
while
a set period of time to position. It turned out to be
difficult to prove, an activation voltage with sufficient
precision
to determine and create so that, for example, a corresponding
Valve shut-off for one
maximum fuel flow precise
is positioned.
Inbesondere
hat sich herausgestellt, daß zum
präzisen
Positionieren des Ventil-Absperrkörpers ein temperaturabhängiger Hystereseeffekt
berücksichtigt
werden muß.
Beispielsweise besitzt das piezoelektrische Element bei verschiedenen
Temperaturen einen unterschiedlichen Weg bei verschiedenen Spannungen
je nachdem, ob eine Annäherung an
die Aktivierungsspannung von einer niedrigeren Spannung oder einer
höheren
Spannung stattfindet. Wenn dieser Effekt nicht berücksichtigt
wird, würden die
Position des Steuerventils und die Kraftstoffeinspritzoperation
mit reduzierter Genauigkeit arbeiten. Wenn die Temperatur des piezoelektrischen
Elements extrem hohe oder niedrige Werte erreicht, werden bestimmte
Wege zum Messen der Temperatur des piezoelektrischen Elements und
Kompensieren seiner entsprechenden Temperaturabhängigkeit weniger effektiv.In particular,
has turned out to be that
precise
Positioning the valve shut-off a temperature-dependent hysteresis effect
considered
must become.
For example, the piezoelectric element has different
Temperatures a different way at different voltages
depending on whether an approach to
the activation voltage of a lower voltage or a
higher
Tension takes place. If this effect is not taken into account
will, would that
Position of the control valve and the fuel injection operation
work with reduced accuracy. When the temperature of the piezoelectric
Elements reached extremely high or low levels become certain
Ways to measure the temperature of the piezoelectric element and
Compensate its corresponding temperature dependence less effectively.
Es
ist jedoch oftmals schwierig, die Temperatur eines piezoelektrischen
Elements direkt zu messen, wenn es als ein Kraftstoffinjektoraktuator
verwendet wird. Deshalb kann als Alternative an Hand der Verlusteffizienz
des piezoelektrischen Elements die Temperatur des piezoelektrischen
Elements bestimmt werden, ohne daß es notwendig ist, sie direkt zu
messen. Dadurch kann die Temperatur des piezoelektrischen Elements
mit großer
Präzision
geschätzt werden,
was einer erhöhten
Positionierungspräzision des
Steuerventils entspricht.However, it is often difficult to directly measure the temperature of a piezoelectric element when used as a fuel injector actuator. Therefore, as an alternative to the loss efficiency of the piezoelectric element, the temperature of the piezoelectric element can be determined without it being necessary to directly measure it. As a result, the temperature of the piezoelectric element can be estimated with high precision, resulting in increased positioning precision of the control valve corresponds.
Aus DE 197 23 932 C1 ist
ein Verfahren zum Steuern eines piezoelektrischen Elements bekannt, wobei
eine Energiemenge, die während
des Ladens auf das piezoelektrische Element transferiert wird, bestimmt
wird. Die Energiemenge wird in Abhängigkeit von einer Spannung
an dem piezoelektrischen Element und einer auf das piezoelektrische
Element transferierten Ladungsmenge berechnet. Die Ladespannung
für einen
nachfolgenden Ladezyklus wird auf der Basis der Differenz zwischen
der tatsächlich transferierten
Energie und einem Sollwert für
die auf das piezoelektrische Element zu transferierenden Energie
bestimmt.Out DE 197 23 932 C1 For example, a method of controlling a piezoelectric element is known wherein an amount of energy transferred to the piezoelectric element during charging is determined. The amount of energy is calculated in response to a voltage on the piezoelectric element and an amount of charge transferred to the piezoelectric element. The charging voltage for a subsequent charging cycle is determined based on the difference between the actual transferred energy and a target value for the energy to be transferred to the piezoelectric element.
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Entwicklung
der Vorrichtung wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert und
des Verfahrens wie im Oberbegriff von Anspruch 2 definiert, derart,
daß ein
Aktivierungsspannungspegel für ein
piezoelektrisches Element mit ausreichender Präzision gesetzt wird, um beispielsweise
einen Ventil-Absperrkörper
für einen
maximalen Kraftstoffluß präzise zu
positionieren. Das jeweilige piezoelektrische Element kann eines
von mehreren piezoelektrischen Elementen sein, die als Aktuatoren
in einem System wie etwa beispielsweise einem Kraftstoffeinspritzsystem
verwendet werden.A
Object of the present invention is therefore in development
the device as defined in the preamble of claim 1 and
the method as defined in the preamble of claim 2,
the existence
Activation voltage level for a
piezoelectric element is set with sufficient precision, for example
a valve shut-off
for one
maximum fuel flow precise too
position. The respective piezoelectric element may be one
of several piezoelectric elements acting as actuators
in a system such as, for example, a fuel injection system
be used.
Diese
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
an Hand der in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 (Vorrichtung)
und im kennzeichnenden Teil von Anspruch 2 (Verfahren) beanspruchten Ansprüche gelöst.These
Problem is in accordance with the present invention
in the characterizing part of claim 1 (device)
and in the characterizing part of claim 2 (method) claimed claims solved.
Die
vorliegende Erfindung sorgt als solche für das Kompensieren für die Temperaturhystereseeffekte
der piezoelektrischen Elemente. Ein resultierender Vorteil ist,
daß durch
Berücksichtigen
dieser Effekte der maximale Weg des piezoelektrischen Elements mit
erheblich größerer Präzision geschätzt werden
kann, so daß die
Ansteuerspannung entsprechend justiert werden könnte.The
As such, the present invention provides for compensating for the temperature hysteresis effects
the piezoelectric elements. A resulting advantage is
that by
Consider
of these effects the maximum path of the piezoelectric element with
appreciably greater precision
can, so that the
Drive voltage could be adjusted accordingly.
Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der folgenden
Beschreibung und den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:Further
Advantages of the present invention will become apparent from the dependent claims, the following
Description and the embodiments illustrated in the figures.
Show it:
1 eine
graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Aktivierungsspannung
und eingespritztem Kraftstoffvolumen in einem festen Zeitraum für das Beispiel
eines doppeltwirkenden Steuerventils zeigt; 1 Figure 3 is a graph showing the relationship between activation voltage and injected fuel volume in a fixed time period for the example of a double acting control valve;
2 ein
schematisches Profil eines beispielhaften Steuerventilhubs und eines
entsprechenden Düsennadelhubs
für das
Beispiel eines doppeltwirkenden Steuerventils; 2 a schematic profile of an exemplary control valve stroke and a corresponding nozzle needle stroke for the example of a double-acting control valve;
3 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
einer Anordnung, in der die vorliegende Erfindung implementiert
werden kann; 3 a block diagram of an embodiment of an arrangement in which the present invention can be implemented;
4a eine
Darstellung zum Erläutern
der Zustände,
die während
einer ersten Ladephase (Ladeschalter 220 geschlossen) in
der Schaltung von 3 auftreten; 4a a representation for explaining the states that during a first charging phase (charging switch 220 closed) in the circuit of 3 occur;
4b eine
Darstellung zum Erläutern
der Zustände,
die während
einer zweiten Ladephase (Ladeschalter 220 wieder offen)
in der Schaltung von 3 auftreten; 4b a representation for explaining the states that during a second charging phase (charging switch 220 open again) in the circuit of 3 occur;
4c eine
Darstellung zum Erläutern
der Zustände,
die während
einer ersten Entladephase (Entladeschalter 230 geschlossen)
in der Schaltung von 3 auftreten; 4c a representation for explaining the conditions that during a first discharge phase (discharge switch 230 closed) in the circuit of 3 occur;
4d eine
Darstellung zum Erläutern
der Zustände,
die während
einer zweiten Entladephase (Entladeschalter 230 wieder
offen) in der Schaltung von 3 auftreten;
und 4d an illustration for explaining the conditions that during a second discharge phase (discharge switch 230 open again) in the circuit of 3 occur; and
5 ein
Blockschaltbild von Komponenten des Aktivierungs-IC E, der auch
in 3 gezeigt ist. 5 a block diagram of components of the activation IC E, which is also in 3 is shown.
6 zeigt
ein Blockschaltbild von Softwaremodulen, die in der Steuereinheit
D und dem Aktivierungs-IC E implementiert sind, die ebenfalls in 3 gezeigt
sind, sowie der Kopplung zwischen diesen Modulen, einem Kraftstoffeinspritzsystem
und einem entsprechenden Verbrennungsmotor. 6 shows a block diagram of software modules implemented in the control unit D and the activation IC E, which are also in 3 are shown, and the coupling between these modules, a fuel injection system and a corresponding internal combustion engine.
7 zeigt
eine graphische Darstellung, die die lineare Ausdehnung eines piezoelektrischen
Elements als Funktion der Temperatur zeigt; 7 Fig. 12 is a graph showing the linear expansion of a piezoelectric element as a function of temperature;
8 zeigt
eine graphische Darstellung, die den korrigierten Verlustfaktor
als Funktion der Temperatur zeigt. 8th shows a graph showing the corrected loss factor as a function of temperature.
9 zeigt
ein Schemadiagramm eines von einem piezoelektrischen Element betätigten Kraftstoffeinspritzventils. 9 Fig. 12 is a schematic diagram of a fuel injection valve operated by a piezoelectric element.
9 ist
eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems,
das ein piezoelektrisches Element 2010 als Aktuator verwendet.
Unter Bezugnahme auf 9 wird das piezoelektrische Element 2010 bestromt,
damit es sich als Reaktion auf eine gegebene Aktivierungsspannung
ausdehnt und zusammenzieht. Das piezoelektrische Element 2010 ist
an einen Kolben 2015 gekoppelt. Im ausgedehnten Zustand
bewirkt das piezoelektrische Element 2010, daß der Kolben 2015 in
einen Hydraulikadapter 2020 vorsteht, der ein Hydraulikfluid,
beispielsweise Kraftstoff, enthält.
Infolge der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements wird ein doppeltwirkendes
Steuerventil 2025 vom Hydraulikadapter 2020 hydraulisch
weggedrückt,
und der Ventil-Absperrkörper 2035 wird
aus einer ersten geschlossenen Position 2040 weggefahren.
Die Kombination aus doppeltwirkendem Steuerventil 2025 und
Hohlbohrung 2050 wird oftmals deshalb als ein doppeltwirkendes
Doppelsitzventil bezeichnet, weil das doppeltwirkende Steuerventil 2025 in
seiner ersten geschlossenen Position 2040 ruht, wenn sich
das piezoelektrische Element 2010 in einem nichtangeregten
Zustand befindet. Wenn das piezoelektrische Element 2010 andererseits
vollständig
ausgedehnt ist, ruht es in seiner zweiten geschlossenen Position 2030.
Letztere Position des Ventil-Absperrkörpers 2035 ist mit
Umrißlinien
in 9 schematisch dargestellt. 9 is a schematic representation of a fuel injection system, which is a piezoelectric element 2010 used as actuator. With reference to 9 becomes the piezoelectric element 2010 energized so that it expands and contracts in response to a given activation voltage. The piezoelectric element 2010 is on a piston 2015 coupled. In the expanded state, the piezoelectric element causes 2010 that the piston 2015 in a hydraulic adapter 2020 projecting, which contains a hydraulic fluid, such as fuel. Due to the expansion of the piezoelectric element becomes a double-acting control valve 2025 from the hydraulic adapter ter 2020 hydraulically pushed away, and the valve shut-off 2035 will be from a first closed position 2040 drove away. The combination of double-acting control valve 2025 and hollow bore 2050 is therefore often referred to as a double-acting double-seat valve, because the double-acting control valve 2025 in its first closed position 2040 rests when the piezoelectric element 2010 in an unexcited state. When the piezoelectric element 2010 On the other hand, it is completely extended, resting in its second closed position 2030 , Latter position of the valve shut-off body 2035 is with outlines in 9 shown schematically.
