ES2293438T3 - Procedimiento y dispositivo para controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoelectrico. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoelectrico. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2293438T3 ES2293438T3 ES05015988T ES05015988T ES2293438T3 ES 2293438 T3 ES2293438 T3 ES 2293438T3 ES 05015988 T ES05015988 T ES 05015988T ES 05015988 T ES05015988 T ES 05015988T ES 2293438 T3 ES2293438 T3 ES 2293438T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- actuator
- waveform
- evolution
- over time
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 11
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 28
- 238000011161 development Methods 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/007—Piezoelectric stacks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
- F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
- F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
- F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
- F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Procedimiento para controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoeléctrico (10), en el cual se aplica al actuador (10) una corriente eléctrica pulsante, se controlan los procesos de descarga y carga eléctrica del actuador (10) y se analiza el funcionamiento del actuador (10) a base de la evolución en el tiempo de los procesos de descarga o carga, caracterizado porque se determina continuamente la evolución en el tiempo de una tensión eléctrica que cae en el actuador (10), la forma de onda (32) de la evolución de tensión determinada se compara con una forma de onda nominal, que debe esperarse en caso de un perfecto funcionamiento del actuador (10), y se analiza el funcionamiento del actuador (10) a base de la comparación de la forma de onda (32) de la evolución de tensión determinada con la forma de onda nominal.
Description
Procedimiento y dispositivo para controlar y
analizar el funcionamiento de un actuador piezoeléctrico.
El invento se refiere a un procedimiento y a un
dispositivo para controlar y analizar el funcionamiento de un
actuador piezoeléctrico.
Los actuadores piezoeléctricos son en principio
conocidos y encuentran aplicación por ejemplo en válvulas de
inyección de combustible, denominadas así inyectores
piezoeléctricos, para regular la alimentación de combustible en la
cámara de combustión de un motor de combustión interna, por ejemplo
de un automóvil.
Un actuador piezoeléctrico conocido comprende un
paquete de típicamente varios cientos de capas cerámicas apiladas
unas sobre otras y que presentan propiedades piezoeléctricas. Cada
capa cerámica individual mediante aplicación de una carga eléctrica
adecuada puede dilatarse algunas décimas de micrómetro, por lo que
el piezopaquete en conjunto se dilata varias centésimas de
milímetro, según el número de capas cerámicas apiladas unas sobre
otras. Esto puede ser suficiente para levantar de su asiento de
válvula una aguja de válvula de un inyector piezoeléctrico y abrir
la válvula.
Hasta ahora se ha mostrado problemática la
comprobación de actuadores piezoeléctricos dañados, puesto que los
actuadores piezoeléctricos defectuosos tan sólo en caso de un fallo
definitivo podían ser reconocidos como defectuosos.
Frecuentemente el fallo definitivo del actuador
piezoeléctrico resulta de un excesivo desarrollo local de calor, en
particular en la zona en la que el defecto tiene su origen. Debido
al desarrollo local de calor las capas cerámicas adyacentes a la
zona defectuosa pueden fundirse, o carbonizarse capas de pasivado
dispuestas en la superficie de las capas cerámicas y/o un
recubrimiento del piezopaquete, por lo que la primitiva zona
defectuosa resulta totalmente destruida. De esta manera no sólo se
destruyen informaciones sobre el motivo del fallo del actuador
piezoeléctrico, es decir, sobre el defecto original, sino también
detalles sobre el desarrollo del daño en el tiempo. Un actuador
piezoeléctrico destruido por desarrollo de calor puede incluso
estar tan fuertemente dañado que ya ni siquiera pueda determinarse
si el defecto del actuador se produjo en su superficie o en su
interior.
Por el documento
EP-A-1167729 es conocida una válvula
de inyección de accionamiento piezoeléctrico, en la cual la tensión
en los bornes del actuador piezoeléctrico se controla tras la
conclusión del proceso de carga. A partir de la evolución de la
caída de tensión en el tiempo puede deducirse una información
diagnóstica sobre el estado de la correspondiente válvula de
inyección, por ejemplo de su nivel de admisión.
Un procedimiento y un dispositivo según los
preámbulos de las reivindicaciones independientes son conocidos por
el documento US-B-6384512.
Sirve de base al invento el problema de
proporcionar un procedimiento y un dispositivo para el control y
análisis de la capacidad funcional de un actuador piezoeléctrico,
el cual o los cuales posibiliten una detección lo más precoz
posible de un defecto de un actuador piezoeléctrico.
