专利名称：用于触发电容性负载的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于触发电容性负 载尤其用于触发用于内燃机喷射阀的压电执行器的方法。此外，本发 明涉及一种用于实施这样的触发方法的装置。
背景技术：
所述方法和装置比如从DE 199 44 733 A1、DE 198 14 594 Al及DE199 52 950 Al中得到公开。在实际实现所述执行机构时，尤其压电元件(简称压电执行器)证实 十分有利。所述压电元件通常组合成压电陶瓷片的堆垛，通过并联电 路来运行所述压电陶资片，以便能够达到对足够的升程来说所必需的 电场强度。在触发电容性负栽比如用于操纵喷射阀的压电执行器时，也就是 说在借助于负载电流对电容性负栽进行充电和放电时，对触发电子装 置提出很高的要求。借助于压电执行器来操纵的喷射阀在内燃机中用 于将燃料(比如汽油、柴油等)喷入燃烧室中。在此，对阀的精确的 和可再现的打开和关闭并且由此也对触发电子装置提出了很高的要 求。因此在此必须提供处于高达数百伏的范围内的电压，并且短时间 提供IO安培以上的用于充电及放电的负载电流。在大多数情况下在几 分之一毫秒内进行触发。与此同时，应该在这些充电过程和放电过程 中尽可能有控制地向所述执行机构输送电流和电压。从DE 199 44 733 Al中公开了 一种用于触发压电执行器的电路装 置，其中由充电电容通过变压器对执行器进行充电。此外，用脉宽调 制的控制信号来触发布置在该变压器的初级側上的充电开关。所述充(Ene:giepaket)。已知的装置^于"双向闭曰塞转换器"的原理，并且 能够在压电执行器充电和放电时对能量部分进行精确计量。在DE 198 14 594 Al中公开了 一种用于对一个唯一的压电元件进 行充电和放电的电路装置。这种公开的触发电路基于半桥式输出级， 该半桥式输出级通过感应线圈(扼流團)来触发压电元件，其中这个 扼流圈首先用于对在充电时出现的充电电流以及在放电时出现的放电 电流进行限制。按节拍地进行充电和放电，也就是说在充电过程中充电开关反复 断开和闭合或者说在放电过程中放电开关反复断开和闭合。这又能够在压电执行器充电和放电时对能量部分进行精确计量。从DE 199 52 950 Al中公开了 一种用于压电执行器的触发单元， 其中所述压电执行器被构造为"Flyback变换器"的输出级所触发。在 此使用的具有变压器的Flyback变换器能够在放电时回收大部分在充 电过程中供给的电能，将其中间存放在所述变换器中并且在接下来的 充电过程中再次使用。为了对所述压电执行器进行充电，间歇性地运 行与所述变压器的初级侧串联布置的充电开关。在充电开关闭合时， 将在初级侧流动的电流与基准电流值进行比较。如杲初级电流达到基 准电流值，那就再次断开所述充电开关。这个过程多次重复，从而通 过在时间上先后相随的(次级側的)部分充电电流脉沖根据在时间上 先后相随的部分充电功率脉沖来完成每个充电过程。每个次级側的部 分充电功率脉冲的时间积分都是在所述变压器的次级侧上的能量脉 沖，该能量脉沖的数值由当前的基准电流值来确定。在第一实施方式 (图2)中，将基准电流值在充电过程中确定在恒定的数值上，从而在 次级侧上产生恒定能量的在时间上先后相随的脉冲用于对压电执行器 进行充电。在另一种实施方式(图3)中，充电过程以一个较大的能量 脉冲开始，紧随其后的是逐渐变小的能量脉冲。在另一种实施方式(图 4)中，预先给定基准电流值的基本上余弦状的变化曲线。尤其比如对内燃机的喷射阀的操纵来说，需要较快触发电容性负 栽，但此时的问题是，由于在每次充电或者说放电过程结束时的机械 谐振和/或电谐振，会出现执行器过渡振荡的危险。在触发执行器从而 在充电阶段之后跟随保持阶段并且最后跟随放电阶段时，比如会导致不连续性。通过按节^的k电ii起的充电和i电过程进行得:快，所述问题就越多。此外，许多电容性负载在实际上具有变化的大信号容量或者说非线性，这一点使得人们难以特别准确地定义能量输入或者 说能量输出的曲线走向，并且有扩大上面所提到的振荡效应或者说过 渡振荡效应并使其复杂化的趋势。