Das
Kraftstoffeinspritzsystem umfaßt
eine Einspritznadel 2070, die das Einspritzen von Kraftstoff
aus einer unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung 2060 in
den nicht gezeigten Zylinder gestattet. Wenn das piezoelektrische
Element 2010 nicht angeregt ist oder wenn es vollständig ausgedehnt
ist, ruht das doppeltwirkende Steuerventil 2025 jeweils
in seiner ersten geschlossenen Position 2040 oder in seiner
zweiten geschlossenen Position 2030. In beiden Fällen hält der Hydraulik-Rail-Druck
die Einspritznadel 2070 in einer geschlossenen Position. Somit
tritt die Kraftstoffmischung nicht in den (nicht gezeigten) Zylinder
ein. Wenn umgekehrt das piezoelektrische Element 2010 derart
angeregt ist, daß sich
das doppeltwirkende Steuerventil 2025 in der sogenannten
Mittelposition bezüglich
der Hohlbohrung 2050 befindet, dann kommt es zu einem Druckabfall in
der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung 2060.
Dieser Druckabfall führt
zu einem Druckdifferential in der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhrleitung 2060 zwischen
der Oberseite und der Unterseite der Einspritznadel 2070,
so daß die
Einspritznadel 2070 angehoben wird und das Einspritzen
von Kraftstoff in den (nicht gezeigten) Zylinder gestattet.The fuel injection system includes an injection needle 2070 injecting fuel from a pressurized fuel supply line 2060 allowed in the cylinder, not shown. When the piezoelectric element 2010 is not excited or when it is fully extended, the double-acting control valve rests 2025 each in its first closed position 2040 or in its second closed position 2030 , In both cases, the hydraulic rail pressure holds the injection needle 2070 in a closed position. Thus, the fuel mixture does not enter the cylinder (not shown). Conversely, when the piezoelectric element 2010 is so excited that the double-acting control valve 2025 in the so-called center position with respect to the hollow bore 2050 is, then there is a pressure drop in the pressurized fuel supply line 2060 , This pressure drop results in a pressure differential in the pressurized fuel supply line 2060 between the top and bottom of the injection needle 2070 so that the injection needle 2070 is raised and allows the injection of fuel into the cylinder (not shown).
1 zeigt
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Aktivierungsspannung
U und dem eingespritzten Volumen me z.B.
von Kraftstoffen während
eines vorgewählten
festgelegten Zeitraums für
ein beispielhaftes Kraftstoffeinspritzsystem unter Verwendung von
piezoelektrischen Elementen darstellt, die auf doppeltwirkende Steuerventile
wirken. Die y-Achse
stellt das in eine Zylinderkammer während des vorgewählten festen
Zeitraums eingespritzte Kraftstoffvolumen dar. Die x-Achse stellt
die Aktivierungsspannung U dar, die an das entsprechende piezoelektrische
Element angelegt oder darin gespeichert wird, mit dem ein Ventil-Absperrkörper des
doppeltwirkenden Steuerventils verschoben wird. 1 Figure 11 is a graph illustrating the relationship between the activation voltage U and the injected volume m e of, for example, fuels during a preselected predetermined time period for an exemplary fuel injection system using piezoelectric elements acting on double acting control valves. The y-axis represents the volume of fuel injected into a cylinder chamber during the preselected fixed time period. The x-axis represents the activation voltage U applied to or stored in the corresponding piezoelectric element with which a valve gate of the double acting control valve is displaced becomes.
Bei
x = 0 und y = 0 ist die Aktivierungsspannung U gleich null, und
der Ventil-Absperrkörper
sitzt in einer ersten geschlossenen Position, um das Strömen von
Kraftstoff während
des vorgewählten
festgelegten Zeitraums zu verhindern. Für über null liegende Werte der
Aktivierungsspannung U bis zu dem als Uopt angezeigten
Punkt auf der x-Achse bewirken die dargestellten Werte der Aktivierungsspannung
U das Verschieben des Ventil-Absperrkörpers von der ersten geschlossenen
Position weg zur zweiten geschlossenen Position, und zwar auf eine
Weise, die für
den festgelegten Zeitraum zu einem größeren eingespritzten Kraftstoffvolumen
führt,
wenn sich die Aktivierungsspannung Uopt nähert, bis
zu dem Wert für das
Volumen, der auf der y-Achse durch me,max angegeben
ist. Der dem größten Volumen
für während des festen
Zeitraums eingespritzten Kraftstoff entsprechende Punkt me,max stellt den Wert der Aktivierungsspannung
für das
Anlegen an oder Laden des piezoelektrischen Elements dar, der zu
einer optimalen Verschiebung des Ventil-Absperrkörpers zwischen der ersten und
zweiten Ventilsitz führt.At x = 0 and y = 0, the activation voltage U is zero, and the valve gate is in a first closed position to prevent the flow of fuel for the preselected predetermined period of time. For about zero lying values of the activation voltage U up to the indicated as U opt point on the x-axis the values of the activation voltage U shown cause the displacement of the valve plug from the first closed position closed off to the second position, and in a manner which results in a larger injected fuel volume for the specified period of time as the activation voltage U opt approaches to the value for the volume indicated on the y-axis by m e, max . The point m e, max corresponding to the largest volume of fuel injected during the fixed period represents the value of the activation voltage for applying or charging the piezoelectric element, resulting in an optimal displacement of the valve shut-off body between the first and second valve seats.
Wie
in der graphischen Darstellung von 1 gezeigt,
nimmt das während
des festgelegten Zeitraums eingespritzte Kraftstoffvolumen für Werte der
Aktivierungsspannung über
Uopt ab, bis es null erreicht. Dies stellt
die Verschiebung des Ventil-Absperrkörpers von dem optimalen Punkt
weg und zu der zweiten geschlossenen Position des doppeltwirkenden
Steuerventils dar, bis der Ventil-Absperrkörper an der zweiten geschlossenen
Position sitzt. Somit veranschaulicht die graphische Darstellung
von 1, daß es
bei der Kraftstoffeinspritzung zu einem Maximalvolumen kommt, wenn
die Aktivierungsspannung bewirkt, daß das piezoelektrische Element den
Ventil-Absperrkörper
bis zu dem optimalen Punkt verschiebt.As in the graphic representation of 1 4, the volume of fuel injected for values of activation voltage over U opt decreases during the set time period until it reaches zero. This represents the displacement of the valve gate from the optimum point and to the second closed position of the double acting valve until the valve gate is seated at the second closed position. Thus, the graph of FIG 1 in that the fuel injection results in a maximum volume when the activation voltage causes the piezoelectric element to displace the valve shut-off body to the optimum point.
Die
vorliegende Erfindung lehrt, daß der Wert
für Uopt zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt
für ein
bestimmtes piezoelektrisches Element durch die Arbeitscharakteristiken
des jeweiligen piezoelektrischen Elements zu diesem Zeitpunkt beeinflußt wird.
Das heißt,
das von dem piezoelektrischen Element für eine bestimmte Aktivierungsspannung verursachte
Verschiebungsausmaß variiert
als Funktion der Arbeitscharakteristiken des jeweiligen piezoelektrischen
Elements. Um ein maximales Kraftstoffeinspritzvolumen me,max während eines
gegebenen festgelegten Zeitraums zu erreichen, sollte dementsprechend
die an das piezoelektrische Element angelegte oder in diesem auftretende
Aktivierungsspannung auf einen Wert gesetzt werden, der für die gegenwärtigen Arbeitscharakteristiken
des jeweiligen piezoelektrischen Elements relevant ist, damit man
Uopt erzielt.The present invention teaches that the value of U opt at any given time for a particular piezoelectric element is affected by the operating characteristics of the respective piezoelectric element at that time. That is, the amount of shift caused by the piezoelectric element for a given activation voltage varies as a function of the operating characteristics of the respective piezoelectric element. Accordingly, in order to achieve a maximum fuel injection volume m e, max for a given set period of time, the activation voltage applied to or occurring in the piezoelectric element should be set to a value relevant to the current operating characteristics of the respective piezoelectric element to allow U opt achieved.
2 zeigt
eine doppelte graphische Darstellung, die ein schematisches Profil
eines beispielhaften Steuerventilhubs zeigt, um den oben erörterten
Betrieb des doppeltwirkenden Steuerventils zu veranschaulichen.
In der oberen graphischen Darstellung von 2 stellt
die x-Achse die Zeit und die y-Achse die Verschiebung des Ventil-Absperrkörpers (Ventilhub)
dar. In der unteren graphischen Darstellung von 2 stellt
die x-Achse wieder die Zeit dar, während die y-Achse einen Düsennadelhub
zur Bereitstellung einer Kraftstoffströmung darstellt, der sich aus
dem Ventilhub der oberen graphischen Darstellung ergibt. Die obere
und untere graphische Darstellung sind aufeinander ausgerichtet,
damit sie hinsichtlich der Zeit einander entsprechen, wie durch
die jeweiligen x-Achsen dargestellt. 2 Figure 12 is a double graphical representation showing a schematic profile of an exemplary control valve lift to illustrate the operation of the double acting control valve discussed above. In the upper graphic Dar position of 2 the x-axis represents the time and the y-axis represents the displacement of the valve shut-off valve (valve lift). In the lower graph of 2 Again, the x-axis represents time, while the y-axis represents a nozzle needle lift to provide a fuel flow resulting from the valve lift of the upper graph. The upper and lower graphs are aligned with each other to correspond in time to each other as represented by the respective x-axes.
Während eines
Einspritzzyklus wird das piezoelektrische Element geladen, was zu
einer Ausdehnung des piezoelektrischen Elements führt, wie ausführlicher
beschrieben wird, und bewirkt, daß sich der entsprechende Ventil-Absperrkörper aus
der ersten geschlossenen Position in die zweite geschlossene Position
für einen
Voreinspritzhub bewegt, wie in der oberen graphischen Darstellung
von 2 gezeigt. Die untere graphische Darstellung von 2 zeigt
das Einspritzen von wenig Kraftstoff, wozu es kommt, während sich
der Ventil-Absperrkörper zwischen
den beiden Sitzen des doppeltwirkenden Steuerventils bewegt, wodurch
das Ventil geöffnet
und geschlossen wird, während
sich der Stopfen zwischen den beiden Sitzen bewegt. Das Laden des
piezoelektrischen Elements kann im allgemeinen in zwei Schritten
erfolgen: der erste besteht darin, es bis auf eine bestimmte Spannung
zu laden und zu bewirken, daß sich
das Ventil öffnet,
und der zweite besteht darin, es weiter zu laden und zu bewirken,
daß sich
das Ventil wieder an der zweiten geschlossenen Position schließt. Zwischen
diesen Schritten kann es im allgemeinen zu einer bestimmten zeitlichen
Verzögerung kommen.During an injection cycle, the piezoelectric element is charged resulting in expansion of the piezoelectric element, as will be described in more detail, and causes the corresponding valve gate to move from the first closed position to the second closed position for a pilot injection stroke, as in FIG the upper graph of 2 shown. The lower graph of 2 Fig. 10 shows the injection of little fuel, as it comes, as the valve shut-off moves between the two seats of the double-acting control valve, thereby opening and closing the valve as the plug moves between the two seats. The charging of the piezoelectric element can generally be done in two steps: the first is to charge it to a certain voltage and cause the valve to open, and the second is to charge it further and cause it to that the valve closes again at the second closed position. In general, there may be a certain delay between these steps.