Para la resolución del problema están previstos
un procedimiento y un dispositivo según las reivindicaciones
independientes.
En el procedimiento según el invento para
controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoeléctrico
se controlan los procesos eléctricos de descarga y carga del
actuador y se analiza el funcionamiento del actuador a base de la
evolución en el tiempo de los procesos de descarga o carga.
Una desviación del desarrollo de un proceso
controlado de descarga o carga con respecto a un proceso de descarga
o carga a esperar de un actuador libre de defectos da una
indicación de un defecto del actuador. Se ha demostrado que por sí
mismos tales defectos ya producen una sensible modificación de la
evolución en el tiempo de los procesos de descarga o carga, la cual
no o todavía no lleva inmediatamente a un fallo definitivo del
actuador.
Con el procedimiento según el invento es posible
por lo tanto una detección precoz de defectos. Un actuador
defectuoso puede así ya antes de su destrucción completa
inmovilizarse y el defecto y en particular sus causas analizarse
detenidamente. Alternativa o adicionalmente puede examinarse el
desarrollo del defecto en el tiempo hasta una destrucción total del
actuador. Un examen detallado semejante del origen y desarrollo de
un defecto del actuador piezoeléctrico posibilita modificar los
actuadores piezoeléctricos futuros de manera que el defecto
comprobado se evite en gran parte. Como resultado pueden conseguirse
así actuadores piezoeléctricos con una elevada fiabilidad y
duración.
Además el procedimiento puede aplicarse no sólo
para el análisis de defectos sino también para el control de un
actuador piezoeléctrico durante su empleo de acuerdo con las
prescripciones. Si el actuador es parte integrante de un inyector
piezoeléctrico de un motor de combustión interna de un automóvil, el
procedimiento puede utilizarse por ejemplo para avisar a un
conductor del automóvil con la mayor antelación posible antes del
fallo del actuador o de la válvula de inyección y por lo tanto
posibilitar una sustitución a tiempo.
Según el invento se aplica al actuador una
corriente eléctrica pulsante, se determina continuamente la
evolución en el tiempo de una tensión eléctrica que cae en el
actuador, la forma de onda de la evolución de tensión determinada
se compara con una forma de onda nominal, que debe esperarse en caso
de un perfecto funcionamiento del actuador, y se analiza el
funcionamiento del actuador a base de la comparación de la forma de
onda de la evolución de tensión determinada con la forma de onda
nominal.
Las investigaciones han demostrado que la
aparición de un defecto en el actuador por regla general lleva a
una desviación de la forma de onda de la evolución de tensión
determinada con respecto a la forma de onda nominal. Un aspecto del
invento consiste por lo tanto en controlar la evolución en el tiempo
de la tensión que cae en el actuador y emplearla como indicador del
estado de funcionamiento del actuador. Se supone un funcionamiento
libre de defectos del actuador piezoeléctrico en tanto que la forma
de onda de la evolución de tensión determinada se corresponda con
la forma de onda nominal, mientras que una desviación de la forma
de onda de la evolución de tensión determinada con respecto a la
forma de onda nominal se evalúa como una indicación anticipada del
comienzo de un funcionamiento defectuoso del actuador
piezoeléctrico.
Tan pronto como se comprueba un funcionamiento
defectuoso del actuador piezoeléctrico, puede desconectarse la
alimentación de corriente al actuador y por lo tanto se impide un
daño de gran alcance del actuador. Esto posibilita una revisión
detenida del actuador piezoeléctrico en cuanto a las causas para el
funcionamiento defectuoso y dado el caso una sustitución del
actuador, antes de que éste resulte totalmente destruido debido por
ejemplo a un excesivo desarrollo de calor.
En caso de proseguir a continuación el
funcionamiento del actuador por nueva aplicación de la corriente
pulsante y de una observación amplia de la tensión registrada así
como de otra revisión del actuador puede además ser analizado el
desarrollo del defecto hasta una destrucción total del actuador.
A partir del tipo de una desviación de la forma
de onda de la evolución de tensión determinada con respecto a la
forma de onda nominal puede deducirse el tipo de daño del actuador.
En esto se aprovecha que determinados defectos producen una
modificación característica de la forma de onda de la tensión que
cae en el actuador.
Por ejemplo, un cortocircuito superficial y un
cortocircuito interno del actuador piezoeléctrico llevan a
diferentes variaciones de la forma de onda de la tensión que cae en
el actuador. En principio es posible incluso, dentro del grupo de
cortocircuitos superficiales o de cortocircuitos internos,
diferenciar o identificar distintas fuentes de defectos.