如果所述电容性负载是压电堆垛， 那么除了非线性之外实际上还会出现极化损失、爬电效应等。最后， 在触发用于内燃机的喷射阀的执行器时，还会出现对其它耦合元件(比 如液压转换器、液压间隙平衡机构、杠杆、耦合杆等等)的传递功能 的影响。发明内容本发明的任务是，说明开头所述类型的一种方法和一种装置，其 中减少了被触发的负载过渡振荡的倾向。该任务用一种按权利要求1所述的方法或者说用一种按权利要求14所述的装置得到解决。从属权利要求涉及本发明优选的改进方案。按本发明，所述部分充电功率脉冲的包络线在充电过程中在开始 阶段中严格地单调上升，并且所述包络线的斜率在此单调下降。"功 率曲线"的这种开始阶段的主要特点在于， 一方面时间变化的符号和 另一方面斜率的时间变化的符号彼此相反。事实表明，所述功率曲线(包络线)的如此形成的上升侧面在按 节拍的充电过程开始时大大减小了过渡振荡的倾向。除此以外，也在 充电过程时改善了能量输入的均匀性。原则上公知的电路方案适用于在电路技术上实现所述功率曲线的 按本发明的变化曲线，其中按节拍地运行相应的输出级以产生负栽电 流。在所述输出级或者说开关转换器中，在多数情况下使用感应元件， 用于有控制地对所述电容性负载进行充电(比如Flyback变换器、 Buck-Boost变换器或者SEPIC变换器)。充电过程在此由大量单个的 部分充电过程组成，其中每个部分充电过程是朝负栽流动的部分充电 电流脉冲或者说传输给负载的部分充电功率脉冲。在按本发明运行这 样的输出级时，单个的部分充电功率脉沖的所传输的能量按上迷方式 在每个充电过程的开始阶段中变化。在一种优选的实施方式中，所述部分充电功率脉沖的包络线在充调上升。在这种情况下，所迷部^"i电功率脉沖的包纟^线在总体上(通 过起始脉沖和结束脉沖来研究)大致具有豊鱼鱼鳍的形状。由此可以进一步减少上面提到的不利的效应。这基于这一点，即而后对所迷充 电过程的结束阶段来说也存在所述包络线的时间变化曲线，其中所述所述结束阶;殳在此可以紧随充^过程的开始阶段。作;替代方案， 可以在开始阶段的末尾和结束阶段的开始之间设置另一个阶段，在该 阶段中所述包络线的斜率优选是恒定的。这样的恒定的斜率可以比如具有数值o或者相当于在开始阶段结束时的斜率的数值。在一种优选的实施方式中，为充电过程设置了十个以上的部分充 电电流脉冲(并且相应地设置十个以上的部分充电功率脉冲)。优选这些脉冲中的至少30%分摊到充电过程的开始阶段上。在设置上面提到的结束阶段时，同样这些脉冲中的至少30%分摊到这个结束阶段上。 优选所述单个的部分充电电流脉冲或者说部分充电功率脉冲经受 一个周期性的频率间隔(Raster)，也就是说在时间曲线上周期性地彼 此跟随。在一种实施方式中，通过在次级侧上在变压器上感应的部分充电充电过程-的负i电流。在:继续优选为此目的给变压器的初:侧加 载按节拍的初级电流，并且该初级电流相应地在初级电流脉沖之间大幅下降，比如基本上下降到o，或者比如下降到一个数值，该数值处于 在初级电流中先前最大电流的+/-10 %的范围内。考虑到有待减少的过渡振荡倾向，使所述包络线的斜率在充电过程的开始阶段中下降至少一个因数2，这样做证实十分有利。在 一 种优选的实施方式中，在充电过程期间在 一 个时间点达到所 述包络线的最大值，该时间点与充电过程的开始时间点之间相距充电 过程的持续时间的30%到70%。由此不仅确保在所述"功率曲线"的 最大值与充电过程的开始时间点之间存在一定的最小间距，而且确保 在其与充电过程的结束时间点之间存在一定的最小间距，由此，尤其 也在为结束阶段设置包络线的变化曲线并且在该变化曲线上在包络线以避免极快地上升到最大值或者说在最大值之后极快地下降:口 p在实际上经常期望调节总充电能量，也就是调节在充电过程中输 入负载中的能量。在本发明中，为此两种方案证实特别有利。 一方面7可以规定，所述包络线的在充电过程中所达到的最大值的数值按运行 条件可以变化。另一方面，作为替代方案或附加方案，特定的时间点 可以按运行条件而变化，在充电过程中在该时间点达到包络线的最大 值。