專利名稱：用于測(cè)定一種壓電元件的單獨(dú)的觸發(fā)電壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定一種壓電元件的單獨(dú)的觸發(fā)電壓的方法。
這種壓電元件例如可以用于汽車噴射系統(tǒng)中的壓電噴射器。其需要加載一個(gè)電壓，該電壓與該壓電元件的升程成比例。通過這個(gè)升程，借助于一個(gè)液壓耦合元件進(jìn)行傳動(dòng)，來控制一個(gè)噴油閥。為了保證這種壓電噴射器的所有的功能，每個(gè)工作點(diǎn)的觸發(fā)電壓，例如在汽車的一種噴射系統(tǒng)的情況下對(duì)于共軌柴油噴射系統(tǒng)中的每個(gè)壓力，對(duì)每個(gè)溫度以及這一類的參數(shù)必須如下選擇，即打開分配閥并且在噴射循環(huán)持續(xù)期間將分配閥保持在打開位置。
對(duì)每個(gè)壓電元件來說是單獨(dú)的觸發(fā)電壓(單獨(dú)的觸發(fā)電壓)例如在DE 100 32 022 A1公開的方法中是如下確定的，即在一個(gè)噴射過程前間接的測(cè)量液壓耦合元件中的壓力。通過從液壓耦合元件中導(dǎo)入壓電執(zhí)行器中的壓力，會(huì)推出在執(zhí)行器中一個(gè)相應(yīng)的壓電電壓。
此外還公知一種方法，其中電壓在一個(gè)范圍內(nèi)變化，同時(shí)采集噴油量。從所采集到的噴油量中可以推得該壓電元件的功能能力。
一種按時(shí)間沿著一種壓電元件的電壓的測(cè)量的方法和線路圖來自EP 1 138 902 A1中。
在制造在共軌柴油噴射系統(tǒng)中使用的壓電元件的時(shí)候要求，在制造這種壓電共軌柴油噴射器的時(shí)候要求遵守非常嚴(yán)格的公差，以便獲得盡可能大的批量生產(chǎn)量。在此具有重大意義的是壓電執(zhí)行器和液壓裝置之間的配合間隙，該液壓裝置例如可以是液壓耦合元件的形式。因?yàn)樵谶@種噴射器中由于成本方面的原因不能使用傳感器，因此只有很少的關(guān)于壓電噴射器動(dòng)態(tài)性能方面的信息。
由于老化產(chǎn)生的壓電執(zhí)行器的改變，例如壓電陶瓷的老化或者閥座的撞擊迄今為止只能通過事先定義的特性曲線至少部分的進(jìn)行補(bǔ)償，該特性曲線例如可以保存在一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的控制儀器中。
本發(fā)明的目的在于以盡可能簡(jiǎn)單的技術(shù)以及盡可能合理的成本測(cè)定壓電元件尤其是壓電噴射器的單獨(dú)的觸發(fā)電壓，該壓電噴射器特別是用于共軌柴油噴射系統(tǒng)中。在此也需要關(guān)注在壓電噴射器整個(gè)壽命期間中變化的單獨(dú)的觸發(fā)電壓的動(dòng)態(tài)特性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述的特征的一種壓電元件單獨(dú)的觸發(fā)電壓的測(cè)定方法來解決。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是，將壓電執(zhí)行器以及壓電陶瓷本身作為傳感器來使用，通過這種方法附加的傳感器就不必要了。更確切地說對(duì)壓電元件在其充電過程后采集其電壓降，并且從這個(gè)電壓降本身推出壓電元件的單獨(dú)的觸發(fā)電壓。
在本方法的一種非常優(yōu)選的方案中，緊接在充電過程后采集加在壓電元件上的電壓，并且緊接在緊接在充電過程的放電過程前采集壓電元件上的電壓，并相減，并且從這個(gè)差值推出壓電元件的單獨(dú)的觸發(fā)電壓。通過這種方法可以避免例如由于觸發(fā)電壓的變化引起的對(duì)單獨(dú)觸發(fā)電壓的費(fèi)事的和高成本的測(cè)定。
所述單獨(dú)的觸發(fā)電壓在此優(yōu)選從一個(gè)特性曲線中獲得，該特性曲線描述了差值與單獨(dú)的觸發(fā)電壓之間的相互關(guān)系。
該特性曲線優(yōu)選通過經(jīng)驗(yàn)基于大量的對(duì)不同壓電元件的測(cè)量測(cè)定，并且可以存儲(chǔ)在例如一個(gè)汽車的控制儀器中。
該方法另外一個(gè)非常有利的方案是，在充電過程期間反復(fù)的增加壓電元件上的電壓，直到緊接在充電過程后壓電元件上的電壓與緊按在隨后的放電過程之前的壓電元件上的電壓沒有偏差為止，并且這樣所測(cè)定的電壓作為單獨(dú)的所需電壓降。