Además es posible comprobar un daño que resulta
de una fatiga de material por ejemplo de un electrodo exterior en
forma de tira metálica del actuador piezoeléctrico. Típicamente una
fatiga de material semejante lleva a una separación al menos
parcialmente del electrodo del piezopaquete, por lo que el actuador
puede cargarse tan sólo parcialmente. La disminución de la
capacidad del actuador resultante de ello lleva a una elevación de
la velocidad de carga. Esto último significa una variación de
tensión más rápida y se traduce en una pendiente más inclinada del
flanco del pulso de tensión.
Es preferible que se aplique al actuador una
corriente modulada en ancho de impulso. En un funcionamiento del
actuador para fines de ensayo esto posibilita una simulación precisa
de las condiciones corriente/tensión que se presentan en el uso del
actuador de acuerdo con las prescripciones. Además la modulación en
ancho de impulso de la corriente aplicada al actuador posibilita
una carga del actuador con un número exacto predeterminado de
paquetes de carga discretos, mediante los cuales se obtiene una
tensión determinada que cae en el actuador. Una desviación de la
relación entre el número de paquetes de carga y la tensión obtenida
da una indicación de un defecto del actuador piezoeléctrico.
Mediante un impulso de corriente el actuador
primero se descarga y luego se carga de forma definida. Durante el
tiempo situado entre dos impulsos la carga aplicada se mantiene en
el actuador. En este estado cargado el piezopaquete está dilatado,
de manera que por ejemplo una aguja de válvula de una válvula de
inyección es retenida sobre el correspondiente asiento de válvula.
Entre dos impulsos de corriente, es decir, cuando la carga
eléctrica está almacenada en el actuador, el actuador reacciona de
forma especialmente sensible a los defectos.
Una variación de la tensión que cae en el
actuador entre dos impulsos de corriente da una indicación sobre un
cortocircuito eléctrico o una autodescarga del actuador. Además un
aumento del número de paquetes de carga que es necesario para
alcanzar una tensión final entre dos impulsos de corriente denota un
cortocircuito eléctrico o una autodescarga del actuador desde el
último episodio de movimiento de carga. A la inversa una disminución
del número de paquetes de carga necesario para alcanzar la tensión
final da una indicación de una separación al menos parcialmente de
una parte del piezopaquete.
Alternativa o adicionalmente al control de la
evolución de la tensión también puede determinarse la evolución en
el tiempo de una corriente de fuga del actuador y analizarse el
funcionamiento del actuador a base de la frecuencia de corrientes
de fuga elevadas.
Por cierto según la experiencia también a veces
se presentan corrientes de fuga en un actuador piezoeléctrico que
está funcionando perfectamente. Sin embargo se ha comprobado que la
frecuencia y/o la intensidad de las corrientes de fuga crecen o
crece cuando un actuador piezoeléctrico presenta un defecto. En
consecuencia un funcionamiento defectuoso del actuador también
puede determinarse con antelación a base de una acumulación
significativa y/o un incremento significativo de la intensidad de
corrientes de fuga del actuador.
Mediante un control simultáneo de la tensión que
cae en el actuador y de las corrientes de fuga la probabilidad de
que un defecto se detecte con antelación y dado el caso incluso sea
correctamente identificado está aumentada considerablemente.
Preferentemente la evolución en el tiempo de la
tensión determinada y/o de la corriente de fuga determinada del
actuador se almacenan o se almacena en un medio de almacenamiento.
Esto posibilita un análisis preciso del desarrollo en el tiempo de
un defecto en el actuador incluso aún con respecto a un momento
posterior.
Según otra forma de realización, en caso de una
predeterminada forma de una desviación de la forma de onda
determinada con respecto a la forma de onda nominal y/o en caso de
ser sobrepasada una precalculada frecuencia y/o intensidad de una
corriente de fuga elevada del actuador se emite una señal de aviso.
Esto posibilita una advertencia a tiempo antes de un fallo
inminente del actuador piezoeléctrico.
La desviación predeterminada de la forma de onda
registrada o la predeterminada frecuencia o intensidad de la
corriente de fuga, que lleva a un disparo del aviso, pueden elegirse
de manera que sea posible una desactivación y/o una sustitución del
actuador piezoeléctrico defectuoso, antes de que éste resulte
totalmente destruido. Si el actuador es por ejemplo parte de una
válvula de inyección piezoeléctrica de un motor de combustión
interna de un automóvil, el conductor del automóvil puede ser
advertido con tiempo del defecto, de manera que es posible una
sustitución del actuador piezoeléctrico antes de que el rendimiento
del motor sea influido sensiblemente.