在两种情况下，都可以例如在充电过程的开始阶段结束时达到所 述包络线的最大值。比如可以基本上按指数形式来设置在充电过程的开始阶段中所述 包络线的按本发明设置的特殊的上升。这样的基本上指数形式的变化 曲线也适合于实现充电过程的上述结束阶段(但而后下降取代上升)。 在一种实施方式中，所述包络线不仅在充电过程的开始阶段中而且在 充电过程的结束阶段中都具有基本上指数形式的变化曲线。就象下文 还要解释的一样，所述包络线的指数形式的部分变化曲线具有在实际上可在电路技术上简单实现的优点。在本发明的一种改进方案中，通过时间上先后相随的部分放电电程，、其中所述部分放电口功率脉;的包络线在放电过程中在开始阶段中 严格地单调下降并且所述包络线的斜率在此单调上升。这意味着，所述放电过程的开始阶段具有 一种相应于充电过程的 开始阶段的质量(所述功率曲线的变化曲线)，也就是说所述包络线 在数值方面严格单调上升，并且同时斜率在数值方面是下降的。显而 易见，通过本发明的这种改进方案，也可以将为充电过程所说明的优 点转换到放电阶段上，因为负载的放电在一定程度上就是与充电相反 (颠倒)的过程。但在实际上，充电过程或者说非连续性或者说振荡 的减少在充电过程中以及紧接在充电过程之后经常具有重要意义。比 如在所述电容性负载是内燃机喷射阀的执行器时，情况就是如此。在 这种情况下，如果在喷射量调节的框架内应该查明(比如探测)喷射 阀升程的实际变化曲线尤其应该查明达到全开的时间点以及喷射阀闭 合过程的开始时间点(在保持阶段结束时)，那么比如在充电阶段之 后(因此比如在所述执行器的一个持续时间或长或短的保持阶段中) 执行器的过渡振荡就很成问题。尤其在保持阶段中执行器升程的振荡 会显著消弱一种这样的实际值检测的说服力。与此相对，实际上在放 电过程结束时的过渡振荡则起着次要作用，因为在这个时间点喷射阀 关闭并且也在执行器升程的过渡振荡(具有不太大的振幅)时保持关闭。换句话说，当前执行器升程或者说喷射阀升程(或者说在伺服阀 时的控制阀升程)越大，在受执行器操纵的燃料喷射阀上不可控制的 或者说不可精确定义的振荡就越成问题。因此，尽管在负载触发时的放电过程在喷射阀执行器触发的特殊 情况下不太重要，所有上面为充电过程所说明的实施方式或者说改进 方案也完全可以普遍地转换到放电过程，以便进一步改进触发。所述部分放电功率脉沖的包络线在一定程度上基本上是所述部分 充电功率脉冲的包络线的"点对称的版本"，其中(在考虑"在放电时的相反符号"的情况下)可以实现所有在权利要求2到11中所说明 的改进方案。因此，比如所述部分放电功率脉冲的包络线在放电过程中在结束权利要求2)。 ' 、'。-、》《 多本发明的一种特别优选的应用方案就是用于内燃机喷射阀的压电 执行器的触发，尤其以一个包括多次单个喷射过程的喷射序列在一个 喷射间隔期间用燃料喷射进行这种触发。"喷射间隔"这个概念在此 表示在内燃机的"周期性"运行中的时间间隔，在该时间间隔中应该 向燃烧室输送燃料。在这个喷射间隔中，可以比如进行一次或多次主喷射(在传统结构的内燃机上，比如在o。上死点的曲柄转角上)，相反，可以在所迷主喷射之前或者之后明显地进行一次或多次必要时设置的预喷射和/或补充喷射。所述预喷射和补充喷射的另一个典型特征 是其单次喷射量的最大值与主喷射相比要小得多。这又使得在主喷射时喷射阀打开持续时间(喷射持续时间)的最大值在典型情况下与预 喷射及补充喷射相比要大得多。在喷射间隔中喷入的燃料量的精度可 以用本发明得到根本改进。用本发明比如可以减少阀门传动机构的振荡倾向，这本身就已提高燃料计量的精度。在喷射量调节时，检测在额定燃料喷射量和实际 燃料喷射量之间的偏差并且在触发接下来的喷射时为接下来的喷射考 虑这种偏差，将本发明与这种喷射量调节结合使用，由此提供另一个 优点，也就是具有更加精确地检测实际燃料喷射量的趋势，这在最后 进一步提高了燃料计量的精度。优选的用于实施按本发明的方法的装置包括用于在充电过程中对依赖于时间的部分充电能量设定值进行预先设定的机构以及用于产生 负栽电流的部分充电功率脉冲的输出级，所述部分充电功率脉冲的能 量分别相当于当前预先设定的部分充电能量设定值。