Nach
einem vorausgewählten
Zeitraum wird dann eine Entladeoperation durchgeführt, wie
unten ausführlicher
erläutert
wird, um die Ladung innerhalb des piezoelektrischen Elements so
zu reduzieren, daß es
sich zusammenzieht, wie ebenfalls ausführlicher beschrieben wird,
und bewirkt, daß sich
der Ventil-Absperrkörper
von der zweiten geschlossenen Position wegbewegt und am Mittelpunkt
zwischen den beiden Sitzen anhält.
Wie in 1 angedeutet, soll die Aktivierungsspannung innerhalb
des piezoelektrischen Elements einen Wert erreichen, der gleich Uopt ist, um einem optimalen Punkt des Ventilhubs
zu entsprechen, und so einen maximalen Kraftstoffstrom me,max während
des Zeitraums zu erhalten, der einer Haupteinspritzung zugewiesen
ist. Die obere und untere graphische Darstellung von 2 zeigen
das Halten des Ventilhubs an einem Mittelpunkt, was zu einer Hauptkraftstoffeinspritzung
führt.After a preselected period of time, a discharge operation is then performed, as explained in more detail below, to reduce the charge within the piezoelectric element so that it contracts, as will also be described in more detail, and causes the valve closure body to deflect from the second moved closed position and stops at the midpoint between the two seats. As in 1 indicated, the activation voltage within the piezoelectric element should reach a value equal to U opt to correspond to an optimum point of the valve lift, and so to obtain a maximum fuel flow m e, max during the period assigned to a main injection. The upper and lower graph of 2 show holding the valve lift at a midpoint, resulting in a main fuel injection.
Am
Ende des Zeitraums für
die Haupteinspritzung wird das piezoelektrische Element bis auf eine
Aktivierungsspannung von null entladen, was zu einem weiteren Zusammenziehen
des piezoelektrischen Elements führt,
um zu bewirken, daß sich
der Ventil-Absperrkörper
von der optimalen Position weg zu der ersten geschlossenen Position
bewegt, wodurch das Ventil geschlossen und der Kraftstoffstrom gestoppt
wird, wie in der oberen und unteren graphischen Darstellung von 2 gezeigt.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Ventil-Absperrkörper wieder
in einer Position, um einen weiteren Zyklus aus Voreinspritzung
und Haupteinspritzung zu wiederholen, wie beispielsweise gerade
beschrieben. Natürlich
kann jeder andere Einspritzzyklus ausgeführt werden.At the end of the main injection period, the piezoelectric element is discharged to an activation voltage of zero, resulting in further contraction of the piezoelectric element to cause the valve gate to move from the optimum position to the first closed position whereby the valve is closed and the flow of fuel stopped, as in the upper and lower graphs of FIG 2 shown. At this time, the valve shut-off is again in a position to repeat another cycle of pilot injection and main injection, as just described, for example. Of course, every other injection cycle can be executed.
3 stellt
ein Schemadiagramm einer beispielhaften Ausführungsform einer Anordnung
bereit, in der die vorliegende Erfindung ausgebildet sein kann. 3 FIG. 10 provides a schematic diagram of an exemplary embodiment of an arrangement in which the present invention may be embodied.
3 hat
einen detaillierten Bereich A und einen nicht-detaillierten Bereich
B, deren Trennung durch eine gestrichelte Linie c angegeben ist.
Der detaillierte Bereich A umfaßt
eine Schaltung zum Laden und Entladen von piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60.
In dem betrachteten Beispiel sind diese piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 Aktuatoren
in Kraftstoffeinspritzdüsen
(insbesondere in sogenannten Common-Rail-Injektoren) eines Verbrennungsmotors.
Piezoelektrische Elemente können
für solche
Zwecke verwendet werden, da sie bekannterweise und wie oben erörtert die
Eigenschaft besitzen, sich als Funktion einer daran angelegten oder
darin auftretenden Spannung zusammenzuziehen oder auszudehnen. In
der beschriebenen Ausführungsform
werden sechs Piezoelektrische Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 genommen, um
sechs Zylinder innerhalb eines Verbrennungsmotors unabhängig zu
steuern; somit könnte
eine beliebige andere Anzahl von piezoelektrischen Elementen einem
beliebigen anderen Zweck entsprechen. 3 has a detailed area A and a non-detailed area B, the division of which is indicated by a dashed line c. The detailed area A includes a circuit for charging and discharging piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 , In the example considered, these are piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 Actuators in fuel injectors (especially in so-called common rail injectors) of an internal combustion engine. Piezoelectric elements may be used for such purposes as they are known to have the property of contracting or expanding as a function of a voltage applied thereto or as discussed above. In the described embodiment, six piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 taken to independently control six cylinders within an internal combustion engine; thus, any other number of piezoelectric elements could be for any other purpose.
Der
nicht-detaillierte Bereich B umfaßt eine Steuereinheit D und
einen Aktivierungs-IC E, über
die die Elemente innerhalb des detaillierten Bereichs A gesteuert
werden, sowie ein Meßsystem
F zum Messen von Systemarbeitscharakteristiken wie etwa beispielsweise
Kraftstoffdruck und Drehzahl (UpM) des Verbrennungsmotors zur Eingabe
in und Verwendung durch die Steuereinheit D, gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie unten ausführlich
beschrieben wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die Steuereinheit D und der Aktivierungs-IC E so
programmiert, daß sie
die Aktivierungsspannungen für Piezoelektrische
Elemente als Funktion der Arbeitscharakteristiken des jeweiligen
piezoelektrischen Elements steuern.Of the
non-detailed area B comprises a control unit D and
an activation IC E, via
controlling the elements within the detailed area A.
be, as well as a measuring system
F for measuring system performance characteristics such as, for example
Fuel pressure and RPM (rpm) of the internal combustion engine for input
in and use by the control unit D, according to the present invention,
as detailed below
is described. According to the present
Invention are the control unit D and the activation IC E so
programmed them
the activation voltages for piezoelectric
Elements as a function of the working characteristics of each
control piezoelectric element.
Die
folgende Beschreibung führt
zuerst die individuellen Elemente innerhalb des detaillierten Bereichs
A ein. Dann werden die Abläufe
des Ladens und Entladens von piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50, 60 allgemein
beschrieben. Schließlich werden
die Möglichkeiten,
wie beide Abläufe
mit Hilfe der Steuereinheit D und des Aktivierungs-IC E gemäß der vorliegenden
Erfindung gesteuert werden, ausführlich
beschrieben.The following description first introduces the individual elements within the detailed area A. Then, the processes of charging and discharging piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 generally described. Finally, the ways in which both operations are controlled by means of the control unit D and the activation IC E according to the present invention will be described in detail.
Die
Schaltung innerhalb des detaillierten Bereichs A umfaßt sechs
piezoelektrische Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60.The circuit within the detailed area A comprises six piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 ,
Die
piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 sind
in eine erste Gruppe G1 und eine zweite Gruppe G2 aufgeteilt, die
jeweils drei piezoelektrische Elemente umfassen (das heißt piezoelektrische
Elemente 10, 20 und 30 in der ersten
Gruppe G1 bzw. 40, 50 und 60 in der zweiten
Gruppe G2). Die Gruppen G1 und G2 sind Bestandteile von Schaltungsteilen,
die parallel zueinander geschaltet sind. Gruppenwahlschalter 310, 320 können dafür verwendet
werden festzulegen, welche der Gruppen G1, G2 von piezoelektrischen
Elementen 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 in
jedem Fall durch eine gemeinsame Lade- und Entladevorrichtung entladen
werden (jedoch sind die Gruppenwahlschalter 310, 320 für die Ladeabläufe ohne
Bedeutung, wie unten ausführlicher
erläutert
wird).The piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 are divided into a first group G1 and a second group G2, each comprising three piezoelectric elements (that is, piezoelectric elements 10 . 20 and 30 in the first group G1 or 40 . 50 and 60 in the second group G2). The groups G1 and G2 are components of circuit parts which are connected in parallel with each other. Group selector switch 310 . 320 can be used to determine which of the groups G1, G2 of piezoelectric elements 10 . 20 and 30 respectively. 40 . 50 and 60 in any case be discharged by a common loading and unloading device (however, the group selector switch 310 . 320 for the loadings, as will be explained in more detail below).
Die
Gruppenwahlschalter 310, 320 sind zwischen einer
Spule 240 und den jeweiligen Gruppen G1 und G2 (den Anschlüssen auf
der Spulenseite davon) angeordnet und als Transistoren implementiert. Seitentreiber 311, 321 sind
implementiert, die von dem Aktivierungs-IC E erhaltene Steuersignale
in Spannungen transformieren, die je nach Bedarf zum Schließen und Öffnen der
Schalter gewählt
werden können.The group selector 310 . 320 are between a coil 240 and the respective groups G1 and G2 (the terminals on the coil side thereof) and implemented as transistors. page driver 311 . 321 are implemented which transform the control signals obtained from the activation IC E into voltages that can be selected as needed to close and open the switches.
Dioden 315 bzw. 325 (als
Gruppenwahldioden bezeichnet) sind parallel zu den Gruppenwahlschaltern 310, 320 vorgesehen.
Wenn die Gruppenwahlschalter 310, 320 beispielsweise
als MOSFETs oder IGBTs implementiert sind, können diese Gruppenwahldioden 315 und 325 durch
die parasitären Dioden
selbst gebildet werden. Die Dioden 315, 325 umgehen
die Gruppenwahlschalter 310, 320 während der
Ladeabläufe.
Somit wird die Funktionalität der
Gruppenwahlschalter 310, 320 darauf reduziert, eine
Gruppe G1, G2 von piezoelektrischen Elementen 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 nur
für einen Entladeablauf
auszuwählen.diodes 315 respectively. 325 (referred to as group select diodes) are in parallel with the group selectors 310 . 320 intended. When the group selector switch 310 . 320 For example, as MOSFETs or IGBTs are implemented, these group selectors 315 and 325 are formed by the parasitic diodes themselves. The diodes 315 . 325 bypass the group selector 310 . 320 during the loading process. Thus, the functionality of the group selector switches 310 . 320 reduced to a group G1, G2 of piezoelectric elements 10 . 20 and 30 respectively. 40 . 50 and 60 to select only for one discharge process.
Innerhalb
jeder Gruppe G1 bzw. G2 sind die piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 als
Bestandteile von Piezoverzweigungen 110, 120 und 130 (Gruppe
G1) und 140, 150 und 160 (Gruppe G2)
angeordnet, die parallel geschaltet sind. Jede Piezoverzweigung
umfaßt
eine Reihenschaltung, die aus einer ersten Parallelschaltung besteht, die
ein piezoelektrisches Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 und
einen entsprechenden Widerstand 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 (als
Verzweigungswiderstände bezeichnet)
umfaßt,
und einer zweiten Parallelschaltung, die aus einem Wahlschalter
besteht, der als ein Transistor 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 (als
Verzweigungswahlschalter bezeichnet) und einer Diode 12, 22, 32, 42, 52 bzw. 62 (als
Verzweigungsdioden bezeichnet) besteht.Within each group G1 or G2 are the piezoelectric elements 10 . 20 and 30 respectively. 40 . 50 and 60 as components of piezo branches 110 . 120 and 130 (Group G1) and 140 . 150 and 160 (Group G2) arranged in parallel. Each piezo junction comprises a series circuit consisting of a first parallel connection comprising a piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 respectively. 60 and a corresponding resistor 13 . 23 . 33 . 43 . 53 respectively. 63 (referred to as branch resistors), and a second parallel circuit consisting of a selector switch acting as a transistor 11 . 21 . 31 . 41 . 51 respectively. 61 (called a branch selector switch) and a diode 12 . 22 . 32 . 42 . 52 respectively. 62 (called branch diodes) consists.