El dispositivo según el invento sirve para la
realizar el procedimiento según el invento y posibilita por lo
tanto la consecución de las ventajas antes mencionadas.
A continuación el invento se describe únicamente
a manera de ejemplo con referencia al dibujo con ayuda de una
ventajosa forma de realización.
Muestran:
La Figura 1 una representación esquemática de un
dispositivo según el invento para el control y análisis de la
capacidad funcional de un actuador piezoeléctrico;
la Figura 2 la forma de onda de una tensión que
cae en un actuador piezoeléctrico, al que está aplicada una
corriente modulada en ancho de impulso;
la Figura 3 la repercusión de una autodescarga
sobre la forma de onda de una tensión, que cae en un actuador
piezoeléctrico accionado con modulación en ancho de impulso; y
la Figura 4 el desarrollo en el tiempo de la
corriente de fuga de un actuador piezoeléctrico, que falló tras 856
horas de servicio.
En la Figura 1 está representado un dispositivo
según el invento para el control y análisis del funcionamiento de
un actuador piezoeléctrico 10.
El actuador 10 comprende un piezopaquete 12, que
está formado por varios cientos de capas cerámicas 14 apiladas unas
sobre otras, de las cuales en la Figura únicamente están
representadas siete a manera de ejemplo. Cada capa cerámica 14 está
conectada a través de dos electrodos 16 con dos electrodos
colectivos 18, que a su vez están conectados respectivamente con
una conexión externa 20 del actuador 10.
A través de las conexiones 20 el actuador 10
está conectado con una fuente de corriente 22, que suministra al
actuador 10 una corriente pulsante modulada en ancho de impulso.
En un empleo del actuador 10 en una válvula de
inyección piezoeléctrica de un motor de combustión interna de un
automóvil el ancho de impulso puede elevarse a unos 0,4 ms e
integrar el 5% de un ciclo, de manera que el tiempo entre dos
impulsos de corriente asciende al 95% del ciclo y por lo tanto a
unos 0,7 s.
Por medio de un equipo de medida de tensión 24
se mide continuamente la tensión eléctrica que cae en el actuador
10 y especialmente en el piezopaquete 12. Los valores de tensión
determinados se transmiten a una unidad de comparación 26, en la
cual la evolución en el tiempo de los valores de tensión medidos, es
decir, la forma de onda de la tensión registrada, se compara con
una forma de onda nominal, que debe esperarse en caso de un
funcionamiento perfecto del actuador 10. La unidad de comparación 26
presenta para este fin una unidad de memoria no representada, en la
cual está almacenada la forma de onda de la tensión que cae en el
actuador 10 a esperar respectivamente en el caso de la respectiva
corriente modulada en ancho de impulso aplicada en el actuador
10.
Tan pronto como por la unidad de comparación 26
se comprueba una desviación de la forma de onda registrada con
respecto a la forma de onda nominal, la unidad de comparación 26
emite una correspondiente señal a una unidad de evaluación 28, en
la cual se efectúa un análisis de la desviación de la forma de onda
registrada con respecto a la forma de onda nominal, por ejemplo en
cuanto al tipo, la intensidad y/o la frecuencia de la
desviación.
Si la desviación comprobada sobrepasa un umbral
de significación predeterminado, puede ser emitida por la unidad de
evaluación 28 una correspondiente señal de aviso, para indicar un
funcionamiento defectuoso del actuador 10 y/o prevenir contra un
fallo del actuador 10.
Como está representado en la Figura 1, la unidad
de comparación 26 y la unidad de evaluación 28 están reunidas en
una unidad de procesamiento 30. Por principio también es posible sin
embargo prever la unidad de comparación 26 y la unidad de
evaluación 28 respectivamente como unidades separadas. La unidad de
procesamiento 30 puede además comprender un medio de almacenamiento
no mostrado, en el cual la evolución en el tiempo de la tensión que
cae en el actuador 10 es almacenada a lo largo de un espacio de
tiempo predeterminado, por ejemplo la duración total de servicio
del actuador 10.
En la Figura 2 está representada la forma de
onda 32 de la tensión que cae en el actuador 10 durante un impulso
de corriente emitido por la fuente de corriente 22. La tensión
medida está expresada como función del tiempo.
