ITMI20002497A1

ITMI20002497A1 - Procedimento e dispositivo per comandare un organo di impostazione con un elemento capacitivo

Info

Publication number: ITMI20002497A1
Application number: IT002497A
Authority: IT
Inventors: Matthias Boee; Guenther Hohl; Norbert Keim; Johannes-Joerg Rueger; Wolfgang Ruehle; Udo Schulz; Hubert Stier
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-05-21
Also published as: DE19958406A1; US6380659B2; US20010015577A1; IT1319113B1; FR2802033A1; FR2802033B1; JP2001193546A

Description

Stato.della tecnica

L'invenzione Riguarda un procedimento ed un dispositivo per comandare un organo di impostazione con un elemento capacitivo. Sono noti procedimenti e dispositivi per comandare un elemento capacitivo, specialmente attuatori piezoelettrici per comandare l'iniezione del combustibile in motori endotermici.

Le proprietà dell 'attuatore piezoelettrico dipendono dalla temperatura. Pertanto è necessario determinare la temperatura dell'attuatore piezoelettrico. Inoltre si verificano scostamenti delle proprietà dell'attuatore piezoelettrico rispettivamente dell'organo di impostazione a parità di modalità costruttiva. Si pone il compito di classificare gli attuatori piezoelettrici rispettivamente gli organi di impostazione.

Per tali attuatori piezoelettrici, specialmente nell'impiego in motori endotermici per comandare la quantità di iniezione, può verificarsi il caso che l'attuatore piezoelettrico venga comandato in modo che in una determinata posizione, ad esèmpio per una valvola di comando del combustibile esso rimane in una posizione in cui ha luogo un'iniezione permanente. Se ora in seguito ad un errore non è più possibile una variazione dello stato di carica dell'attuatore piezoelettrico, allora la valvola rimane nella sua posizione invariata. Tali stadi critici per la sicurezza dovranno essere evitati per attuatori piezoelettrici .

Vantaggi dell'invenzione

Poiché per un organo di impostazione con un elemento capacitivo, in parallelo all'elemento capacitivo è inserita una resistenza ohmica, e in determinati istanti viene rilevato il valore R della resistenza ohmica e partendo dal valore della resistenza si risale al tipo e, oppure alla temperatura dell'elemento capacitivo, è possibile determinare in maniera semplice la temperatura e, oppure compensare la dipendenza dalla temperatura dell'organo di impostazione, classificare gli attuatori piezoelettrici ed evitare sicuramente stati di esercizio critici. Questo procedimento è vantaggioso per tutti gli organi di impostazione con un elemento capacitivo. Esso è particolarmente vantaggioso per cosiddetti attuatori piezoelettrici .

E' particolarmente vantaggioso quando il valore R della resistenza ohmica, che è inserito in parallelo all'elemento capacitivo, viene rilevato in determinati istanti e partendo dal valore si risale alla temperatura dell'elemento capacitivo e, oppure dell'organo di impostazione.

E' particolarmente vantaggioso che mediante la resistenza è possibile risolvere contemporaneamente diversi compiti. E' vantaggioso quando il valore R della resistenza ohmica, che inserito in parallelo all'eleménto capacitivo, viene rilevato in determinati istanti e partendo dal valore si risale al tipo e alla temperatura dell'elemento capacitivo, oppure dell'organo di impostazione. In particolare la resistenza ohmica contemporaneamente serve a classificare e serve alla determinazione della temperatura.

E' vantaggioso quando il .valore R della resistenza ohmica, che è inserito in parallelo all'elemento capacitivo e serve da resistenza di dispersione, viene rilevato in determinati istanti e partendo dal valore si risale al tipo di elemento capacitivo e, oppure dell'organo di impostazione. In particolare la resistenza ohmica contemporaneamente serve da resistenza di dispersione e serve alla classificazione.