Die
Verzweigungswiderstände 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 bewirken,
daß jedes
entsprechende piezoelektrische Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 sich
während
und nach einem Ladeablauf ständig entlädt, da sie
beide Anschlüsse
jedes kapazitiven piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 miteinander
verbinden. Die Verzweigungswiderstände 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 sind
jedoch ausreichend groß,
damit dieser Ablauf im Vergleich zu den gesteuerten Lade- und Entladeabläufen langsam
wird, wie unten beschrieben. Es ist somit weiterhin eine angemessene
Prämisse,
das Laden eines beliebigen piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 so
zu betrachten, daß es
sich innerhalb einer relevanten Zeit nach einem Ladeablauf nicht ändert (der Grund,
um dennoch die Verzweigungswiderstände 13, 23, 33, 43, 53 und 63 zu
implementieren, besteht darin, Restladungen auf den piezoelektrischen
Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 im
Fall eines Zusammenbruchs des Systems oder anderer Ausnahmesituationen
zu vermeiden). Somit können
die Verzwei gungswiderstände 13, 23, 33, 43, 53 und 63 in der
folgenden Beschreibung vernachlässigt
werden.The branch resistances 13 . 23 . 33 . 43 . 53 respectively. 63 cause each corresponding piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 respectively. 60 continuously discharges during and after a charging process, since they both terminals of each capacitive piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 respectively. 60 connect with each other. The branch resistances 13 . 23 . 33 . 43 . 53 respectively. 63 however, are sufficiently large for this process to become slow as compared to the controlled charging and discharging operations, as described below. It is therefore still a reasonable premise to charge any piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 so that it does not change within a relevant time after a charge (the reason to still have the branch resistances 13 . 23 . 33 . 43 . 53 and 63 to implement, is residual charges on the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 in case of breakdown of the system or other exceptional situations). Thus, the branching resistance can 13 . 23 . 33 . 43 . 53 and 63 neglected in the following description.
Die
Verzweigungswahlschalter-Verzweigungsdioden-Paare in den individuellen
Piezoverzweigungen 110, 120, 130, 140, 150 bzw. 160,
das heißt
Wahlschalter 11 und Diode 12 in der Piezoverzweigung 110,
Wahlschalter 21 und Diode 22 in der Piezoverzweigung 120 usw.
können
unter Verwendung von elektronischen Schaltern (d.h. Transistoren)
mit parasitären
Dioden, beispielsweise MOSFETs und IGBTs implementiert werden (wie
oben für die
Gruppenwahlschalter-/-dioden-Paare 310 und 315 bzw. 320 und 325 angegeben).The branch selector junction diode pairs in the individual piez branching 110 . 120 . 130 . 140 . 150 respectively. 160 that is selector switch 11 and diode 12 in the piezo junction 110 , Selector switch 21 and diode 22 in the piezo junction 120 etc. can be implemented using electronic switches (ie, transistors) with parasitic diodes, such as MOSFETs and IGBTs (as above for the group selector / diode pairs 310 and 315 respectively. 320 and 325 specified).
Mit
den Verzweigungswahlschaltern 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 kann
festgelegt werden, welches der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 in
jedem Fall durch eine gemeinsame Lade- und Entladevorrichtung geladen
wird: In jedem Fall sind die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 oder 60,
die geladen werden, all jene, deren Verzweigungswahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 oder 61 während des
Ladungsablaufs geschlossen sind, der unten beschrieben ist. Üblicherweise
ist zu einem beliebigen Zeitpunkt nur einer der Verzweigungswahlschalter
geschlossen.With the branch selector switches 11 . 21 . 31 . 41 . 51 respectively. 61 it can be determined which of the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 In any case, the piezoelectric elements are loaded in each case by a common charging and discharging device 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 which are loaded, all those whose branch selector switch 11 . 21 . 31 . 41 . 51 or 61 during the charging process described below. Usually, only one of the branch selector switches is closed at any one time.
Die
Verzweigungsdioden 12, 22, 32, 42, 52 und 62 dienen
dazu, die Verzweigungswahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 während Entladeabläufen zu
umgehen. Bei dem für
Ladeabläufe
betrachteten Beispiel kann somit jedes individuelle piezoelektrische
Element gewählt
werden, wohingegen für
Entladeabläufe
entweder die erste Gruppe G1 oder die zweite Gruppe G2 von piezoelektrischen
Elementen 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 oder
beide ausgewählt
werden müssen.The branch diodes 12 . 22 . 32 . 42 . 52 and 62 serve to the branch selector switch 11 . 21 . 31 . 41 . 51 respectively. 61 during unloading operations to get around. Thus, in the example considered for charging processes, each individual piezoelectric element can be selected, whereas for discharge processes either the first group G1 or the second group G2 of piezoelectric elements 10 . 20 and 30 respectively. 40 . 50 and 60 or both must be selected.
Zu
den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 selbst
zurückkehrend,
können
die Verzweigungswahlpiezoanschlüsse 15, 25, 35, 45, 55 bzw. 65 entweder über die
Verzweigungswahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 oder
durch die entsprechenden Dioden 12, 22, 32, 42, 52 bzw. 62 und in
beiden Fällen
zusätzlich
durch den Widerstand 300 mit Masse verbunden sein.To the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 returning by itself, the branch option piezo connections can 15 . 25 . 35 . 45 . 55 respectively. 65 either via the branch selector switch 11 . 21 . 31 . 41 . 51 respectively. 61 or through the corresponding diodes 12 . 22 . 32 . 42 . 52 respectively. 62 and in both cases additionally by the resistance 300 connected to ground.
Der
Zweck des Widerstands 300 besteht darin, die Ströme zu messen,
die während
des Ladens und Entladens der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zwischen
den Verzweigungswahlpiezoanschlüssen 15, 25, 35, 45, 55 bzw. 65 und Masse
fließen.
Eine Kenntnis dieser Ströme
gestattet ein gesteuertes Laden und Entladen der piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60.
Insbesondere ist es möglich,
indem der Ladeschalter 220 und der Entladeschalter 230 auf
eine Weise geschlossen und geöffnet
werden, die von der Größe der Ströme abhängt, den
Ladestrom und den Entladestrom auf vordefinierte Mittelwerte zu
setzen und/oder zu verhindern, daß sie über einen vordefinierten Höchstwert
ansteigen und/oder unter einen vordefinierten Mindestwert abfallen,
wie unten ausführlicher
erläutert
wird.The purpose of the resistance 300 is to measure the currents that occur during charging and discharging of the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 between the branch option piezo connections 15 . 25 . 35 . 45 . 55 respectively. 65 and mass flow. A knowledge of these currents allows controlled charging and discharging of the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 , In particular, it is possible by the charging switch 220 and the discharge switch 230 be closed and opened in a manner that depends on the magnitude of the currents to set the charge current and the discharge current to predefined averages and / or to prevent them from increasing above a predefined maximum value and / or falling below a predefined minimum value, as below will be explained in more detail.
Bei
dem betrachteten Beispiel erfordert die Messung selbst weiterhin
eine Spannungsquelle 621, die beispielsweise eine Spannung
von 5 V Gleichstrom bereitstellt, und einen als zwei Widerstände 622 und 623 implementierten
Spannungsteiler. Damit soll der Aktivierungs-IC E (über den
die Messungen durchgeführt
werden) vor negativen Spannungen geschützt werden, die ansonsten am Meßpunkt 620 auftreten
könnten
und die mit Hilfe des Aktivierungs-IC E nicht gehandhabt werden
können: Solche
negativen Spannungen werden in positive Spannungen geändert, und
zwar mit Hilfe der Addition mit einem positiven Spannungs-Setup,
der von der Spannungsquelle 621 und den Spannungsteilerwiderständen 622 und 623 geliefert
wird.In the example considered, the measurement itself still requires a voltage source 621 which provides, for example, a voltage of 5 V DC, and one as two resistors 622 and 623 implemented voltage divider. Thus, the activation IC E (via which the measurements are carried out) should be protected from negative voltages that would otherwise be present at the measuring point 620 and that can not be handled with the aid of the activation IC E: such negative voltages are changed to positive voltages by means of addition with a positive voltage setup, that of the voltage source 621 and the voltage dividing resistors 622 and 623 is delivered.
Der
andere Anschluß jedes
piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 und 60,
das heißt der
Gruppenwahl piezoanschluß 14, 24, 34, 44, 54 bzw. 64,
kann an den Pluspol einer Spannungsquelle über den Gruppenwahlschalter 310 oder 320 oder über die
Gruppenwahldiode 315 oder 325 sowie über eine
Spule 240 und eine Parallelschaltung, die aus einem Ladeschalter 220 und
einer Ladediode 221 besteht, angeschlossen sein und alternativ
oder zusätzlich
mit Masse über
den Gruppenwahlschalter 310 oder 320 oder über die
Diode 315 oder 325 sowie über die Spule 240 und
eine Parallelschaltung verbunden sein, die aus einem Entladeschalter 230 oder einer
Entladediode 231 besteht. Der Ladeschalter 220 und
der Entladeschalter 230 sind beispielsweise als Transistoren
implementiert, die über
Seitentreiber 222 bzw. 232 gesteuert werden.The other terminal of each piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 , that is, the group selection piezo connection 14 . 24 . 34 . 44 . 54 respectively. 64 , can be connected to the positive pole of a voltage source via the group selector switch 310 or 320 or via the group selector diode 315 or 325 as well as a coil 240 and a parallel circuit consisting of a charging switch 220 and a charging diode 221 exists, be connected and alternatively or additionally with ground via the group selector switch 310 or 320 or over the diode 315 or 325 as well as over the coil 240 and a parallel circuit connected to a discharge switch 230 or a discharge diode 231 consists. The charging switch 220 and the discharge switch 230 are implemented as transistors, for example, via page drivers 222 respectively. 232 to be controlled.
Die
Spannungsquelle umfaßt
ein Element mit kapazitiven Eigenschaften, das bei dem betrachteten
Beispiel der (Puffer-)Kondensator 210 ist. Der Kondensator 210 wird
von einer Batterie 200 (beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie)
und einem Gleichspannungswandler 201 dahinter geladen.
Der Gleichspannungswandler 201 wandelt die Batteriespannung
(beispielsweise 12 V) im wesentlichen in jede andere Gleichspannung
(beispielsweise 250 V) um und lädt
den Kondensator 210 auf diese Spannung. Der Gleichspannungswandler 201 wird
mit Hilfe des Transistorschalters 202 und des Widerstands 203 gesteuert,
der für
Strommessungen verwendet wird, die an einem Meßpunkt 630 vorgenommen
werden.The voltage source comprises an element with capacitive properties, which in the example under consideration is the (buffer) capacitor 210 is. The capacitor 210 is from a battery 200 (For example, a motor vehicle battery) and a DC-DC converter 201 loaded behind it. The DC-DC converter 201 converts the battery voltage (for example, 12 V) substantially to any other DC voltage (for example, 250 V) and charges the capacitor 210 to this tension. The DC-DC converter 201 is using the transistor switch 202 and the resistance 203 controlled, which is used for current measurements at a measuring point 630 be made.