本方法另外一種有利的方案是，對(duì)壓電元件只施加一個(gè)電壓，并且反復(fù)增加充電時(shí)間，直到緊接在充電過程后壓電元件上的電壓與緊接在緊接在充電過程的放電過程前的壓電元件上的電壓沒有偏差為止，并且這樣測(cè)定的電壓作為單獨(dú)的觸發(fā)電壓。優(yōu)選采用反復(fù)的增加電壓，為壓電元件施加該電壓，并且緊接在放電過程前對(duì)壓電元件上的電壓的采集在較低噴射液體壓力下進(jìn)行。在此電壓曲線優(yōu)選連續(xù)的在壓電元件上采集。


本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)以及特征以如下的附圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
附圖示出圖1示出現(xiàn)有技術(shù)下公知的噴油閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2示出按照本發(fā)明的一種壓電元件在充電和放電控制時(shí)間內(nèi)的電壓示意圖。
圖3示出一種壓電元件的電壓變化和單獨(dú)的觸發(fā)電壓之間的關(guān)系。
圖4示出電壓關(guān)于時(shí)間變化的曲線的示意圖，用于描述按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的一種壓電元件單獨(dú)的觸發(fā)電壓采集。
具體實(shí)施例方式
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)下公知的帶有一個(gè)中央孔的一種噴油閥1的示意圖。在上部是一個(gè)伺服活塞3，其在中央孔中設(shè)有一個(gè)壓電執(zhí)行器2，其中所述伺服活塞3與執(zhí)行器2固定連接。伺服活塞3將一個(gè)液壓耦合元件4向上封閉了，而向下設(shè)有一個(gè)帶有到一個(gè)第一閥座6的連接通道的開孔，其中設(shè)置有一個(gè)帶有一個(gè)閥門關(guān)閉元件12的活塞5。閥關(guān)閉元件12是雙閉式控制閥結(jié)構(gòu)。當(dāng)執(zhí)行器2處于靜止階段的時(shí)候，閥關(guān)閉元件關(guān)閉第一閥座6。在執(zhí)行器2操作的時(shí)候，也就是說在給+、-接線柱施加一個(gè)觸發(fā)電壓Ua的時(shí)候，執(zhí)行器2控制伺服活塞3并通過液壓耦合元件4將帶有關(guān)閉元件12的活塞5壓向一個(gè)第二閥座7。在第二閥座下面在一個(gè)相應(yīng)的通道中設(shè)有一個(gè)噴油嘴針閥11，其可以將在高壓通道(共軌壓力)13中的出口關(guān)閉或打開，各按照其靠近哪個(gè)觸發(fā)電壓Ua。所述高壓通過要噴射的媒質(zhì)，例如可以是內(nèi)燃機(jī)的燃料，由一個(gè)進(jìn)口9供給，通過一個(gè)進(jìn)口節(jié)流閥8和一個(gè)出口節(jié)流閥10控制在噴油嘴針閥11和液壓耦合元件4方向上的媒質(zhì)流入量。在此液壓耦合元件4一方面用于加強(qiáng)活塞5的升程，另一方面使控制閥脫離執(zhí)行器2的靜態(tài)熱膨脹。耦合元件4的重新充滿在此沒有示出。
接下去詳細(xì)描述一下該噴油閥的工作原理。在每次觸發(fā)執(zhí)行器2的時(shí)候，伺服活塞3在向液壓耦合元件4的方向運(yùn)動(dòng)。其中帶有關(guān)閉元件12的活塞5也在向第二閥座7的方向運(yùn)動(dòng)。其中通過溢流縫隙在液壓耦合元件4中的一部分媒質(zhì)被壓出，這些媒質(zhì)例如可以是燃料。在此在兩次噴射之間，所述液壓耦合元件4必須被重新充滿，以便能保持其功能可靠性。
進(jìn)口通道9中存在一個(gè)高壓，該高壓在共軌柴油噴射系統(tǒng)中例如可以達(dá)到200～2000巴。這個(gè)壓力作用到噴油嘴針閥11并使其保持關(guān)閉，這樣就不會(huì)有燃料流出。如果現(xiàn)在由于觸發(fā)電壓Ua使執(zhí)行器2被致動(dòng)，并以此使得關(guān)閉元件12向第二閥座方向移動(dòng)，在高壓區(qū)域中的壓力消除，噴油嘴針閥11向噴油通道打開。用P1表示所謂的耦合元件壓力，如其在液壓耦合元件4中所測(cè)量。在耦合元件4中在沒有觸發(fā)電壓Ua的情況下出現(xiàn)一個(gè)靜態(tài)壓力P1，其例如是高壓部分壓力的1/10。在執(zhí)行器2卸壓后耦合元件壓力P1接近于0，通過重新充滿壓力會(huì)重新上升。