E' .vantaggioso quando il valore R della resistenza ohmica, che è inserito in parallelo all'elemento capacitivo e serve da resistenza di dispersione, viene rilevata in determinati istanti partendo da questo si risale alla temperatura dell'elemento capacitivo e, oppure dell'organo di impostazione. In particolare la resistenza ohmica contemporaneamente serve da resistenza di dispersione e per la determinazione della temperatura .

Poiché la resistenza ohmica serve da resistenza di dispersione è possibile una scarica selettiva dell'elemento capacitivo. Specialmente nell'impiego dell'organo di impostazione come iniettore per iniettare combustibile in motori endotermici, è possibile così evitare stati di esercizio critici.

Un calcolo particolarmente semplice del valore della resistenza si ottiene in quanto questa viene calcolata partendo da un tempo di scarica dell'elemento capacitivo. A tale scopo l'elemento capacitivo viene caricato ad una tensione e successivamente viene scaricato tramite la resistenza ohmica.

Se partendo da una corrente di contro e, oppure da una tensione di controllo si determina il valore della resistenza, allora è possibile calcolare il valore continuamente nel corso dell'esercizio senza pregiudicare la resistenza dell'organo di impostazione.

E' particolarmente vantaggioso quando il valore della resistenza viene determinato dalla prima messa in funzione dell'organo di impostazione .

Una tale prima messa in funzione sussiste alla fine del nastro oppure dopo una riparazione e, oppure dopo una sostituzione dell'organo di impostazione .

Ulteriori vantaggiose ed opportune esecuzioni ed ulteriori sviluppi dell'invenzione sono caratterizzati nelle sottorivendicazioni.

Disegno

L'invenzione viene illustrata più dettagliatamente in seguito in base alle forme di realizzazione rappresentante nel disegno.

In particolare:

la figura 1 mostra uno schema a blocchi del dispositivo secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra un primo schema di funzionamento e,

la figura 3 mostra un secondo schema di funzionamento del procedimento secondo l'invenzione.

Descrizione degli esempi di realizzazione

Nella figura 1 è contrassegnato con 100 un organo di impostazione con un elemento capacitivo. Tali organi di impostazione vengono indicati spesso anche come iniettori e servono ad esempio ad iniettare combustibili in motori endotermici. A riguardo fra la grandezza di impostazione, ossia l'estensione longitudinale dell'elemento capacitivo e la tensione applicata esiste una determinata relazione.

Per semplicità non sono rappresentati i componenti meccanici ed è rappresentato unicamente l'elemento capacitivi 100 A. Questo tramite una prima connessione è collegato con masse tramite una seconda connessione è collegato con un interruttore 110 a stadio finale. L'interruttore 110 a stadio finale collega la seconda connessione dell'elemento capacitivo con una unità di alimentazione energetica 120. L'interruttore a stadio finale 110 viene sollecitato da un comando 130 con segnali di comando. In parallelo all'elemento capacitivo 100a è inserita una resistenza ohmica 100b. Preferibilmente l'elemento capacitivo 100a e la resistenza ohmica 100b e l'organo di impostazione 100 formano una unità costruttiva. Inoltre in parallelo all'elemento capacitivo 100a rispettivamente alla resistenza ohmica 100b è inserita una unità di valutazione 140. Questa scambia diverse grandezze con il comando 130.

L'unità di alimentazione di energia 120 e l'interruttore a stadio finale 110 sono rappresentati solo schematicamente. Così ad esempio l'interruttore a stadio finale può essere formato da più elementi di commutazione. Preferibilmente l'interruttore a stadio finale può essere disposto anche fra la massa e l'elemento capacitivo.

Tali elementi capacitivi vengono indicati spesso anche come attuatori piezoelettrici.