Zu
Zwecken der Gegenprobe wird eine weitere Strommessung an einem Meßpunkt 650 durch den
Aktivierungs-IC E sowie durch Widerstände 651, 652 und 653 und
eine Quelle 654 mit einer Spannung von beispielsweise 5
V Gleichstrom gestattet; außerdem
wird eine Spannungsmessung an einem Meßpunkt 640 durch Aktivierungs-IC
E sowie durch spannungsteilende Widerstände 641 und 642 gestattet.For purposes of cross-checking, another current measurement is made at a measuring point 650 through the activation IC E as well as through resistors 651 . 652 and 653 and a source 654 allowed with a voltage of, for example, 5 V DC; In addition, a voltage measurement at a measuring point 640 by activation IC E and by voltage dividing resistors 641 and 642 allowed.
Ein
Widerstand 330 (der als Gesamtentladewiderstand bezeichnet
wird), ein als ein Transistor 331 implementierter Stoppschalter
(als Stoppschalter bezeichnet) und eine (als Gesamtentladediode
bezeichnete) Diode 332 dienen schließlich dazu, die piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zu
entladen (falls sie nicht bereits durch den „normalen" Entladevorgang entladen worden sind,
wie unten näher
beschrieben). Der Stoppschalter 331 wird bevorzugt nach „normalen" Entladeabläufen geschlossen
(zyklisches Entladen über
Entladeschalter 230). Er verbindet dadurch die piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 über Widerstände 330 und 300 mit
Masse und beseitigt somit etwaige Restladungen, die in den piezoelektrischen
Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zurückbleiben
könnten.
Die Gesamtentladediode 332 verhindert, daß an den
piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 negative
Spannungen auftreten, die unter einigen Umständen dadurch beschädigt werden
könnten.A resistance 330 (referred to as total discharge resistance), one as a transistor 331 implemented stop switch (referred to as stop switch) and a diode (referred to as Gesamtentladediode) 332 Finally serve to the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 to unload (if they have not already been discharged by the "normal" unloading operation, as described below) 331 is preferably closed after "normal" Entladeabläufen (cyclic unloading via discharge switch 230 ). It thereby connects the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 about resistances 330 and 300 with ground and thus eliminates any residual charges in the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 could stay behind. The total discharge diode 332 prevents the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 negative voltages occur, which could be damaged in some circumstances.
Das
Laden und Entladen aller piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 oder
irgendeines bestimmten wird über
eine einzelne Lade- und Entladevorrichtung bewerkstelligt (die allen Gruppen
und ihren piezoelektrischen Elementen gemein ist). Bei dem betrachteten
Beispiel umfaßt
die gemeinsame Lade- und Entladevorrichtung eine Batterie 200,
einen Gleichspannungswandler 201, einen Kondensator 210,
einen Ladeschalter 220 und einen Entladeschalter 230,
eine Ladediode 221 und eine Entladediode 231 und
eine Spule 240.Loading and unloading of all piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 or any particular one is accomplished via a single loading and unloading device (which is common to all groups and their piezoelectric elements) mine is). In the example considered, the common charging and discharging device comprises a battery 200 , a DC-DC converter 201 , a capacitor 210 , a charging switch 220 and a discharge switch 230 , a charging diode 221 and a discharge diode 231 and a coil 240 ,
Das
Laden und Entladen jedes piezoelektrischen Elements funktioniert
auf die gleiche Weise und wird nachfolgend unter Bezugnahme lediglich auf
das erste piezoelektrische Element 10 erläutert.The charging and discharging of each piezoelectric element functions in the same manner and will be described below with reference only to the first piezoelectric element 10 explained.
Die
während
der Lade- und Entladeabläufe auftretenden
Zustände
werden unter Bezugnahme auf 4a bis 4d erläutert, von
denen 4a und 4b das
Laden des piezoelektrischen Elements 10 und 4c und 4d das
Entladen des piezoelektrischen Elements 10 darstellen.The conditions occurring during the loading and unloading operations are explained with reference to FIG 4a to 4d explains, of which 4a and 4b the charging of the piezoelectric element 10 and 4c and 4d the discharge of the piezoelectric element 10 represent.
Die
Wahl eines oder mehrerer jeweiliger piezoelektrischer Elemente 10, 20, 30, 40, 50 oder 60, die
geladen oder entladen werden sollen, der Ladeablauf wie nachfolgend
beschrieben sowie der Entladeablauf werden von den Aktivierungs-IC
E und der Steuereinheit D mit Hilfe des Öffnens oder Schließens von
einem oder mehreren der oben eingeführten Schalter 11, 21, 31, 41, 51, 61; 310, 320; 220, 230 und 331 angetrieben.
Die Wechselwirkungen zwischen den Elementen innerhalb des detaillierten
Bereichs A einerseits und dem Aktivierungs-IC E und der Steuereinheit
D andererseits werden unten ausführlich
beschrieben.The choice of one or more respective piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 which are to be charged or discharged, the charging process as described below, and the discharging operation are performed by the activation IC E and the control unit D by opening or closing one or more of the switches inserted above 11 . 21 . 31 . 41 . 51 . 61 ; 310 . 320 ; 220 . 230 and 331 driven. The interactions between the elements within the detailed area A on the one hand and the activation IC E and the control unit D on the other hand will be described in detail below.
Hinsichtlich
des Ladeablaufs muß zuerst
ein beliebiges jeweiliges piezoelektrisches Element 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 gewählt werden,
das geladen werden soll. Um ausschließlich das erste piezoelektrische
Element 10 zu laden, wird der Verzweigungswahlschalter 11 der
ersten Verzweigung 110 geschlossen, wohingegen alle anderen
Verzweigungswahlschalter 21, 31, 41, 51 und 61 geöffnet bleiben. Um
ausschließlich
irgendein anderes piezoelektrisches Element 20, 30, 40, 50, 60 oder
um mehrere einzelne zur gleichen Zeit zu laden, würden sie
gewählt
werden, indem die entsprechenden Verzweigungswahlschalter 21, 31, 41, 51 und/oder 61 geschlossen
werden.Regarding the charging process, first, any respective piezoelectric element must be used 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 to be selected, which is to be loaded. To exclusively the first piezoelectric element 10 to load, the branch selection switch becomes 11 the first branch 110 closed, whereas all other branch selector switches 21 . 31 . 41 . 51 and 61 stay open. Exclusively any other piezoelectric element 20 . 30 . 40 . 50 . 60 or to load several individual at the same time, they would be selected by the appropriate branch selector switch 21 . 31 . 41 . 51 and or 61 getting closed.
Dann
kann der eigentliche Ladeablauf stattfinden:
Innerhalb des
betrachteten Beispiels erfordert der Ladeablauf im allgemeinen eine
positive Potentialdifferenz zwischen Kondensator 210 und
dem Gruppenwahlpiezoanschluß 14 des
ersten piezoelektrischen Elements 10. Solange jedoch der
Ladeschalter 220 und der Entladeschalter 230 offen
sind, kommt es zu keinem Laden oder Entladen des piezoelektrischen Elements 10:
In diesem Zustand befindet sich die in 3 gezeigte
Schaltung in einem eingeschwungenen Zustand, das heißt, das
piezoelektrische Element 10 behält seinen Ladungszustand auf im
wesentlichen unveränderte
Weise bei und keine Ströme
fließen.Then the actual charge process can take place:
Within the considered example, the charging process generally requires a positive potential difference between capacitors 210 and the group dial piezo connection 14 of the first piezoelectric element 10 , As long as the charging switch 220 and the discharge switch 230 are open, there is no charging or discharging of the piezoelectric element 10 : In this state is the in 3 shown circuit in a steady state, that is, the piezoelectric element 10 maintains its charge state in a substantially unchanged manner and no currents flow.
Um
das erste piezoelektrische Element 10 zu laden, wird der
Ladeschalter 220 geschlossen. Theoretisch könnte das
erste piezoelektrische Element 10 einfach dadurch geladen
werden. Dies würde
jedoch große
Ströme
erzeugen, die die beteiligten Elemente beschädigen könnten. Deshalb werden die auftretenden
Ströme
am Meßpunkt 620 gemessen
und der Schalter 220 wird wieder geöffnet, sobald die detektierten
Ströme
eine bestimmte Grenze übersteigen. Um
eine beliebige gewünschte
Ladung auf dem ersten piezoelektrischen Element 10 zu erreichen,
wird daher der Ladeschalter 220 wiederholt geschlossen und
geöffnet,
während
der Entladeschalter 230 offen bleibt.Around the first piezoelectric element 10 to charge, the charging switch 220 closed. Theoretically, the first piezoelectric element could be 10 simply be charged by it. However, this would generate large currents that could damage the elements involved. Therefore, the currents occurring at the measuring point 620 measured and the switch 220 is opened again as soon as the detected currents exceed a certain limit. To any desired charge on the first piezoelectric element 10 to reach, therefore, the charging switch 220 repeatedly closed and opened while the discharge switch 230 remains open.
Ausführlicher
ausgedrückt
kommt es, wenn der Ladeschalter 220 geschlossen ist, zu
den in 4a gezeigten Zuständen, das
heißt,
ein geschlossener Kreis, der eine Reihenschaltung umfaßt, die
aus piezoelektrischem Element 10, Kondensator 210 und
Spule 240 besteht, wird gebildet, in dem ein Strom iLE(t) fließt, wie durch die Pfeile in 4a angedeutet.
Infolge dieses Stromflusses werden beide positiven Ladungen zu dem
Gruppenwahlpiezoanschluß 14 des
ersten piezoelektrischen Elements 10 gebracht und Energie
wird in der Spule 240 gespeichert.In more detail, it comes when the charging switch 220 is closed to the in 4a shown, that is, a closed circuit comprising a series circuit consisting of piezoelectric element 10 , Capacitor 210 and coil 240 is formed, in which a current i LE (t) flows, as indicated by the arrows in 4a indicated. As a result of this current flow, both positive charges become the group select piezo 14 of the first piezoelectric element 10 brought and energy is in the coil 240 saved.
Wenn
sich der Ladeschalter 220 kurz (beispielsweise einige wenige μs) nachdem
er geschlossen worden ist, öffnet,
treten die in 4b gezeigten Zustände auf:
Ein geschlossener Kreis, der eine Reihenschaltung umfaßt, die
aus piezoelektrischem Element 10, Ladediode 221 und
Spule 240 besteht, wird gebildet, in dem ein Strom iLA(t) fließt, wie durch die Pfeile in 4b angedeutet.
Das Ergebnis dieses Stromflusses ist, daß in der Spule 240 gespeicherte Energie
in das piezoelektrische Element 10 fließt. Entsprechend der Energiezufuhr
zu dem piezoelektrischen Element 10 nehmen die in letzterem
auftretende Spannung und seine externen Abmessungen zu. Nachdem
der Energietransport von der Spule 240 zum piezoelektrischen
Element 10 stattgefunden hat, wird wieder der eingeschwungene
Zustand der Schaltung wie in 3 gezeigt
und bereits beschrieben, erreicht.When the charging switch 220 shortly (for example a few μs) after it has been closed, the in 4b A closed circuit comprising a series circuit consisting of piezoelectric element 10 , Charging diode 221 and coil 240 is formed, in which a current i LA (t) flows, as indicated by the arrows in 4b indicated. The result of this current flow is that in the coil 240 stored energy in the piezoelectric element 10 flows. According to the power supply to the piezoelectric element 10 take the voltage and its external dimensions that occur in the latter. After the energy transport from the coil 240 to the piezoelectric element 10 has taken place again, the steady state of the circuit as in 3 shown and already described achieved.