Debido al impulso de corriente el actuador 10
primero se descarga eléctricamente (flanco descendente izquierdo 34
de la forma de onda 32), luego por un cierto tiempo se mantiene en
el estado descargado (plataforma 36 de la forma de onda 32) y
finalmente de nuevo se carga eléctricamente (flanco ascendente
derecho 38 de la forma de onda 32). El resultado es por lo tanto un
impulso de tensión 40, cuya forma es dependiente de la forma del
impulso de corriente.
La descarga del actuador 10 provoca que el
actuador 10 tome su estado normal no dilatado y de este modo por
ejemplo una aguja de válvula pueda levantarse de su asiento de
válvula, para posibilitar una inyección de combustible en una
cámara de combustión. La carga eléctrica acto seguido del actuador
10 provoca una nueva dilatación del actuador 10, por lo que la
aguja de válvula es presionada de nuevo sobre su asiento de válvula
y se termina la inyección de combustible.
Puesto que el actuador piezoeléctrico 10 debido
a sus propiedades capacitivas e inductivas forma un circuito
eléctrico oscilante, la descarga o carga eléctrica del actuador 10
se efectúa mediante una aplicación y eliminación alterna de
paquetes de carga al o desde el actuador 10 en forma de cortos
impulsos de corriente. Estos paquetes de carga oscilantes se
traducen en forma de un dibujo en dientes de sierra, el cual se
superpone a los flancos descendentes y los ascendentes de la forma
de onda 32 de la tensión registrada.
La forma del dibujo en dientes de sierra puede
aprovecharse además de para la pendiente de los flancos descendentes
o ascendentes 34, 38 del impulso de tensión 40 para el análisis del
funcionamiento del actuador piezoeléctrico 10.
Así un aumento del número de impulsos de carga
que es necesario para alcanzar una determinada tensión final puede
hacer suponer un cortocircuito eléctrico o una corriente de fugas,
que se ha presentado desde el último episodio de movimiento de
carga. A la inversa una disminución del número de impulsos de carga
necesario para alcanzar una determinada tensión final puede dar una
indicación de una separación mecánica de capas cerámicas 14 de la
parte restante del piezopaquete 12.
Una pendiente elevada de los flancos
descendentes o ascendentes 34, 38 es un indicio de una capacidad
disminuida del actuador 10, que puede estar causada porque
únicamente se descarga o se carga eléctricamente una parte del
actuador 10. Ésta sólo parcial descarga o carga del actuador puede
resultar por ejemplo de un deterioro de uno o varios electrodos 16,
por ejemplo debido a fatiga del material.
En la Figura 3 está representada la forma de
onda 32 de una tensión que cae en un actuador defectuoso 10. La
forma de onda 32 muestra primero una descarga y carga eléctrica
regular con flancos descendentes y ascendentes 34, 38 de un impulso
de tensión 40.
Inmediatamente después del impulso de tensión
40, es decir, al comienzo del espacio de tiempo en el que el
actuador 10 se encuentra en estado cargado, se produce sin embargo
una ruptura eléctrica transitoria 42, que se traduce en una caída
de tensión de corta duración de dimensión considerable y que lleva a
una tensión de actuador reducida durante el espacio de tiempo entre
los impulsos de tensión 40. La tensión de actuador reducida del
actuador 10 cargado da una indicación de un cortocircuito eléctrico
o de una corriente de fuga del actuador 10.
Adicional o alternativamente a la medición de la
tensión que cae en el actuador 10 el funcionamiento del actuador 10
también puede ser controlado mediante un registro continuo de la
corriente de fuga del actuador 10. La medición de la corriente de
fuga puede efectuarse mediante un equipo de medida de corriente no
representado en la Figura 1.
En la Figura 4 está representada la evolución de
una corriente de fuga de un actuador piezoeléctrico 10 desde su
puesta en servicio hasta su destrucción total tras una duración de
servicio de 856 horas.
Como se desprende de la Figura, durante las
primeras 480 horas de servicio sólo se detectan picos aislados 44
de corrientes de fuga, por ejemplo tras 30 horas, tras 240 horas y
tras 270 horas. En el caso de estos picos de corrientes de fuga
aislados 44 se trata de autodescargas naturales, que también pueden
producirse en un actuador piezoeléctrico 10 que funcione
perfectamente y que no perjudican al funcionamiento del actuador
10.