壓電執(zhí)行器2的長(zhǎng)度改變通過如下方法實(shí)現(xiàn)，即壓電執(zhí)行器2在一個(gè)第一時(shí)間段Δt1內(nèi)用一電流加載。該第一時(shí)間段Δt1是壓電執(zhí)行器2的充電過程。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)壓電執(zhí)行器2會(huì)被充電至一個(gè)最高電壓Umax。在另一個(gè)時(shí)間段Δt2(參見附圖2)內(nèi)進(jìn)行壓電執(zhí)行器的放電過程。在一個(gè)第三時(shí)間段Δt3內(nèi)，該第三時(shí)間段位于第一時(shí)間段和第二時(shí)間段兩者之間，壓電執(zhí)行器2如一個(gè)傳感器一樣起作用，其中每個(gè)長(zhǎng)度/力變化都會(huì)引起電壓改變。電壓在時(shí)間間隔Δt3內(nèi)的時(shí)間變化曲線依賴于壓電執(zhí)行器2緊接在充電過程后，也就是說在時(shí)間間隔Δt1的最后端，被施以哪個(gè)電壓。這會(huì)在整個(gè)測(cè)量順序范圍中確定，即電壓連續(xù)的下降，直到其與緊接在放電過程前的電壓逼近，該電壓在圖2中用URegel表示。
在一種有利的實(shí)施例中，采集在最大電壓Umax和緊接在放電過程前的電壓URegel之間的電壓差ΔU。該電壓差這樣得到，所述伺服活塞3在充電電流切斷后還會(huì)走完一段行程，因?yàn)閴弘妶?zhí)行器2還會(huì)繼續(xù)膨脹。如果該電壓差ΔU例如較大，那么分配閥在充電電流切斷后必須還要走完一段行程，通過這種方法在壓電執(zhí)行器2的傳感器范圍內(nèi)電壓比在一個(gè)噴射器中關(guān)閉元件12通過伺服活塞3已經(jīng)非?？拷诙y座7的情況下更急劇的下降，因?yàn)閳?zhí)行器2還在膨脹。在這種情況下ΔU較小。
在測(cè)量序列中示出，所述電壓差ΔU與噴射器的單獨(dú)的所需電壓降相互制約。這種壓電執(zhí)行器2因此需要一個(gè)單獨(dú)的觸發(fā)電壓Ua，因?yàn)殚y座直徑、執(zhí)行器升程、摩擦等是離散的，這會(huì)影響所需電壓降。如果電壓差ΔU大，那么壓電執(zhí)行器2的所需電壓降比在小的電壓差的情況下大。一種這樣的噴油閥在溫度變化的情況下也會(huì)有相應(yīng)的表現(xiàn)。如果溫度升高，那么所需電壓降也提高，相應(yīng)的電壓差也提高?，F(xiàn)在單獨(dú)的觸發(fā)電壓Ua由如下方法測(cè)定，即測(cè)量電壓差，然后在這里例如根據(jù)一個(gè)特征曲線，如附圖3所示，確定單獨(dú)的觸發(fā)電壓Ua。由此借助于一次測(cè)量，例如在噴射閥1批量生產(chǎn)時(shí)在掃氣過程中實(shí)現(xiàn)噴射器單獨(dú)的所需電壓降的確定。
本發(fā)明的另一實(shí)施例將在下面聯(lián)系附圖4進(jìn)行詳細(xì)的描述。
在前面提到的在附圖2中示出的實(shí)施例中，在充電過程結(jié)束的時(shí)候閥球12還沒有到達(dá)第二閥座7。閥球12還會(huì)繼續(xù)移動(dòng)，壓電執(zhí)行器2在恒定的加載下繼續(xù)膨脹，通過這種方式電壓如附圖2所示下降。
該方法的另一種方案規(guī)定，電壓Umax連續(xù)的持續(xù)增加，直到在放電過程結(jié)束的時(shí)候不再改變。在此理想的方式是在低壓下電壓以小的步長(zhǎng)增加。由此噴油量就會(huì)受到很小的影響，這樣就不會(huì)干擾噴油閥1的工作。當(dāng)在壓電元件上的電壓Umax與單獨(dú)的所需電壓降一致的時(shí)候，電壓在時(shí)間間隔Δt3內(nèi)不再改變，這樣電壓曲線就是附圖4中示意示出的梯形形狀。在這種情況下在充電過程后壓電執(zhí)行器2上的電壓Umax就與單獨(dú)的所需電壓降相應(yīng)，該所需電壓降例如可以保存在一個(gè)控制儀器中。