Comandando corrispondentemente l'interruttore a stadio finale 110 l'elemento capacitivo 100a viene caricato ad una determinata tensione e successivamente viene di nuovo scaricato. L'intervallo di tempo in cui l'elemento capacitivo si trova ad un determinato livello di tensione, ossia una determinata tensione è applicata all'elemento capacitivo 100a, viene indicato usualmente come durata di comando. Questa durata di comando definisce la quantità di combustibile da iniettare. L'interruttore a stadio finale 110, l'unità di alimentazione per l'energia 120 ed il comando 130 nonché l'unità di valutazione 140 di regola sono riuniti in un apparecchio di comando disposto separatamente dall'organo di impostazione. Apparecchio di comando e l'organo di impostazione sono collegati tramite linee. L'apparecchio di comando comprende preferibilmente anche ulteriori elementi e serve preferibilmente a comandare il motore endotermico e, oppure a comandare l'iniezione del combustibile nel motore endotermico. A tale scopo l'apparecchio di comando tratta diverse grandezze e, oppure segnali di uscita di sensori.

Nel caso di un'introduzione della linea rispettivamente di un errato funzionamento di uno dei componenti può verificarsi il caso in cui l'organo di impostazione si trova permanentemente in una determinata posizione, poiché l'organo di impostazione non viene più scaricato, rispettivamente può essere più scaricato. Per consentire in questo caso una scarica corrispondente dell'elemento capacitivo è previsto secondo l'invenzione che la resistenza 100b sia inserito in parallelo all'elemento capacitivo 100a. In particolare la resistenza è disposta spazialmente vicino all'elemento capacitivo, preferibilmente nell'iniettore, affinché le linee di collegamento risultino il più possibile corte.

La resistenza è dimensionata in modo che la costante di tempo della cellula RC, formata dall'elemento capacitivo 100a e dalla resistenza ohmica 100b è di grandezza tale che nell'ambito dell'usuale durata di comando, usuale per una perfetta iniezione, non si verifica scarica significativa dell'elemento capacitivo. D'altro canto la costante di tempo è dimensionata in modo che nell'ambito del tempo disponibile, fino a quando la valvola dovrà essere sicuramente chiusa, per non danneggiare il motore, l'elemento capacitivo è sufficientemente scaricato. Con adeguato dimensionato la resistenza 100b agisce come resistenza di dispersione.

Nell'ambito di un tempo di scarica definita essenzialmente dalla costante di tempo, l'elemento capacitivo 100a si è scaricato in misura tale che l'organo di impostazione assume una posizione sicura, ossia l'iniezione termina. La costante di tempo è scelto in modo che il tempo di scarica è superiore alla durata di comando massima dell'organo di impostazione. In caso di errore viene superata questa durata di comando massima possibile.

Usualmente per la produzione di iniettori si verificano tolleranze, che portano a variazioni quantitative, ossia a parità di durata di comando differenti iniettori tosano differenti quantità di combustibili. Poiché gli iniettori nel corso della produzione vengono misurati e classificati e poiché questa classificazione viene presa in considerazione per il comando, è possibile ridurre considerevolmente la resa nella produzione. Inoltre l'iniezione viene migliorata in quanto è possibile tenere conto delle variazioni.

La costante di tempo della cellula RC formata dall'elemento capacitivo 100a e dalla resistenza 10Ob, è variabile in una certa gamma. Questo grado di libertà secondo l'invenzione viene utilizzato per classificare iniettori. A tale scopo viene definito un certo numero di classi, che vengono classificate tràmite questa resistenza. La resistenza viene montata definitivamente di preferenza dopo la misurazione e viene montata in modo tale che essa non può essere senz'altro eliminata. Ad esempio la resistenza può essere circondata con un materiale solidificante. La resistenza di classificazione di conseguenza viene collegata permanentemente con l'attuatore. Di conseguenza viene ridotto in misura estremamente ampia il dispendio per il fabbricante di autoveicoli, che monta gli attuatori, in termini di costi e logistica e possibilità di errore.