按照一种优选的方案，在所述输出级中至少在充电过程中向感应线圏加栽电流，在此可以使该电流在最小值(比如至少接近于0)和最大值之间(比如周期性地)往复摆动，其中所迷依赖于时间预先设定 的部分充电能量设定值相当于最大电流。这意味着，随着每次给感应 线圏通上电流，在该感应线圈中都保存一些能量，该能量与最大电流 值的平方成比例。这种在感应线圈中中间存放的能量按照该方案而后 直接或间接(通过感应耦合的第二感应线圏)并且通过平滑的输出滤 波器急变为电容性负载。所述部分充电能量设定值或者说最大电流值 的按本发明的时间变化曲线(比如指数形式的)而后能够实现所述负 载的功率加载，该功率加载的变化曲线具有所期望的形状(比如也为 指数形式的)。在此所使用的输出级可以以多种方式实现。本领域的技术人员普 遍熟悉合适的电路方案。在一种实施方式中，所述输出级比如构造为高低设置器(Hoch-undTiefsetzsteller) ( Buck-Boost变换器)。在此，充电开关和放电开关可以作为半桥布置在供电电源的接头之间，用于 在处于所述开关之间的分接头上调节负载触发电压，该负载触发电压 比如通过限流部件(比如扼流圈)向所述电容性负载加载负荷。在使 用用于充电开关和放电开关的半导体开关时，这些半导体开关比如构 造为功率MOS-场效应晶体管(MOSFET)或者构造为绝缘栅双极晶 体管(IGBT)。而后由一个控制单元向这些半导体开关的控制接头加 载合适的控制信号，使得所述部分充电功率脉沖的包络线(以及必要 时部分放电功率脉冲的包络线)具有上文所描述的特殊形状。如果充电过程的包络线和/或放电过程的包络线应该具有指数形式 延伸的区#更，那么该区f殳可以以电路4支术上特别简单的方式通过以下 方法实现，即所述用于预先设定依赖于时间的部分充电能量值的机构 包括用设定电压加载的RC环节。
下面借助于实施例根据附图对本发明进行详细解释。其中 图1是用于触发压电执行器的装置的方框图，线的示意图，图3是多个充电及放电过程的时间变化曲线的示意图，其中不仅 示出所述压电执行器的功率脉沖的包络线(图3上)，而且示出所述 压电执行器的由此产生的升程(图3下)，图4a是在传统的执行器触发时执行器升程的时间变化曲线的示意图，示意图，图5a是用于借助于在充电过程的开始阶段和结束阶段之间的转换 时间点的变化对总充电能量的变化进行说明的示意图，图5b是用于借助于在充电过程中所述包络线的最大值的数值的变 化对总充电能量的变化进行说明的示意图，图6是用于对在电路技术上简单地产生指数变化曲线进行说明的 原理电路图，其可以用于形成充电或者说放电曲线。
具体实施方式
图1示出了用于触发压电执行器P的电路10的方框图，所述压电 执行器P与该电路10的输出级14相连接。所述输出级14提供用于对 压电执4亍器P进4亍充电或者说放电的电流Ip。所述输出级14可以构造为传统的开关转换器或者说构造为 Buck-Boost变换器、Flyback变换器或者构造为SEPIC变换器，并且 依赖于控制信号S(比如一个或者多个控制电压)来提供电流，该控制 信号由所述电路10的控制单元12在触发设定值的基础上并且在考虑 测量参量的情况下发出，所迷测量参量在所述输出级14的范围内和/ 或在所述压电执行器P的范围内求出(比如压电电压Up和/或压电电 流Ip )。所述电路IO形成所谓的用于内燃机的发动机控制仪的一部分，并 且用于触发燃料喷射装置的多个压电执行器。为使示意图简洁起见， 在图1中仅仅示出其中一个通过充电和放电来触发的压电执行器P。可 以以公知的方式，用输出级或者说输出级的所谓的"库(Bank)"来 触发多个喷射器，比如通过将选择开关布置在处于输出级和单个的压 电执行器P之间的线路连接中这种方式来进行。为产生喷射，所述电输出级14必须给相关喷射器的压电执行器P 充电(充电过程)，随后将电荷在执行器中保留一个确定的时间(保 持阶段)，并且而后使该执行器放电(放电过程)。