專利名稱：用于測定一種壓電元件的單獨的觸發電壓的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于測定一種壓電元件的單獨的觸發電壓的方法。
這種壓電元件例如可以用于汽車噴射系統中的壓電噴射器。其需要加載一個電壓，該電壓與該壓電元件的升程成比例。通過這個升程，借助于一個液壓耦合元件進行傳動，來控制一個噴油閥。為了保證這種壓電噴射器的所有的功能，每個工作點的觸發電壓，例如在汽車的一種噴射系統的情況下對于共軌柴油噴射系統中的每個壓力，對每個溫度以及這一類的參數必須如下選擇，即打開分配閥并且在噴射循環持續期間將分配閥保持在打開位置。
對每個壓電元件來說是單獨的觸發電壓(單獨的觸發電壓)例如在DE 100 32 022 A1公開的方法中是如下確定的，即在一個噴射過程前間接的測量液壓耦合元件中的壓力。通過從液壓耦合元件中導入壓電執行器中的壓力，會推出在執行器中一個相應的壓電電壓。
此外還公知一種方法，其中電壓在一個范圍內變化，同時采集噴油量。從所采集到的噴油量中可以推得該壓電元件的功能能力。
一種按時間沿著一種壓電元件的電壓的測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中使用的壓電元件的時候要求，在制造這種壓電共軌柴油噴射器的時候要求遵守非常嚴格的公差，以便獲得盡可能大的批量生產量。在此具有重大意義的是壓電執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。因為在這種噴射器中由于成本方面的原因不能使用傳感器，因此只有很少的關于壓電噴射器動態性能方面的信息。
由于老化產生的壓電執行器的改變，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行補償，該特性曲線例如可以保存在一個內燃機的控制儀器中。
本發明的目的在于以盡可能簡單的技術以及盡可能合理的成本測定壓電元件尤其是壓電噴射器的單獨的觸發電壓，該壓電噴射器特別是用于共軌柴油噴射系統中。在此也需要關注在壓電噴射器整個壽命期間中變化的單獨的觸發電壓的動態特性。
本發明的優點本發明的任務通過具有權利要求1所述的特征的一種壓電元件單獨的觸發電壓的測定方法來解決。
本發明的基本構思是，將壓電執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。更確切地說對壓電元件在其充電過程后采集其電壓降，并且從這個電壓降本身推出壓電元件的單獨的觸發電壓。
在本方法的一種非常優選的方案中，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，并且從這個差值推出壓電元件的單獨的觸發電壓。通過這種方法可以避免例如由于觸發電壓的變化引起的對單獨觸發電壓的費事的和高成本的測定。
所述單獨的觸發電壓在此優選從一個特性曲線中獲得，該特性曲線描述了差值與單獨的觸發電壓之間的相互關系。
該特性曲線優選通過經驗基于大量的對不同壓電元件的測量測定，并且可以存儲在例如一個汽車的控制儀器中。
該方法另外一個非常有利的方案是，在充電過程期間反復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，并且這樣所測定的電壓作為單獨的所需電壓降。
本方法另外一種有利的方案是，對壓電元件只施加一個電壓，并且反復增加充電時間，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，并且這樣測定的電壓作為單獨的觸發電壓。優選采用反復的增加電壓，為壓電元件施加該電壓，并且緊接在放電過程前對壓電元件上的電壓的采集在較低噴射液體壓力下進行。在此電壓曲線優選連續的在壓電元件上采集。


本發明其它的優點以及特征以如下的附圖中所示的本發明的實施例進行說明。
附圖示出圖1示出現有技術下公知的噴油閥的結構示意圖。
圖2示出按照本發明的一種壓電元件在充電和放電控制時間內的電壓示意圖。
圖3示出一種壓電元件的電壓變化和單獨的觸發電壓之間的關系。
圖4示出電壓關于時間變化的曲線的示意圖，用于描述按照本發明的另一個實施例的一種壓電元件單獨的觸發電壓采集。
具體實施例方式
圖1示出現有技術下公知的帶有一個中央孔的一種噴油閥1的示意圖。在上部是一個伺服活塞3，其在中央孔中設有一個壓電執行器2，其中所述伺服活塞3與執行器2固定連接。伺服活塞3將一個液壓耦合元件4向上封閉了，而向下設有一個帶有到一個第一閥座6的連接通道的開孔，其中設置有一個帶有一個閥門關閉元件12的活塞5。閥關閉元件12是雙閉式控制閥結構。當執行器2處于靜止階段的時候，閥關閉元件關閉第一閥座6。在執行器2操作的時候，也就是說在給+、-接線柱施加一個觸發電壓Ua的時候，執行器2控制伺服活塞3并通過液壓耦合元件4將帶有關閉元件12的活塞5壓向一個第二閥座7。在第二閥座下面在一個相應的通道中設有一個噴油嘴針閥11，其可以將在高壓通道(共軌壓力)13中的出口關閉或打開，各按照其靠近哪個觸發電壓Ua。所述高壓通過要噴射的媒質，例如可以是內燃機的燃料，由一個進口9供給，通過一個進口節流閥8和一個出口節流閥10控制在噴油嘴針閥11和液壓耦合元件4方向上的媒質流入量。在此液壓耦合元件4一方面用于加強活塞5的升程，另一方面使控制閥脫離執行器2的靜態熱膨脹。耦合元件4的重新充滿在此沒有示出。
接下去詳細描述一下該噴油閥的工作原理。在每次觸發執行器2的時候，伺服活塞3在向液壓耦合元件4的方向運動。其中帶有關閉元件12的活塞5也在向第二閥座7的方向運動。其中通過溢流縫隙在液壓耦合元件4中的一部分媒質被壓出，這些媒質例如可以是燃料。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。