Je
nach dem gewünschten
Zeitprofil des Ladevorgangs wird zu diesem Zeitpunkt oder früher oder
später
der Ladeschalter 220 wieder geschlossen und wieder geöffnet, so
daß die
oben beschriebenen Prozesse wiederholt werden. Infolge des Wiederschließens und
Wiederöffnens
des Ladeschalters 220 nimmt die im piezoelektrischen Element
gespeicherte Energie zu (die bereits im piezoelektrischen Element 10 gespeicherte
Energie und die neu zugeführte
Energie werden zusammenaddiert), und die am piezoelektrischen Element 10 auftretende
Spannung und seine externen Abmessungen nehmen dementsprechend zu.Depending on the desired time profile of the charging process is at this time or sooner or later the charging switch 220 closed again and opened again, so that the processes described above are repeated. As a result of reclosing and reopening the charging switch 220 increases the energy stored in the piezoelectric element (already in the piezoelectric element 10 stored energy and the newly added led energy are added together), and those at the piezoelectric element 10 occurring voltage and its external dimensions increase accordingly.
Wenn
das oben erwähnte
Schließen
und Öffnen
des Ladeschalters 220 mehrmals wiederholt wird, nehmen
die am piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung
und die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 10 in
Stufen zu.If the above mentioned closing and opening the charging switch 220 repeated several times, take the piezoelectric element 10 occurring stress and the expansion of the piezoelectric element 10 in stages too.
Nachdem
der Ladeschalter 220 mit einer vordefinierten Häufigkeit
geschlossen und geöffnet
worden ist und/oder nachdem das piezoelektrische Element 10 den
gewünschten
Ladezustand erreicht hat, wird das Laden des piezoelektrischen Elements
beendet, indem der Ladeschalter 220 offengelassen wird.After the charging switch 220 has been closed and opened at a predefined frequency and / or after the piezoelectric element 10 has reached the desired state of charge, the charging of the piezoelectric element is terminated by the charging switch 220 is left open.
Hinsichtlich
des Entladeablaufs werden bei dem betrachteten Beispiel die piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 wie
folgt in Gruppen (G1 und/oder G2) entladen:
Zuerst werden der
oder die Gruppenwahlschalter 310 und/oder 320 der
Gruppe oder Gruppen G1 und/oder G2, deren piezoelektrische Elemente
entladen werden sollen, geschlossen (die Verzweigungswahlschalter 11, 21, 31, 41, 51, 61 beeinflussen
nicht die Wahl der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 für den Entladeablauf,
da sie in diesem Fall von den Verzweigungsdioden 12, 22, 32, 42, 52 und 62 überbrückt werden).
Um das piezoelektrische Element 10 als Teil der ersten
Gruppe G1 zu entladen, wird daher der erste Gruppenwahlschalter 310 geschlossen.With respect to the discharge operation, in the example under consideration, the piezoelectric elements become 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 discharged into groups (G1 and / or G2) as follows:
First, the group selector (s) 310 and or 320 the group or groups G1 and / or G2 whose piezoelectric elements are to be discharged are closed (the branch selection switches 11 . 21 . 31 . 41 . 51 . 61 do not affect the choice of piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 for the discharge process, since they are in this case by the branch diodes 12 . 22 . 32 . 42 . 52 and 62 be bridged). To the piezoelectric element 10 therefore, as part of the first group G1, becomes the first group selector switch 310 closed.
Wenn
der Entladeschalter 230 geschlossen ist, treten die in 4c gezeigten
Zustände
auf: Ein geschlossener Kreis entsteht, der eine Reihenschaltung
umfaßt,
die aus dem piezoelektrischen Element 10 und der Spule 240 besteht
und in der ein Strom iEE(t) fließt, wie
durch die Pfeile in 4c angedeutet. Das Ergebnis
dieses Stromflusses ist, daß die
im piezoelektrischen Element gespeicherte Energie (ein Teil davon)
in die Spule 240 transportiert wird. Entsprechend der Energieübertragung
von piezoelektrischem Element 10 zur Spule 240 nehmen
die an dem piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung und
seine externen Abmessungen ab.When the discharge switch 230 is closed, the in 4c A closed circuit is formed which comprises a series circuit consisting of the piezoelectric element 10 and the coil 240 and in which a current i EE (t) flows as indicated by the arrows in 4c indicated. The result of this current flow is that the energy stored in the piezoelectric element (part of it) enters the coil 240 is transported. According to the energy transfer from piezoelectric element 10 to the coil 240 take those on the piezoelectric element 10 occurring voltage and its external dimensions.
Wenn
sich der Entladeschalter 230 kurz (beispielsweise einige
wenige μs)
nachdem er geschlossen hat, öffnet,
treten die in 4d gezeigten Zustände ein:
Ein geschlossener Kreis entsteht, der eine Reihenschaltung umfaßt, die
aus dem piezoelektrischen Element 10, dem Kondensator 210,
der Entladediode 231 und der Spule 240 besteht
und in der ein Strom iEA(t) fließt, wie
durch die Pfeile in 4d angedeutet. Das Ergebnis
dieses Stromflusses ist, daß in
der Spule 240 gespeicherte Energie in den Kondensator 210 zurückgeführt wird.
Nachdem der Energietransport von der Spule 240 zum Kondensator 210 stattgefunden
hat, wird der eingeschwungene Zustand der Schaltung, wie in 3 gezeigt und
bereits beschrieben, wieder erreicht.When the discharge switch 230 briefly (for example, a few μs) after he has closed, the in 4d A closed circuit is formed which comprises a series circuit consisting of the piezoelectric element 10 , the capacitor 210 , the discharge period 231 and the coil 240 and in which a current i EA (t) flows, as indicated by the arrows in FIG 4d indicated. The result of this current flow is that in the coil 240 stored energy in the capacitor 210 is returned. After the energy transport from the coil 240 to the condenser 210 has occurred, the steady state of the circuit, as in 3 shown and already described, reached again.
Je
nach dem gewünschten
Zeitprofil des Entladevorgangs wird zu diesem Zeitpunkt oder früher oder
später
der Entladeschalter 230 wieder einmal geschlossen und wieder
geöffnet,
so daß die
oben beschriebenen Prozesse wiederholt werden. Infolge des Wiederschließens und
Wiederöffnens
des Entladeschalters 230 wird die im piezoelektrischen
Element 10 gespeicherte Energie weiter reduziert, und die
am piezoelektrischen Element auftretende Spannung und seine externen
Abmessungen dementsprechend reduziert.Depending on the desired time profile of the discharging process, the discharge switch will be at this time or sooner or later 230 once again closed and reopened so that the processes described above are repeated. As a result of reclosing and reopening the discharge switch 230 becomes the piezoelectric element 10 stored energy further reduced, and the voltage occurring at the piezoelectric element and its external dimensions accordingly reduced.
Wenn
das oben erwähnte
Schließen
und Öffnen
des Entladeschalters 230 mehrmals wiederholt wird, nehmen
die am piezoelektrischen Element 10 auftretende Spannung
und die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 10 in
Stufen ab.When the above-mentioned closing and opening of the discharge switch 230 repeated several times, take the piezoelectric element 10 occurring stress and the expansion of the piezoelectric element 10 in stages.
Nachdem
der Entladeschalter 230 mit einer vordefinierten Häufigkeit
geschlossen und geöffnet worden
ist und/oder nachdem das piezoelektrische Element den gewünschten
Ladezustand erreicht hat, wird das Entladen des piezoelektrischen
Elements 10 beendet, indem der Entladeschalter 230 offengelassen
wird.After the discharge switch 230 has been closed and opened at a predefined frequency and / or after the piezoelectric element has reached the desired state of charge, the discharge of the piezoelectric element 10 stopped by the discharge switch 230 is left open.
Die
Wechselwirkung zwischen dem Aktivierungs-IC E und der Steuereinheit
D einerseits und den Elementen innerhalb des detaillierten Bereichs
A andererseits erfolgt durch Steuersignale, die vom Aktivierungs-IC
E zu Elementen innerhalb des detaillierten Bereichs A über Verzweigungswahlsteuerleitungen 410, 420, 430, 440, 450, 460,
Gruppenwahlsteuerleitungen 510, 520, Stoppschaltersteuerleitung 530,
Ladeschaltersteuerleitung 540 und Entladeschaltersteuerleitung 550 und
Steuerleitung 560 geschickt werden. Andererseits gibt es
Sensorsignale, die an Meßpunkten 600, 610, 620, 630, 640, 650 innerhalb
des detaillierten Bereichs A erhalten werden, die über Sensorleitungen 700, 710, 720, 730, 740, 750 zum
Aktivierungs-IC E übertragen
werden.The interaction between the activation IC E and the control unit D, on the one hand, and the elements within the detailed area A, on the other hand, is effected by control signals from the activation IC E to elements within the detailed area A via branch selection control lines 410 . 420 . 430 . 440 . 450 . 460 , Group polling control lines 510 . 520 , Stop switch control line 530 , Charging switch control line 540 and discharge switch control line 550 and control line 560 sent. On the other hand, there are sensor signals at measuring points 600 . 610 . 620 . 630 . 640 . 650 within the detailed area A obtained via sensor lines 700 . 710 . 720 . 730 . 740 . 750 be transferred to the activation IC E.
Die
Steuerleitungen werden dazu verwendet, Spannungen an die Transistorbasen
anzulegen oder nicht anzulegen, um piezoelektrische Elemente 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 auszuwählen, um
Lade- oder Entladeabläufe
eines einzelnen oder mehrerer piezoelektrischer Elemente 10, 20, 30 bzw. 40, 50, 60 mit
Hilfe des Öffnens
und Schließens
der entsprechenden Schalter wie oben beschrieben durchzuführen. Die
Sensorsignale werden insbesondere dazu verwendet, die resultierende
Spannung der piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 von
Meßpunkten 600 bzw. 610 und
den Lade- und Entladeströmen
vom Meßpunkt 620 zu
bestimmen. Die Steuereinheit D und der Aktivierungs-IC E werden
dazu verwendet, beide Arten von Signalen zu kombinieren, um eine
Wechselwirkung von beiden durchzuführen, wie ausführlich beschrieben
wird, wobei auf 3 und 5 Bezug
genommen wird.The control lines are used to apply or not apply voltages to the transistor bases to form piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 to load or unload sequences of a single or multiple piezoelectric elements 10 . 20 . 30 respectively. 40 . 50 . 60 by opening and closing the appropriate switches as described above. The sensor signals are used in particular for the resulting voltage of the piezoelectric elements 10 . 20 and 30 respectively. 40 . 50 and 60 of measuring points 600 respectively. 610 and the loading and unloading Discharge currents from the measuring point 620 to determine. The control unit D and the activation IC E are used to combine both types of signals to perform an interaction of both, as will be described in detail, wherein US Pat 3 and 5 Reference is made.
Wie
in 3 angegeben, sind die Steuereinheit D und der
Aktivierungs-IC E mit Hilfe eines parallelen Busses 840 und
zusätzlich
mit Hilfe eines seriellen Busses 850 miteinander verbunden.