在所示出的实施 例中，借助于未示出的选择开关选出的执行器的负的执行器极("低 侧(Lowside)")的电位在喷射过程中保持在地电位GND上，而与 此相反，正的执行器极("高侧(Highside)")在充电过程和放电过 程中则具有变化的电位。在典型情况下，所述正的执行器极在充电过 程中相对于负的执行器极置于一个比如150伏的电压上。随之产生的 压电陶瓷的延长在多数情况下没有直接用于操纵真正的燃料喷射阀， 而是作用于所谓的控制阀，通过该控制阀可以改变在喷射阀本体(喷 嘴针)区域中的液压压力比，以便能够用液压方式通过输送给喷射器 的燃料的庄力来操纵这个喷射阀本体(伺服原理)。为减少有害物质及发动机噪声并且为扩大发动机功率，期望所述 喷射器不仅能够将很小的精确计量的燃料喷射量喷入相关内燃机的燃 烧室中，而且能够将很大的燃料喷射量喷入相关内燃机的燃烧室中， 而且在经过许多运行周期之后也还能做到这一点。此外，在多数情况 下以一个包括多次单个喷射过程(预喷射、主喷射及补充喷射)的喷 射序列喷射有待在相关的内燃机的喷射间隔中喷射的燃料。在实际上所要求的窄的数量公差最好可以借助于封闭的调节回路 来实现，其中比如借助于合适的传感器来间接地测量喷射量并且相应 地调整用于下次喷射的控制参数。控制单元12如此使所述输出级14按节拍地运行，使得每次充电过程所组成。由此产生的高的频率允许;所述输出级1^4的区i中使用小的且^f更宜的哑元(Blindelemente )。图2表明部分充电功率脉冲pl、 p2、…pn的时间先后顺序，这些 部分充电功率脉沖在总体上(n个脉沖)产生一条充电功率变化曲线， 可以最简单地通过单个的部分充电功率脉沖的包络线E来表征该充电 功率变化曲线。在所示出的实施例中，这些单个的功率脉冲或者说电 流脉冲以固定的预先设定的周期Tp彼此相随。所述充电功率脉沖pl、 p2、 ...pn的包络线E在此具有一种特殊的 形状，该形状在"转换时间点"ts前后具有两个不同的时间变化曲线阶段。在开始阶段中，所述包络线E在充电过程中严格地单调上升，其 中所述包络线E的斜率同时单调下降。这个开始阶段在ts时以一个斜 率结束，该斜率与充电过程开始时的斜率相比下降了大约因数IO。在开始阶段的结束时(在ts时)，所迷包络线E形成一个最大值， 充电过程的结束阶段紧接在该最大值后面，在该结束阶段中所述包络 线E严格地单调下降，其中所述包络线E的斜率在此同时单调上升。充电过程中的包络线E由此在总体上大致具有鲨鱼鱼鳍的形状， 其中在所示出的实施例中所述开始阶段(上升侧面)以及结束阶段(下 降侧面)分别大约由功率脉沖pl、 p2、…pn中的一半构成。通过未在图1中示出的、设置在所述输出级14的输出端上滤波器 (比如被动式低通滤波器)，在给压电执行器P通电时导致在图2中 示出的电流脉冲或者说功率脉沖在 一 定程度上变平滑，但是其中所述 可在压电执行器P上测量的"功率曲线"的包络线或者说"时间平均 功率"保持上述特性(鲨鱼鱼鳍的形状)。图3示出了所述压电执行器P在一段较长的时间上的功率加载的 时间变化曲线，在该时间里进行了两次喷射(比如喷射序列的主喷射)。 在图3的上面绘出了所述输出级功率Pp关于时间t的时间变化曲线(包 络线E),而与此相反在图3的下面则绘出所述压电执行器P的由此 产生的依赖于时间t的升程s。第一次单个喷射通过功率脉沖序列在选择参照图2所描述的类型 的包络线E的情况下进行初始化。在由控制单元12预先确定的持续时 间(保持阶段)之后，所述执行器P以所述部分放电功率脉沖的包络 线按节拍地进行放电，该包络线基本上是上述充电时的包络线E的点 对称的版本。所述充电过程、保持阶段和放电过程导致在图3下面所 示出的执行器升程s (t)的曲线走向，在所示出的时间里还第二次产 生所述执行器升程s (t)。鱼鳍形状"这种方式:有利地在执:器;程s (t)中减:卜由按节拍的触发原理引起的振荡倾向。借助于图4a和4b,通过与在充电时功率曲 线的传统的(比如矩形的)形状的比较来简要说明这种有利的效果。 图4a筒要示出传统的脉动触发的执行器升程s (t)的时间变化曲线。