在放電過程后壓電執(zhí)行器2上的電壓Umax的進(jìn)一步增加在電壓曲線上不再改變?，F(xiàn)在從所需電壓降可以例如通過一個(gè)特征曲線測(cè)定單獨(dú)的觸發(fā)電壓，該觸發(fā)電壓例如由于能量方面的原因被定義的比較小。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在壓電執(zhí)行器上的電壓Umax保持恒定，而充電時(shí)間，也就是時(shí)間間隔Δt1的大小改變，這也就是說特別是步進(jìn)的增加，以便測(cè)定電壓的特征點(diǎn)，也就是測(cè)定電壓，其中在充電過程后在壓電執(zhí)行器2上的電壓在時(shí)間間隔Δt3內(nèi)按照經(jīng)驗(yàn)不再改變。
按照本發(fā)明的方法的所有所述的實(shí)施例，其優(yōu)點(diǎn)是，所述單獨(dú)的觸發(fā)電壓Ua不需要附加的傳感器就能測(cè)定，此外對(duì)于在運(yùn)行期間噴油閥1的動(dòng)態(tài)特性也有這樣的結(jié)論，因?yàn)槔绠?dāng)噴油閥在特征點(diǎn)運(yùn)行的時(shí)候，即當(dāng)在放電過程后在壓電執(zhí)行器2上的電壓Umax不再改變的時(shí)候，可以保證閥球12已經(jīng)到達(dá)第二閥座7。
權(quán)利要求
1.用于測(cè)定一種壓電元件觸發(fā)電壓的方法，其特征為，采集在一個(gè)充電過程后在壓電元件上的電壓降，并且從這個(gè)電壓降推出壓電元件的觸發(fā)電壓。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，緊接在放電過程后采集壓電元件上的電壓，并且緊接在隨后的放電過程之前采集壓電元件上的電壓，并將其相減，從這個(gè)差值推出所述壓電元件的單獨(dú)的觸發(fā)電壓。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征為，所述單獨(dú)的觸發(fā)電壓從一個(gè)特征曲線獲得，該特征曲線描述該電壓差與單獨(dú)的觸發(fā)電壓之間的關(guān)系。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征為，所述特征曲線是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)基于大量的對(duì)不同的執(zhí)行器的測(cè)量測(cè)定的。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，將在充電過程期間在所述壓電元件上的電壓反復(fù)的增加，直到在所述壓電元件上緊接在充電過程后的電壓與壓電元件上緊接在隨后的放電過程之前的電壓沒有偏差，這樣測(cè)定的電壓被看作是單獨(dú)的所需電壓降，從這個(gè)電壓可推得壓電元件的單獨(dú)的觸發(fā)電壓。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征為，反復(fù)增加施加到壓電元件的電壓，并且對(duì)在壓電元件上的電壓的采集在所噴射液體處于低壓的情況下進(jìn)行。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征為，所述壓電元件上電壓曲線是連續(xù)的采集的。
8.按照權(quán)利要求5到8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征為，代替反復(fù)增加施加前所述壓電元件上的電壓的是，對(duì)壓電元件只施加一個(gè)電壓，其中反復(fù)的增加充電時(shí)間，直到在所述壓電元件上緊接在充電過程后的電壓與壓電元件上緊接在隨后的放電過程之前的電壓沒有偏差。
全文摘要
一種用于測(cè)定一種壓電元件觸發(fā)電壓的方法，其特征為，在一個(gè)充電過程后采集所述壓電元件上的電壓降，并從這個(gè)電壓降推得壓電元件的觸發(fā)電壓。
文檔編號(hào)H02N2/06GK1768197SQ200480009060
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者K·蘇特, A·勞 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司