Der parallele Bus 840 wird insbesondere für die schnelle Übertragung
von Steuersignalen von der Steuereinheit D zum Aktivierungs-IC E
verwendet, wohingegen der serielle Bus 850 für eine langsamere
Datenübertragung
verwendet wird.As in 3 are indicated, the control unit D and the activation IC E by means of a parallel bus 840 and additionally with the help of a serial bus 850 connected with each other. The parallel bus 840 is used in particular for the rapid transmission of control signals from the control unit D to the activation IC E, whereas the serial bus 850 is used for a slower data transfer.
In 5 sind
einige Komponenten angegeben, die der Aktivierungs-IC E umfaßt: eine
Logikschaltung 800, einen RAM-Speicher 810, ein
Digital-Analog-Wandlersystem 820 und ein Vergleichersystem 830.
Weiterhin ist angegeben, daß der
(für Steuersignale
verwendete) schnelle parallele Bus 840 an die Logikschaltung 800 des
Aktivierungs-IC E angeschlossen ist, während der langsamere serielle Bus 850 mit
dem RAM-Speicher 810 verbunden ist. Die Logikschaltung 800 ist
mit dem RAM-Speicher 810,
mit dem Vergleichersystem 830 und mit den Signalleitungen 410, 420, 430, 440, 450 und 460; 510 und 520; 530; 540, 550 und 560 verbunden.
Der RAM-Speicher 810 ist
an die Logikschaltung 800 sowie an das Digital-Analog-Wandlersystem 820 angeschlossen.
Das Digital-Analog-Wandlersystem 820 ist weiterhin mit
dem Vergleichersystem 830 verbunden. Das Vergleichersystem 830 ist
weiterhin mit den Sensorleitungen 700 und 710; 720; 730, 740 und 750 und,
wie bereits erwähnt,
mit der Logikschaltung 800 verbunden.In 5 there are some components that comprise the activation IC E: a logic circuit 800 , a RAM memory 810 , a digital-to-analog converter system 820 and a comparator system 830 , It is further stated that the fast parallel bus (used for control signals) 840 to the logic circuit 800 the activation IC E is connected while the slower serial bus 850 with the RAM memory 810 connected is. The logic circuit 800 is with the RAM memory 810 , with the comparator system 830 and with the signal lines 410 . 420 . 430 . 440 . 450 and 460 ; 510 and 520 ; 530 ; 540 . 550 and 560 connected. The RAM memory 810 is to the logic circuit 800 as well as the digital-to-analog converter system 820 connected. The digital-to-analog converter system 820 is still using the comparator system 830 connected. The comparator system 830 is still with the sensor lines 700 and 710 ; 720 ; 730 . 740 and 750 and, as already mentioned, with the logic circuit 800 connected.
Die
oben aufgeführten
Komponenten können
in einem Ladeablauf beispielsweise wie folgt verwendet werden:
Mit
Hilfe der Steuereinheit D wird ein bestimmtes piezoelektrisches
Element 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 bestimmt,
das bis auf eine bestimmte Zielspannung geladen werden soll. Somit
wird zuerst der Wert der Zielspannung (durch eine digitale Zahl
ausgedrückt) über den
langsameren seriellen Bus 850 zum RAM-Speicher 810 übertragen.
Die Zielspannung kann beispielsweise der bei einer Haupteinspritzung verwendete
Wert Uopt sein, wie oben bezüglich 1 beschrieben.
Später
oder gleichzeitig wird an die Logikschaltung 800 über den
parallelen Bus 840 ein Code übertragen, der dem jeweiligen
piezoelektrischen Element 10, 20, 30, 40, 50 oder 60,
das ausgewählt
werden soll, und der Adresse der Sollspannung innerhalb des RAM-Speichers 810 entspricht. Später wird
ein Strobesignal über
den parallelen Bus 840 an die Logikschaltung 800 geschickt,
das das Startsignal für
den Ladeablauf liefert.For example, the components listed above can be used in a load cycle as follows:
With the help of the control unit D is a specific piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 determines that should be loaded to a certain target voltage. Thus, first the value of the target voltage (expressed by a digital number) is transmitted over the slower serial bus 850 to the RAM memory 810 transfer. The target voltage may be, for example, the value U opt used in a main injection, as described above 1 described. Later or at the same time is to the logic circuit 800 over the parallel bus 840 a code transmitted to the respective piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 to be selected and the address of the target voltage within the RAM memory 810 equivalent. Later, a strobe signal is sent over the parallel bus 840 to the logic circuit 800 sent, which provides the start signal for the charging process.
Zuerst
bewirkt das Startsignal, daß die
Logikschaltung 800 den digitalen Wert der Zielspannung vom
RAM-Speicher 810 aufgreift
und ihn auf das Digital-Analog-Wandlersystem 820 gibt,
wodurch an einem analogen Ausgang der Wandler 820 die Sollspannung
auftritt.First, the start signal causes the logic circuit 800 the digital value of the target voltage from the RAM memory 810 picks it up and put it on the digital-to-analog converter system 820 gives, whereby at an analog output the converter 820 the setpoint voltage occurs.
Außerdem ist
der nicht gezeigte analoge Ausgang mit dem Vergleichersystem 830 verbunden. Zusätzlich dazu
wählt die
Logikschaltung 800 entweder den Meßpunkt 600 (für ein beliebiges
der piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 der
ersten Gruppe G1) oder den Meßpunkt 610 (für ein beliebiges
der piezoelektrischen Elemente 40, 50 oder 60 der
zweiten Gruppe G2) an das Vergleichersystem 830. Als Ergebnis
davon werden die Zielspannung und die vorliegende Spannung am ausgewählten piezoelektrischen
Element 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 durch
das Vergleichersystem 830 verglichen. Die Ergebnisse des
Vergleichs, das heißt
die Differenzen zwischen der Zielspannung und der vorliegenden Spannung, werden
an die Logikschaltung 800 übertragen. Dadurch kann die
Logikschaltung 800 den Ablauf stoppen, sobald die Zielspannung
und die vorliegende Spannung einander gleich sind.In addition, the analog output, not shown, is with the comparator system 830 connected. In addition, the logic circuit selects 800 either the measuring point 600 (for any of the piezoelectric elements 10 . 20 and 30 the first group G1) or the measuring point 610 (for any of the piezoelectric elements 40 . 50 or 60 the second group G2) to the comparator system 830 , As a result, the target voltage and the present voltage on the selected piezoelectric element become 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 through the comparator system 830 compared. The results of the comparison, that is, the differences between the target voltage and the present voltage, are applied to the logic circuit 800 transfer. This allows the logic circuit 800 Stop the process as soon as the target voltage and voltage are equal.
Zweitens
legt die Logikschaltung 800 ein Steuersignal an den Verzweigungswahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 oder 61 an,
der einem beliebigen ausgewählten
piezoelektrischen Element 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 entspricht,
so daß der
Schalter geschlossen wird (innerhalb des beschriebenen Beispiels
wird davon ausgegangen, daß alle
Verzweigungswahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 oder 61 vor
dem Einsetzen des Ladeablaufs sich in einem offenen Zustand befinden).
Dann legt die Logikschaltung 800 ein Steuersignal an den
Ladeschalter 220 an, so daß der Schalter geschlossen
wird. Zudem beginnt die Logikschaltung 800 mit dem Messen
etwaiger am Meßpunkt 620 auftretender
Ströme
(oder setzt diese Messungen fort). Dazu werden die gemessenen Ströme mit einem
etwaigen vordefinierten Höchstwert
durch das Vergleichersystem 830 verglichen. Sobald der
vordefinierte Höchstwert
von den detektierten Strömen
erreicht wird, bewirkt die Logikschaltung 800, daß sich der Ladeschalter 220 wieder öffnet.Second, the logic circuit sets 800 a control signal to the branch selector 11 . 21 . 31 . 41 . 51 or 61 to any selected piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 corresponds so that the switch is closed (within the example described, it is assumed that all branch selector switch 11 . 21 . 31 . 41 . 51 or 61 be in an open state prior to the onset of the charge cycle). Then put the logic circuit 800 a control signal to the charging switch 220 on, so that the switch is closed. In addition, the logic circuit begins 800 with measuring any at the measuring point 620 occurring currents (or continues these measurements). For this, the measured currents with a possibly predefined maximum value by the comparator system 830 compared. As soon as the predefined maximum value of the detected currents is reached, causes the logic circuit 800 that the charging switch 220 opens again.
Wieder
werden die übrigen
Ströme
am Meßpunkt 620 detektiert
und mit einem etwaigen vorbestimmten Mindestwert verglichen. Sobald
der vordefinierte Mindestwert erreicht wird, bewirkt die Logikschaltung 800,
daß sich
der Ladeschalter 220 wieder schließt, und der Ablauf beginnt
wieder.Again, the remaining currents are at the measuring point 620 detected and compared with any predetermined minimum value. Once the predefined minimum value is reached, the logic circuit operates 800 that the charging switch 220 closes again, and the process begins again.
Das
Schließen
und Öffnen
des Ladeschalters 220 wird solange wiederholt, wie die
detektierte Spannung am Meßpunkt 600 oder 610 unter
der Zielspannung liegt. Sobald die Zielspannung erreicht ist, stoppt
die Logikschaltung die Fortsetzung des Ablaufs.Closing and opening the charging switch 220 is repeated as long as the detected voltage at the measuring point 600 or 610 is below the target voltage. Once the target voltage is reached, the logic circuit stops the continuation of the process.
Der
Entladeablauf findet auf entsprechende Weise statt: Nun wird die
Wahl des piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 mit
Hilfe der Gruppenwahlschalter 310 bzw. 320 erreicht,
der Entladeschalter 230 wird anstelle des Ladeschalters 220 geöffnet und
geschlossen und eine vordefinierte Mindestzielspannung muß erreicht
werden.The discharge process takes place in a corresponding manner: Now, the choice of the piezoelectric element 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 using the group selector switch 310 respectively. 320 reached, the discharge switch 230 will be in place of the charging switch 220 opened and closed and a predefined minimum target voltage must be achieved.
Die
zeitliche Steuerung der Lade- und Entladevorgänge und das Halten der Spannungspegel
in den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 oder 60 wie
beispielsweise die Zeit einer Haupteinspritzung kann entsprechend
eines Ventilhubs bestimmt werden, wie beispielsweise in 2 gezeigt.The timing of the charge and discharge processes and the maintenance of voltage levels in the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 or 60 such as the time of a main injection can be determined according to a valve lift, such as in 2 shown.
Es
versteht sich, daß die
oben angegebene Beschreibung, wie die Lade- oder Entladeabläufe stattfinden,
lediglich beispielhaft ist. Somit könnte ein beliebiger anderer
Ablauf, der die oben beschriebenen Schaltungen oder andere Schaltungen
verwendet, einem beliebigen gewünschten
Zweck entsprechen, und jeder entsprechende Ablauf kann anstelle des
oben beschriebenen Beispiels verwendet werden.It
understands that the
above description of how the loading or unloading operations take place,
is merely exemplary. Thus, any one else could
Procedure, the circuits described above or other circuits
used, any desired
Purpose, and any such procedure may replace the
Example described above.
6 zeigt
eine Konfiguration zum Steuern eines Verbrennungsmotors 2505.