Secondo l'invenzione è previsto con l'avviamento del sistema viene misurato il valore ohmico. Una possibilità di misurare il valore ohmico sta' nel fatto di caricare un attuatore ad una determinata tensione e di misurare la tensione tendente a zero. Il sistema formato da resistenza 100b ed elemento capacitivo 100a presenta una costante di tempo dipendente dal valore della resistenza 100b. Preferibilmente questa misurazione ha luogo alla fine del nastro presso il fabbricante di veicoli, poiché in questo caso non risulta critico il tempo di inizializzazione. Soltanto una volta avvenuta la misurazione della resistenza e una volta avvenuta la classificazione dell'iniettore viene liberato il comando mediante l'unità di comando.

E' particolarmente vantaggioso quando lo stato in cui è già stata misurata la resistenza viene memorizzato in una prima cella di una memoria non transitoria dell'apparecchio di comando, cosicché in occasione di ogni ulteriore avviamento non viene nuovamente misurata la resistenza. Di preferenza come memoria non transitoria serve una EEPROM. Il risultato della classificazione viene memorizzato parimenti preferibilmente in una seconda cella della memoria non transitoria.

Se ha luogo una sostituzione dell'attuatore ha luogo viene ripristinato allora il valore della prima cella di memoria indicante che è già stata misurata la resistenza, per poter effettuare una nuova classificazione.

Nella figura 2 sono indicati sia un procedimento per determinare il valore R della resistenza 100b nonché un procedimento per riconoscere la classe partendo dal valore della resistenza.

In una prima fase 200 viene controllato se va determinato il valore R della resistenza. In una seconda esecuzione è previsto che venga controllato se nella prima memoria non transitoria la prima cella di memoria assume un valore corrispondente indicante se non è stata ancora determinata la resistenza. Se ciò non avviene, ossia se il valore R della resistenza è già stato determinato, allora il programma passa nel suo usuale svolgimento di programma nella fase 20S.

Se non è stato ancora determinato il valore R della resistenza allora nella fase 210 l'elemento capacitivo viene caricato ad una definita tensione U. Contemporaneamente viene impostato con zero un cronometro t. La successiva interrogazione 220 controlla se il valore del cronometro t è superiore o pari ad una soglia di tempo tl. Se ciò non avviene allora nella fase 225 viene aumentato il valore del cronometro ed ha luogo di nuovo l'interrogazione 220. Se il cronometro t è superiore o pari alla soglia di tempo tl, allora nella fase 227 in quest'istante viene misurata la tensione U1.

Successivamente nella fase 230 ha luogo l'interrogazione per stabilire se il contenuto del cronometro t è superiore/uguale ad una seconda soglia di tempo t2. Se ciò non avviene allora nella fase 235 il cronometro t viene aumento di 1. Se ciò avviene allora nella fase 237 viene determinato il valore U2 della tensione nell'istante t2.

Nel caso di una cellula RC la tensione diminuisce conformemente ad una funzione esponenziale definita essenzialmente da una costante di tempo. Misurando la tensione in due istanti differenti è possibile determinare la costante di tempo e quindi, essendo nota la capacità dell'elemento capacitivo 100a, il valore R della resistenza. Questo calcolo del valore della resistenza avviene nella fase 240.

La seguente interrogazione 250 verifica se il valore R della resistenza è superiore ad un valore di soglia Wl. Se ciò avviene allora l'iniettore nella fase 252 viene classificato nella classe Kl. Se ciò non avviene allora l'interrogazione 260 verifica se il valore R della resistenza è superiore ad un secondo valore di soglia W2. Se ciò avviene allora nella fase 264 l'iniettore viene classificato nella classe K2. Se ciò non avviene allora l'iniettore nella fase 262 viene classificato nella classe K3.

Nell'esempio di realizzazione rappresentato iniettori vengono classificati in tre classi. Il procedimento secondo l'invenzione non è limitato al numero di tre classi e può essere impiegato per ogni numero a piacere di classi.