進口通道9中存在一個高壓，該高壓在共軌柴油噴射系統中例如可以達到200～2000巴。這個壓力作用到噴油嘴針閥11并使其保持關閉，這樣就不會有燃料流出。如果現在由于觸發電壓Ua使執行器2被致動，并以此使得關閉元件12向第二閥座方向移動，在高壓區域中的壓力消除，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中所測量。在耦合元件4中在沒有觸發電壓Ua的情況下出現一個靜態壓力P1，其例如是高壓部分壓力的1/10。在執行器2卸壓后耦合元件壓力P1接近于0，通過重新充滿壓力會重新上升。
壓電執行器2的長度改變通過如下方法實現，即壓電執行器2在一個第一時間段Δt1內用一電流加載。該第一時間段Δt1是壓電執行器2的充電過程。在這個時間段內壓電執行器2會被充電至一個最高電壓Umax。在另一個時間段Δt2(參見附圖2)內進行壓電執行器的放電過程。在一個第三時間段Δt3內，該第三時間段位于第一時間段和第二時間段兩者之間，壓電執行器2如一個傳感器一樣起作用，其中每個長度/力變化都會引起電壓改變。電壓在時間間隔Δt3內的時間變化曲線依賴于壓電執行器2緊接在充電過程后，也就是說在時間間隔Δt1的最后端，被施以哪個電壓。這會在整個測量順序范圍中確定，即電壓連續的下降，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走完一段行程，因為壓電執行器2還會繼續膨脹。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行器2的傳感器范圍內電壓比在一個噴射器中關閉元件12通過伺服活塞3已經非常靠近第二閥座7的情況下更急劇的下降，因為執行器2還在膨脹。在這種情況下ΔU較小。
在測量序列中示出，所述電壓差ΔU與噴射器的單獨的所需電壓降相互制約。這種壓電執行器2因此需要一個單獨的觸發電壓Ua，因為閥座直徑、執行器升程、摩擦等是離散的，這會影響所需電壓降。如果電壓差ΔU大，那么壓電執行器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有相應的表現。如果溫度升高，那么所需電壓降也提高，相應的電壓差也提高。現在單獨的觸發電壓Ua由如下方法測定，即測量電壓差，然后在這里例如根據一個特征曲線，如附圖3所示，確定單獨的觸發電壓Ua。由此借助于一次測量，例如在噴射閥1批量生產時在掃氣過程中實現噴射器單獨的所需電壓降的確定。
本發明的另一實施例將在下面聯系附圖4進行詳細的描述。
在前面提到的在附圖2中示出的實施例中，在充電過程結束的時候閥球12還沒有到達第二閥座7。閥球12還會繼續移動，壓電執行器2在恒定的加載下繼續膨脹，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定，電壓Umax連續的持續增加，直到在放電過程結束的時候不再改變。在此理想的方式是在低壓下電壓以小的步長增加。由此噴油量就會受到很小的影響，這樣就不會干擾噴油閥1的工作。當在壓電元件上的電壓Umax與單獨的所需電壓降一致的時候，電壓在時間間隔Δt3內不再改變，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行器2上的電壓Umax就與單獨的所需電壓降相應，該所需電壓降例如可以保存在一個控制儀器中。在放電過程后壓電執行器2上的電壓Umax的進一步增加在電壓曲線上不再改變。現在從所需電壓降可以例如通過一個特征曲線測定單獨的觸發電壓，該觸發電壓例如由于能量方面的原因被定義的比較小。
在另一個實施例中，在壓電執行器上的電壓Umax保持恒定，而充電時間，也就是時間間隔Δt1的大小改變，這也就是說特別是步進的增加，以便測定電壓的特征點，也就是測定電壓，其中在充電過程后在壓電執行器2上的電壓在時間間隔Δt3內按照經驗不再改變。
按照本發明的方法的所有所述的實施例，其優點是，所述單獨的觸發電壓Ua不需要附加的傳感器就能測定，此外對于在運行期間噴油閥1的動態特性也有這樣的結論，因為例如當噴油閥在特征點運行的時候，即當在放電過程后在壓電執行器2上的電壓Umax不再改變的時候，可以保證閥球12已經到達第二閥座7。
權利要求
1.用于測定一種壓電元件觸發電壓的方法，其特征為，采集在一個充電過程后在壓電元件上的電壓降，并且從這個電壓降推出壓電元件的觸發電壓。
2.按照權利要求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，從這個差值推出所述壓電元件的單獨的觸發電壓。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征為，所述單獨的觸發電壓從一個特征曲線獲得，該特征曲線描述該電壓差與單獨的觸發電壓之間的關系。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征為，所述特征曲線是根據經驗基于大量的對不同的執行器的測量測定的。
5.按照權利要求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，這樣測定的電壓被看作是單獨的所需電壓降，從這個電壓可推得壓電元件的單獨的觸發電壓。
6.按照權利要求5所述的方法，其特征為，反復增加施加到壓電元件的電壓，并且對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行。
7.按照權利要求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的采集的。
8.按照權利要求5到8中任一項所述的方法，其特征為，代替反復增加施加前所述壓電元件上的電壓的是，對壓電元件只施加一個電壓，其中反復的增加充電時間，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
一種用于測定一種壓電元件觸發電壓的方法，其特征為，在一個充電過程后采集所述壓電元件上的電壓降，并從這個電壓降推得壓電元件的觸發電壓。
文檔編號H02N2/06GK1768197SQ200480009060
公開日2006年5月3日 申請日期2004年2月23日 優先權日2003年4月7日
發明者K·蘇特, A·勞 申請人:羅伯特·博世有限公司