Diese Konfiguration umfaßt eine
Basisspannungsberechnungseinheit 2500, die eine Basisspannung
berechnet, die an die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 der
in dem detaillierten Bereich A von 6 enthaltenen
Schaltung angelegt werden soll; der detaillierte Bereich A ist auch
in 4 gezeigt. Die Basisspannungsberechnungseinheit 2500 berechnet
eine Basisspannung in Abhängigkeit
vom Druck prail in der unter Druck stehenden
Kraftstoffzufuhrleitung des Kraftstoffeinspritzsystems. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
wird die Basisspannung über
einen ersten Korrekturblock 2501 unter Verwendung eines Temperaturkorrekturwerts
KT korrigiert. Die Ausgabe des ersten Korrekturblocks 2501 ist
eine korrigierte Basisspannung. Diese korrigierte Basisspannung wird
bevorzugt durch einen zweiten oder nachfolgenden Korrekturblock 2502 unter
Verwendung eines Alterungskorrekturwerts KA korrigiert.
Der erste und zweite Korrekturblock 2501 und 2502 sind
bevorzugt Multiplizierer, das heißt, die Basisspannung wird
mit dem Temperaturkorrekturwert KT multipliziert
und die Ausgabe tritt in den zweiten oder nachfolgenden Korrekturblock 2502 ein
und wird durch den Alterungskorrekturwert KA multipliziert.
Der Alterungskorrekturwert KA wird über eine
Korrekturwertberechnungseinheit 2512 berechnet. Der Korrekturblock 2502 und die
Korrekturwertberechnungseinheit 2512 sind Teil einer Kompensationseinheit 2511.
Die Ausgabe des zweiten oder nachfolgenden Korrekturblocks 2502 wird
bevorzugt über
einen dritten oder nachfolgenden Korrekturblock 2503 unter
Verwendung eines online-Korrekturwerts K0 weiter
korrigiert. Der dritte oder nachfolgende Korrekturblock 2503 ist
bevorzugt als ein Addierer implementiert, das heißt, der
online-Korrekturwert K0 wird bevorzugt zur
Ausgabe des zweiten oder nachfolgenden Korrekturblocks 2502 addiert.
Die Ausgabe des dritten oder nachfolgenden Korrekturblocks 2503 wird
bevorzugt durch einen Spannungs- und Spannungsgradientencontroller 2504 geschickt. 6 shows a configuration for controlling an internal combustion engine 2505 , This configuration includes a base voltage calculation unit 2500 which calculates a base voltage applied to the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 in the detailed area A of 6 contained circuit to be created; the detailed area A is also in 4 shown. The base voltage calculation unit 2500 calculates a base voltage as a function of the pressure p rail in the pressurized fuel supply line of the fuel injection system. In a preferred embodiment, the base voltage is applied via a first correction block 2501 corrected using a temperature correction value K T. The output of the first correction block 2501 is a corrected base voltage. This corrected base voltage is preferred by a second or subsequent correction block 2502 corrected using an aging correction value K A. The first and second correction block 2501 and 2502 are preferably multipliers, that is, the base voltage is multiplied by the temperature correction value K T and the output enters the second or subsequent correction block 2502 and multiplied by the aging correction value K A. The aging correction value K A is via a correction value calculation unit 2512 calculated. The correction block 2502 and the correction value calculation unit 2512 are part of a compensation unit 2511 , The output of the second or subsequent correction block 2502 is preferred over a third or subsequent correction block 2503 further corrected using an on-line correction value K 0 . The third or subsequent correction block 2503 is preferably implemented as an adder, that is, the on-line correction value K 0 is preferred for outputting the second or subsequent correction block 2502 added. The output of the third or subsequent correction block 2503 is preferred by a voltage and voltage gradient controller 2504 cleverly.
Die
Basisspannungsberechnungseinheit 2500 und die Korrekturblöcke 2501, 2502 und 2503 sowie
der Spannungs- und
Spannungsgradientencontroller 2504 sind in der Steuereinheit
D in 4 implementierte Softwaremodule.The base voltage calculation unit 2500 and the correction blocks 2501 . 2502 and 2503 as well as the voltage and voltage gradient controller 2504 are in the control unit D in 4 implemented software modules.
Weiterhin
ist in 6 der Spannungs- und Spannungsgradientencontroller 2504 über den
seriellen Bus 850 an den in 4 gezeigten
Aktivierungs-IC E angeschlossen. Der Aktivierungs-IC E ist über die
Signalleitungen 410, 420, 430, 440, 450, 460, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 700, 710, 720, 730, 740 und 750 an
die Schaltung innerhalb des detaillierten Bereichs A angeschlossen.
Die Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor 2505 wird über die
piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 der
Schaltung innerhalb des in 4 gezeigten
detailierten Bereichs A gesteuert. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2505 wird
gemessen und in eine Kraftstoffkorrektureinheit 2506 gespeist. Die
Kraftstoffkorrektureinheit 2506 umfaßt einen Frequenzanalysierer,
der die Frequenz der Drehzahl auswertet. Die Kraftstoffkorrektureinheit 2506 berechnet
anhand dieser Frequenzanalyse einen Kraftstoffkorrekturwert Δme für
jeden individuellen Zylinder des Verbrennungsmotors 2505.Furthermore, in 6 the voltage and voltage gradient controller 2504 over the serial bus 850 to the in 4 shown activation IC E connected. The activation IC E is via the signal lines 410 . 420 . 430 . 440 . 450 . 460 . 510 . 520 . 530 . 540 . 550 . 560 . 700 . 710 . 720 . 730 . 740 and 750 connected to the circuit within the detailed area A. The fuel injection into the internal combustion engine 2505 is about the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 the circuit within the in 4 shown detailed area A controlled. The speed of the internal combustion engine 2505 is measured and placed in a fuel correction unit 2506 fed. The fuel correction unit 2506 includes a frequency analyzer that evaluates the frequency of the speed. The fuel correction unit 2506 calculates, based on this frequency analysis, a fuel correction value Δm e for each individual cylinder of the internal combustion engine 2505 ,
Die
in 6 gezeigte Konfiguration umfaßt außerdem eine Kraftstoffvolumenberechnungseinheit 2507,
die ein Sollkraftstoffvolumen me berechnet. Das
Sollkraftstoffvolumen wird über
einen Addierer 2508 zu dem Kraftstoffvolumenkorrekturwert Δme addiert. Die Summe aus dem Sollkraftstoffvolumen
me und dem Kraftstoffvolumenkorrekturwert Δme wird
in eine Kraftstoffdosiereinheit 2509 gespeist. Die Kraftstoffdosiereinheit
berechnet den Zeitpunkt, zu dem eine Spannung an die piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 angelegt
werden muß,
um Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 2505 einzuspritzen.
Die Kraftstoffkorrektureinheit 2506, der Addierer 2508,
die Kraftstoffvolumenberechnungseinheit 2507 und die Kraftstoffdosiereinheit 2509 sind
in der Steuereinheit D implementiert. Zeitsignale, um zu signalisieren,
warm eine Spannung an die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 angelegt werden
muß, um
Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 2505 einzuspritzen,
werden von der Kraftstoffdosiereinheit 2509 über den
parallelen Bus 840 an den Aktivierungs-IC E übertragen.In the 6 The configuration shown also includes a fuel volume calculation unit 2507 that calculates a target fuel volume m e . The desired fuel volume is via an adder 2508 is added to the fuel volume correction value Δm e . The sum of the target fuel volume me and the fuel volume correction value Δm e becomes a fuel metering unit 2509 fed. The fuel metering unit calculates the timing at which a voltage is applied to the piezoelectric elements 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 must be applied to fuel in the internal combustion engine 2505 inject. The fuel correction unit 2506 , the adder 2508 , the fuel volume calculation unit 2507 and the fuel metering unit 2509 are implemented in the control unit D. Timing signals to signal a voltage to the piezoelectric elements warm 10 . 20 . 30 . 40 . 50 and 60 must be applied to fuel in the internal combustion engine 2505 are injected by the fuel metering unit 2509 over the parallel bus 840 transferred to the activation IC E.
Der
Online-Korrekturwert K0 wird über eine Online-Optimierungseinheit 2510 berechnet.
Die Online-Optimierungseinheit 2510 berechnet den Online-Korrekturwert
K0 auf der Basis des von der Kraftstoffkorrektureinheit 2506 berechneten
Kraftstoffkorrekturwerts Δme.The online correction value K 0 is via an online optimization unit 2510 calculated. The On line optimization unit 2510 calculates the on-line correction value K 0 on the basis of that from the fuel correction unit 2506 calculated fuel correction value Δm e .
7 ist
eine graphische Darstellung, die ein Beispiel des Wegs eines piezoelektrischen
Elements über
der Temperatur zeigt. Wie in 7 gezeigt
ist, zeigt die lineare Ausdehnung des piezoelektrischen Elements
insbesondere unter 0°C
eine starke Temperaturabhängigkeit.
Um die Düsennadel
präzise
in einen Kraftstoffeinspritzsystem unter Verwendung dieser piezoelektrischen
Elemente zu plazieren, muß die
Temperaturabhängigkeit
berücksichtigt
werden. 7 Fig. 12 is a graph showing an example of the travel of a piezoelectric element versus temperature. As in 7 is shown, the linear expansion of the piezoelectric element, especially below 0 ° C, a strong temperature dependence. In order to precisely place the nozzle needle in a fuel injection system using these piezoelectric elements, the temperature dependency must be taken into account.
Wie
weiter oben erörtert,
erfolgt das direkte Messen der Temperatur des piezoelektrischen
Elements im allgemeinen nicht. Wenn die Temperaturabhängigkeit
berücksichtigt
werden soll, muß deshalb einer
anderer Weg zum Bestimmen der Temperatur des piezoelektrischen Elements
verwendet werden. Bei einem derartigen Verfahren wird die Verlusteffizienz
des piezoelektrischen Elements zum Bestimmen der Temperatur des
piezoelektrischen Elements verwendet.As
discussed above,
the direct measurement of the temperature of the piezoelectric takes place
Elements generally not. When the temperature dependence
considered
must be, must therefore one
another way to determine the temperature of the piezoelectric element
be used. In such a method, the loss efficiency becomes
of the piezoelectric element for determining the temperature of the
used piezoelectric element.
Beispielsweise
ist die Verlusteffizienz definiert als ηloss = 1 – W1/W2, wobei W2 die
zum Laden des Aktuators erforderliche Energie ist und W1 die
Energie ist, die während
der Aktuatorentladung wiedergewonnen werden kann.For example, the loss efficiency is defined as η loess = 1 - W 1 / W 2 . where W 2 is the energy required to charge the actuator and W 1 is the energy that can be recovered during the actuator discharge.
8 zeigt
ein Beispiel für
eine Beziehung zwischen der Verlusteffizienz eines piezoelektrischen Elements
und seiner Temperatur. 8th shows an example of a relationship between the loss efficiency of a piezoelectric element and its temperature.
Die
Temperatur wird an Hand der Verlusteffizienz auf einer Basis individueller
piezoelektrischer Elemente gemessen, so daß auch die Korrektur auf einer
individuellen Aktuatorbasis vorgenommen werden kann.The
Temperature is based on loss efficiency on a more individual basis
Piezoelectric elements measured so that the correction on a
individual actuator base can be made.
Außerdem können die
vorliegende Vorrichtung und das vorliegende Verfahren zum Bestimmten der
Temperatur des piezoelektrischen Elements verwendet werden, um andere
Temperaturmessungen zu verifizieren, wodurch die Präzision der
Temperaturbestimmung erhöht
wird.In addition, the
present apparatus and method for determining the
Temperature of the piezoelectric element used to others
To verify temperature measurements, thereby increasing the precision of the
Temperature determination increased
becomes.