Sólo después de una duración de servicio de unas
490 horas puede comprobarse una producción acumulada de picos de
corrientes de fuga 46. Estos picos de corrientes de fuga 46
presentan además de esto una intensidad de corriente esencialmente
más alta que los picos de corrientes de fuga naturales 44 que se
producen en un actuador piezoeléctrico 10 que funciona
perfectamente. Los picos de corrientes de fuga elevados 46 se
producen multiplicados hasta el fallo definitivo del actuador
piezoeléctrico 10. La significativa acumulación de los picos de
corrientes de fuga elevados 46 tras 490 horas de servicio señala
por lo tanto el origen de un defecto en el actuador piezoeléctrico
10, que finalmente lleva a un fallo del actuador 10.
Puesto que una acumulación de picos de
corrientes de fuga elevados 46 todavía no lleva inmediatamente a la
destrucción del actuador piezoeléctrico 10, sino que más bien indica
el comienzo de un creciente deterioro del funcionamiento hasta el
fallo total del actuador 10, el control de la corriente de fuga es
apropiado también para la detección de un defecto en el actuador
10. En particular el control de la corriente de fuga posibilita lo
mismo que el control de la tensión una detección precoz de defectos
y por lo tanto un análisis preciso del defecto o del desarrollo del
defecto y/o un aviso con antelación antes de un fallo del actuador
10.
\global\parskip0.500000\baselineskip
10
\tabulActuador
12
\tabulPiezopaquete
14
\tabulCapa cerámica
16
\tabulElectrodo
18
\tabulElectrodo colectivo
20
\tabulConexión
22
\tabulFuente de corriente
24
\tabulEquipo de medida de tensión
26
\tabulUnidad de comparación
28
\tabulUnidad de evaluación
30
\tabulUnidad de procesamiento
32
\tabulForma de onda
34
\tabulFlanco descendente
36
\tabulPlataforma
38
\tabulFlanco ascendente
40
\tabulImpulso de tensión
42
\tabulRuptura
44
\tabulPico de corriente de fuga
46
\tabulPico de corriente de fuga.
\global\parskip0.000000\baselineskip
Claims (10)
1. Procedimiento para controlar y analizar el
funcionamiento de un actuador piezoeléctrico (10), en el cual se
aplica al actuador (10) una corriente eléctrica pulsante, se
controlan los procesos de descarga y carga eléctrica del actuador
(10) y se analiza el funcionamiento del actuador (10) a base de la
evolución en el tiempo de los procesos de descarga o carga,
caracterizado porque
se determina continuamente la evolución en el
tiempo de una tensión eléctrica que cae en el actuador (10), la
forma de onda (32) de la evolución de tensión determinada se compara
con una forma de onda nominal, que debe esperarse en caso de un
perfecto funcionamiento del actuador (10), y se analiza el
funcionamiento del actuador (10) a base de la comparación de la
forma de onda (32) de la evolución de tensión determinada con la
forma de onda nominal.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque
a partir del tipo de una desviación de la forma
de onda (32) de la evolución de tensión determinada con respecto a
la forma de onda nominal se deduce el tipo de un daño del actuador
(10).
3. Procedimiento según reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque
se determina la evolución en el tiempo de una
corriente de fuga del actuador (10) y se analiza el funcionamiento
del actuador (10) a base de la frecuencia de corrientes de fuga
elevadas.
4. Procedimiento para controlar y analizar el
funcionamiento de un actuador piezoeléctrico (10), en el cual se
controlan los procesos de descarga y carga eléctrica del actuador
(10) y se analiza el funcionamiento del actuador (10) a base de la
evolución en el tiempo de los procesos de descarga o carga,
caracterizado porque
se determina la evolución en el tiempo de una
corriente de fuga del actuador (10) y se analiza el funcionamiento
del actuador (10) a base de la frecuencia de corrientes de fuga
elevadas.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
la evolución en el tiempo de la tensión
determinada y/o de una corriente de fuga determinada del actuador
(10) se almacenan o se almacena en un medio de almacenamiento.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
en caso de una forma predeterminada de una
desviación de la forma de onda determinada (32) con respecto a la
forma de onda nominal y/o en caso de ser sobrepasada una
predeterminada frecuencia y/o intensidad de una corriente de fuga
elevada del actuador (10) se emite una señal de aviso.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
se aplica al actuador (10) una corriente
modulada en ancho de impulso.
8. Dispositivo para el control y análisis del
funcionamiento de un actuador piezoeléctrico (10), con una fuente
de corriente (22) para aplicar al actuador (10) una corriente
eléctrica pulsante, un equipo de medida (24) para determinar
continuamente la evolución en el tiempo de una tensión eléctrica que
cae en el actuador (10) y/o de una corriente de fuga del actuador
(10), y una unidad de evaluación (28) para analizar el
funcionamiento del actuador (10) a base de una comparación de la
forma de onda (32) de la evolución de tensión determinada con una
forma de onda nominal que debe esperarse en caso de un perfecto
funcionamiento del actuador (10) o a base de la evolución en el
tiempo de la corriente de fuga.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque
está previsto un medio de almacenamiento, para
almacenar la evolución en el tiempo de la tensión y/o de la
corriente de fuga.