由此可以看出，在这个调节参量S上不仅在上升时(充电过程)而 且在之后(保持阶段)都叠加了或大或小的振荡，该振荡不仅对喷射 的燃料计量精度产生负面影响，而且也对喷射的实际喷射量的探测精 度产生负面影响。与此相对，图4b则简要示出在充电过程及放电过程中在按本发明 用功率脉冲序列的鲨鱼鱼鳍形状的包络线触发时依赖于时间的执行器 升程s (t)。由此可以看出，尤其减少了在充电阶段(s (t)的上升) 中的不连续性以及在保持阶段(s (t)的高地)中的过渡振荡幅度，由 此尤其在使用燃料量调节时改进了燃料计量的精度。图5a和5b表明两种用于使总充电能量变化的方案，在充电过程 结束时给所述压电执行器P充入所述总充电能量。在图5a中示出的方案在于，按运行条件改变相应时间点(转换时 间点ts)，在该时间点达到所述包络线E的最大值。在这种情况下， 充电过程的开始阶段的持续时间可以变化。图5a以虛线示出第二充电 功率曲线，其中所述ts的转换时间点向后移到ts，上，并且结束阶段(下 降侧面)的开始时间相应地迟了一些。在图5a中以阴影线画出的区域 表征了总充电能量因转换时间点的这种移动而上升。如果期望，在此 可以使充电过程的总持续时间保持不变，方法是始终根据预先给定的 总持续时间来"剪切"所述功率曲线Pp(t)(在图5a中未示出)。在图5b所示的方案中，所迷包络线E的最大值的数值按运行条件 进行变化(在保持转换时间点ts的情况下)。由此，所述功率Pp的数 值不仅在充电过程的开始阶段中而且在充电过程的结束阶段中都有变 化。在图5b中在以虚线绘出的包络线的例子上表明了这一点，该包络 线的最大值增加了 一个数值APp。用阴影线画出的区域又表征了随之 出现的在充电过程结束时获得的总充电能量的增加。为保证充电过程 的总持续时间不变，在所示出的实施例中，根据预先给定的总持续时 间来剪切所述功率曲线Pp (t)。在图5a和5b中示出的、用于使总充电能量变化的方案，无论是 比如为示出在预喷射和主喷射时的不同喷射量，还是为示出不同的喷 射间隔的主喷射的不同喷射量，当然也可以彼此組合。在此优选在多 数情况下不依赖于所调节的总充电能量来保持所述包络线E的鲨鱼鱼 鳍形状。如果为了提高总充电能量将转换时间点tS往后移动并且总充电持 续时间在此保持不变，那么随便什么时候仅仅还要对充电过程的鲨鱼 鱼鳍形状的上升侧面进行扫描。由此虽然改变执行器升程曲线，这比 如会干扰对在喷射器的保持阶段中的电压传感器信号的探测。但应该 考虑的是，通常仅仅在较高的燃料压力下(比如在所谓的共轨统中 的"蓄压管压力"下)才需要较高的总充电能量(以及由此比如向后 移动的转换时间点)，在所述较高的燃料压力下本来更好地反映电压 传感器信号并且由此尽管执行器过渡振荡也经常可以对电压传感器信 号进行足够好的分析。通过这种方式，可以用可变的、会流动地变化 的电流形状或者说功率曲线在"具有上升的和下降的分支的篁鱼鱼鳍" 和"仅仅具有上升的分支的鲨鱼鱼鳍"之间扩大能量调节区域的动态 性并且同时在小的能量的情况下利用"完整的鲨鱼鱼鳍"的优点。由 此，可以^吏电流形状与刚好^f吏用的工作点的相应要求相匹配。有待在控制单元12 (图1 )的区域中确定的包络线e的侧面形状 或者说其标度(比如象在图5a和5b中所示出的一样)可以比如相应 地具有指数变化曲线。所迷包络线侧面的指数变化曲线可以以在电路技术上非常简单的 方式比如用RC环节来产生。下面参照图6对其进行解释。图6示出了用于确定信号(Uout)的电路方框图，该信号在充电 过程中具有上述包络线e的篁鱼鱼鳍形状。该电路方框图包括两个彼此并联布置的电阻Rl和R2,在这两个 电阻中分别向第一接头加载固定地预先给定的基准电压Urefl或者说 Uref2。所述电阻R1、 R2的第二接头借助于可控制的、在实践中通过 晶体管装置来实现的开关元件Sl选择性地与电容C的第一接头相连 接，该电容C的第二接头则与接地线GND相连接。在所述电容C的 第一接头上，提供信号形状Uout。在充电过程开始时，转换开关Sl处于图6所示的开关位置中。第 二基准电压Uref2比如选择为O伏(接地线GND)，使得输出电压Uout 为O伏。