E' particolarmente vantaggioso quando la resistenza si trova in contatto termico con l'elemento capacitivo. In questo caso mediante la resistenza 100b è possibile determinare la temperatura della ceramica dell'attuatore e, oppure dell'iniettore. Per mezzo di una corrente di prova, con la quale la resistenza 100b viene continuamente comandata ritmicamente oppure sollecitata in determinati intervalli di tempo, partendo dalla legge ohmica è possibile determinare la resistenza. A tale scopo essendo preferibilmente nota e, oppure misurata la tensione ha luogo una misurazione della corrente.

Con un attuatore piezoelettrico con resistenza è possibile determinare tramite la resistenza 100b la temperatura attuale dell'attuatore rispettivamente dell'iniettore. Partendo dalle note elevazioni fra la variazione di lunghezza e la temperatura, oppure la relazione fra variazione di lunghezza e tensione applicata sull'attore piezoelettrico, è possibile correggere l'influenza della temperatura sull'estensione longitudinale mediante correzione della tensione, mediante corrispondente correzione della tensione in dipendenza del valore ohmico R della resistenza 100b sull'intera gamma di temperatura si ottiene una corsa valvolare costante.

nella figura 3 è rappresentato un corrispondente procedimento. In una prima fase 300 viene verificato se sussiste uno stato in cui è possibile una misurazione della temperatura. Nell'esecuzione più semplice è previsto che la misurazione avvenga ad intervalli di tempo fissi preassegnati. Nella fase 310 la resistenza 100b viene sollecitata con una corrente di controllo e viene misurata la tensione decrescente. Alternativamente anche la resistenza può essere sollecitata con una tensione e si può misurare la corrente. Partendo da questi valori si ottiene il valore R della resistenza 100b. Partendo dal valore R viene calcolata la temperatura T.

Preferibilmente è previsto che la resistenza sia eseguita come filo di alto valore ohmico, disposto esternamente attorno alla ceramica. Inoltre può essere previsto che con la produzione della ceramica esso sia integrato nella ceramica. Inoltre è possibile che per un attuatore a pila come un disco supplementare venga inserita la resistenza. La determinazione della resistenza secondo figura 3 e la determinazione della resistenza figura 1 e figura 2 possono essere anche scambiate rispettivamente è possibile impiegare anche altri procedimenti per determinare la resistenza.

E' particolarmente vantaggioso che con un elemento, eseguito preferibilmente come resistenza ohmica possono essere risolti differenti compiti.

E' inoltre vantaggioso quando i valori ohmici dei procedimenti secondo figura 2 siano scelti in modo tale che la differenza fra i valori ohmici per differenti classi è superiore all'ampiezza di fluttuazione dei valori ohmici in dipendenza della temperatura.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per comandare un organo di impostazione con un elemento capacitivo, laddove in parallelo all'elemento capacitivo è inserita una resistenza ohmica, caratterizzato dal fatto che in determinati istanti viene rilevato il valore (R) della resistenza ohmica e partendo dal valore della resistenza si risale al tipo, oppure alla temperatura dell'elemento capacitivo.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la resistenza ohmica serve da resistenza di dispersione .
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che partendo da un tempo di scarica dell'elemento capacitivo viene calcolato il valore (R) della resistenza.
4. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che partendo da una corrente di controllo e, oppure da una tensione di controllo viene determinato il valore della resistenza.
5. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore della resistenza viene determinato prima della prima messa in funzione dell'organo di impostazione.
6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore della resistenza viene determinato più volte durante il funzionamento dell'organo di impostazione.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'elemento capacitivo viene caricato ad una tensione e successivamente viene scaricato tramite la resistenza ohmica.
8. Dispositivo per comandare un organo di impostazione con un elemento capacitivo, laddove in parallelo all'elemento capacitivo è inserita una resistenza ohmica, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi, che in determinati istanti rilevano il valore (R) della resistenza ohmica e partendo dal valore della resistenza risalgono al tipo e, oppure alla temperatura dell'elemento capacitivo.