10. Dispositivo según la reivindicación 8 o
9,
caracterizado porque
está previsto un dispositivo de aviso, para
emitir una señal de aviso en caso de una predeterminada forma de
una desviación de la forma de onda determinada (32) con respecto a
la forma de onda nominal y/o en caso de ser sobrepasada una
precalculada frecuencia y/o intensidad de una corriente de fuga
elevada del actuador (10).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP05015988A EP1746318B1 (de) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen und Beurteilen der Funktion eines piezoelektrischen Aktors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2293438T3 true ES2293438T3 (es) | 2008-03-16 |
Family
ID=36190487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES05015988T Active ES2293438T3 (es) | 2005-07-22 | 2005-07-22 | Procedimiento y dispositivo para controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoelectrico. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070018534A1 (es) |
| EP (1) | EP1746318B1 (es) |
| JP (1) | JP2007037399A (es) |
| AT (1) | ATE378539T1 (es) |
| DE (1) | DE502005001987D1 (es) |
| ES (1) | ES2293438T3 (es) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1956221B1 (en) * | 2007-02-02 | 2009-12-02 | Delphi Technologies, Inc. | A method of operating a piezoelectric actuator |
| FR2919025A1 (fr) * | 2007-07-20 | 2009-01-23 | Rene Girard | Procede pour selectionner le pic de tension electrique lie a l'activation d'un injecteur de carburant dans un moteur |
| GB2472827A (en) * | 2009-08-20 | 2011-02-23 | Gm Global Tech Operations Inc | Discharge control strategy for a piezoelectric fuel injector of an i.c. engine |
| KR102017367B1 (ko) * | 2012-04-20 | 2019-09-02 | 가부시끼가이샤 사따께 | 압전식 밸브 및 그 압전식 밸브를 이용한 분풍 수단을 구비하는 광학식 입상물 선별기 |
| GB201219184D0 (en) * | 2012-10-25 | 2012-12-12 | Buhler Sortex Ltd | Adaptive ejector valve array |
| DE102014212377B4 (de) * | 2014-06-27 | 2016-07-21 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Einspritzventils |
| EP3190637B1 (en) | 2016-01-06 | 2020-03-04 | poLight ASA | Electronic circuit for controlling charging of a piezoelectric load |
| ES2809101T3 (es) * | 2017-08-10 | 2021-03-03 | Wagner Group Gmbh | Módulo de excitación y supervisión |
| GB2574229A (en) | 2018-05-31 | 2019-12-04 | Fas Medic Sa | Method and apparatus for energising a solenoid of a valve assembly |
| EP3649388B1 (de) * | 2018-06-11 | 2022-09-14 | HOERBIGER Flow Control GmbH | Sicherheitsventil |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3816815A (en) * | 1971-07-06 | 1974-06-11 | Nicolet Instrument Corp | Digital oscilloscope and method of storing and displaying waveforms |
| EP0401802B1 (en) * | 1989-06-07 | 1995-02-08 | Nippondenso Co., Ltd. | Drive system of actuator having piezoelectric device for use in motor vehicle |
| JPH04286657A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-12 | Fujitsu Ltd | 圧電素子の異常検出回路 |
| US5447051A (en) * | 1993-08-05 | 1995-09-05 | Hewlett-Packard Company | Method and apparatus for testing a piezoelectric force sensor |
| CN1290206C (zh) * | 1998-06-25 | 2006-12-13 | 西门子公司 | 控制容性执行机构的方法和装置 |
| DE19845042C2 (de) * | 1998-09-30 | 2000-08-24 | Siemens Ag | Verfahren und Anordnung zur Diagnose eines kapazitiven Aktors |
| EP1138905B1 (en) * | 2000-04-01 | 2004-07-07 | Robert Bosch GmbH | Apparatus and method for detecting a load decrease when driving piezoelectric elements |
| EP1167729B2 (de) * | 2000-07-01 | 2009-09-09 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelektrischer Aktor eines Einspritzventils |
| DE10033196A1 (de) * | 2000-07-07 | 2002-01-17 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren bzw. Vorrichtungzur Erkennung eines Fehlerstromes an einem piezoelektrischen Aktor eines Einspritzventils oder an dessen Hochspannung führende Zuleitung |