充电过程以开关Sl切换到相应位置中为开始，在该位置中所 述电容C通过电阻Rl与所述第一基准电压Urefl相连接。这就导致在 电容C上下降的电压Uout指数式地上升(充电过程的开始阶段)。在 上面提到的转换时间点ts，开关Sl再度复位到图6所示的开关位置中，使得在电容C中储存的电荷通过第二电阻R2回流并且通过电容C下 降的电压Uout则指数式地再度下降。由此产生输出电压Uout的上述 鲨鱼鱼鳍形状。所述指数曲线的侧面的时间常数在此由所述基准电压、 电阻及电容的值来确定。所述包络线E的上面参照图5a和5b所解释的标度在按照图6的 电路方框图中可以通过所述基准电压Urefl相应的变化(标度)或者 说通过所述开关S1的切换时间点ts的移动来实现。在一种变型方案中，对所述第二基准电压Uref2与所述第一基准电 压Urefl —起进行标度。这可以比如通过以下方法来实现，也就是将 Uref2分接在分压器上，在此向该分压器加载Urefl。比如可以如此确 定所述分压器的的大小，4吏得Uref2相当于Urefl的一'J、部分，比如大 约十分之一的Urefl。优选以低欧姆的方式或者说在为此设置的分离放 大器(或者说连接到其上面的分压器)的输出端上提供所述基准电压。如杲在图6所示的电路方框图的输出端上提供的电压Uout应该描绘出所述部分充电功率脉冲序列pl、 p2、…pn的包络线E，那么这个信号最后必须以合适的方式用于触发输出级14。这可以以简单的方式比如在包括变压器的输出级上(比如根据Flyback原理)得到实现，方法是将所述信号Uout (优选再度通过提高阻抗的分离放大器来导送)用于确定在所述变压器的初级側上的电流脉冲的包络线(比如作为在最小值和最大值之间摆动的初级电流的最大电流设定值)。所述电流脉沖的这样的初级侧的包络线的指数曲线侧面而后在次级側提供功率乐K冲的包络线的质量相当的侧面，所述功率脉沖由变压器输出并且通 过起平滑作用的输出滤波器输送给所述压电执行器p。总之，按本发明的触发提供了这样的优点，即执行器升程s(t) 的所期望的变化曲线具有较为稳定的形状，并且由此比如在喷射装置 的伺服喷射阀中的控制阀升程的所期望的变化曲线具有较为稳定的形 状。在后面那种应用领域中尤其产生以下优点-在压电执行器伸长时减少了不连续性和振荡，这一点用于更加精 确地打开控制阀、延长执行器的使用寿命并且减少喷射器噪声。-在保持阶段中减少控制阀的过渡振荡，从而能够更加容易地探测 在电流及电压中的传感器效应并且防止在喷射器的控制室中的压缩比 的干扰。-减少控制阀的过渡振荡，这就减少了干扰性的所谓的"各次喷射 之间的(shot-to-shot)"数量偏差，因为放电过程的开始没有受到保持阶段振荡的影响。-更加稳定地关闭控制阀，这用于产生更加精确的喷射量、延长执 行器的使用寿命并且减少喷射器噪声。-充电功率或者说放电功率的曲线形状在电路技术上通常可以简单 地得到实现，比如通过指数函数的组成。此外，充电功率或者说放电 功率的曲线形状可以与运行时间的当前所需要的能量相匹配，而不要 由此改变曲线形状的有利特征。-可以简单地实现的随运行时间可变的曲线形状提供了能量调节范 围的很大的动态性。由此比如可以实现模拟工作的比例阀的运行和/或 扩大可利用的执行器升程。
权利要求
1.用于触发电容性负载(P)尤其是用于内燃机喷射阀的压电执行器的方法，包括借助于负载电流(Ip)对所述电容性负载(P)进行充电或者说放电的充电过程和放电过程，其中通过在时间上先后相随的部分充电电流脉冲根据在时间上先后相随的部分充电功率脉冲(p1、p2、...pn)来完成每个充电过程，其特征在于，所述部分充电功率脉冲(p1、p2、...pn)的包络线(E)在充电过程中在开始阶段严格地单调上升并且所述包络线(E)的斜率在此单调下降。
2. 按权利要求l所述的方法，其中所述部分充电功率脉沖(pl、 p2、…pn)的包络线(E)在充电过程中在结束阶段严格地单调下降并 且所述包络线(E)的斜率在此单调上升。
3. 按权利要求1和2所述的方法，其中所述充电过程的结束阶段 紧随充电过程的开始阶段。
4. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中为充电过程设置了 10个以上的部分充电电流脉冲。
5. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过变压器次级电 流的平滑来提供所述负载电流(Ip)。
6. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在充电过程的开始 阶段中斜率下降了至少一个因数2。
7. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在充电过程中在一 个时间点(ts)达到所述包络线(E)的最大值，该时间点(ts)与充 电过程的开始时间点相距充电过程的持续时间的30%到70%。
8. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在充电过程中所述 包络线(E)的最大值的数值可以按运行条件变化，用于调节总充电能 量。
9. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中在充电过程中在一 个时间点(ts)达到所述包络线(E)的最大值，该时间点(ts)可以 按运行条件变化，用于调节总充电能量。
10. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述包络线(E) 不仅在充电过程的开始阶段中、而且在充电过程的结束阶段中都具有 基本上为指数形式的变化曲线。
11. 按前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在时间上先 后相随的部分放电电流脉冲根椐在时间上先后相随的部分放电功率脉冲来完成每个放电过程，并且其中所述部分放电功率脉冲的包络线(E) 在放电过程中在开始阶段严格地单调下降并且所述包络线(E)的斜率 在此单调上升。
12. 按前迷权利要求中任一项所述的、用于触发用于内燃机喷射 阀的压电执行器(P)的方法，其中在喷射间隔期间以包括多次单个喷 射过程的喷射序列进行燃料喷射。
13. 按前述权利要求中任一项所述的、用于触发用于内燃机喷射 阀的压电执行器(P)的方法，其中设置了喷射量调节，在喷射量调节 时检测在额定燃料喷射量和实际燃料喷射量之间的偏差并且在触发接 下来的喷射时为接下来的喷射考虑这种偏差。
14. 用于执行按权利要求l到13中任一项所述的方法的装置UO)。
15. 按权利要求14所述的装置(10),包括用于在充电过程中对 依赖于时间的部分充电能量设定值(E)进行预先设定的机构(12)以 及用于产生负载电流(Ip)的部分充电功率脉沖(pl、 p2、…pn)的 输出级(14),所述部分充电功率脉沖(pl、 p2、…pn)的能量分别 相当于当前预先设定的部分充电能量设定值(E)。
16. 按权利要求15所迷的装置(10),其中所述用于预先设定依 赖于时间的部分充电能量设定值(E)的机构(12)包括用基准电压(Urefl )加载的RC环节(Rl、 C )。
全文摘要
电容性负载尤其用于内燃机喷射阀的压电执行器的触发方法，包括借助于负载电流对所述电容性负载进行充电或者说放电的充电过程和放电过程，其中通过在时间上先后相随的部分充电电流脉冲根据在时间上先后相连的部分充电功率脉冲(p1、p2、...pn)来完成每个充电过程，为了在触发时减小被触发的负载的振荡倾向，按本发明，所述部分充电功率脉冲(p1、p2、...pn)的包络线(E)在充电过程中在开始阶段严格地单调上升并且所述包络线(E)的斜率在此单调下降。
文档编号F02D41/20GK101253319SQ200680028009
公开日2008年8月27日 申请日期2006年6月6日 优先权日2005年6月7日
发明者C·豪瑟, G·马扎恩, H·利克斯尔, K·基尔, M·克拉梅尔, W·施罗德 申请人:西门子威迪欧汽车电子股份公司