| DE10151421A1 (de) * | 2000-10-19 | 2002-05-29 | Nippon Soken | Piezobetätigungsgliedantriebsschaltung und Kraftstoffeinspritzgerät |
| US6975123B1 (en) * | 2000-12-20 | 2005-12-13 | Maxtor Corporation | Method and apparatus for calibrating piezoelectric driver in dual actuator disk drive |
| JP4348862B2 (ja) * | 2000-12-22 | 2009-10-21 | 株式会社デンソー | ピエゾアクチュエータの駆動装置 |
| JP4479113B2 (ja) * | 2001-02-23 | 2010-06-09 | 株式会社デンソー | ピエゾアクチュエータ駆動回路および燃料噴射装置 |
| US6556028B1 (en) * | 2001-05-07 | 2003-04-29 | Storage Test Solutions, Inc. | Method and apparatus for detecting defects in piezoelectric actuators |
| US6531884B1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-03-11 | Rosemount Inc. | Diagnostics for piezoelectric sensor |
| US20030076121A1 (en) * | 2001-10-23 | 2003-04-24 | Wei Guo | Peizoelectric microactuator and sensor failure detection in disk drives |
| US20030227447A1 (en) * | 2002-06-04 | 2003-12-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Display device |
| DE10336639A1 (de) * | 2003-08-08 | 2005-03-03 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsdiagnose eines Piezoaktors eines Kraftstoffzumesssystems einer Brennkraftmaschine |
-
2005
- 2005-07-22 EP EP05015988A patent/EP1746318B1/de not_active Not-in-force
- 2005-07-22 ES ES05015988T patent/ES2293438T3/es active Active
- 2005-07-22 DE DE502005001987T patent/DE502005001987D1/de not_active Expired - Fee Related
- 2005-07-22 AT AT05015988T patent/ATE378539T1/de not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-07-20 US US11/489,823 patent/US20070018534A1/en not_active Abandoned
- 2006-07-24 JP JP2006200709A patent/JP2007037399A/ja not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070018534A1 (en) | 2007-01-25 |
| DE502005001987D1 (de) | 2007-12-27 |
| EP1746318B1 (de) | 2007-11-14 |
| ATE378539T1 (de) | 2007-11-15 |
| EP1746318A1 (de) | 2007-01-24 |
| JP2007037399A (ja) | 2007-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2293438T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para controlar y analizar el funcionamiento de un actuador piezoelectrico. | |
| US7966871B2 (en) | Detection of faults in an injector arrangement | |
| JP5185411B2 (ja) | 噴射装置における障害の検出 | |
| KR100387491B1 (ko) | 전기 자동차의 배터리 고장 진단방법 | |
| JP4741543B2 (ja) | インジェクタ構成装置のための駆動回路及び診断方法 | |
| JP4550861B2 (ja) | インジェクタ構成のための駆動回路及び診断方法 | |
| US7183784B2 (en) | Integrated circuit burn-in test system and associated methods | |
| US20160348634A1 (en) | Dual coil ignition system | |
| CN104081618A (zh) | 用于管理电容器系统的劣化状态的系统和方法 | |
| CN107533330B (zh) | 用于监控电子控制单元的方法和用于机动车辆的控制单元 | |
| US20210239026A1 (en) | Exhaust gas sensor | |
| EP3775528B1 (en) | Current profile optimization of an ignition system | |
| CN109695508A (zh) | 飞行器涡轮发动机的点火系统及该点火系统的故障检测方法 | |
| ES2294608T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para vigilar y evaluar el funcionammiento de un actuador piezoelectrico. | |
| JP4864958B2 (ja) | 噴射器構成の故障を検出する方法及び装置 | |
| JP2011247192A (ja) | 内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置 | |
| US10001522B2 (en) | Method for predicting failure of a light-emitting diode | |
| CN205844475U (zh) | 一种掉电保护电路的测试系统 | |
| EP3121612A1 (en) | Failure prediction of power semiconductor modules | |
| EP2314863A1 (en) | A device to monitor glow plugs in a vehicle | |
| WO2012002880A1 (en) | Measuring device and method for a fuel injection system | |
| JP2015502288A (ja) | デジタルセンサ | |
| ES2914401T3 (es) | Procedimiento para hacer funcionar un sensor para la detección de partículas en un gas de muestra | |
| WO2015040853A1 (ja) | 照明装置および撮像装置 | |
| CN108364058A (zh) | 一种线束测试的计数方法 |