专利名称：用于测定一种压电元件的单独的触发电压的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测定一种压电元件的单独的触发电压的方法。
这种压电元件例如可以用于汽车喷射系统中的压电喷射器。其需要加载一个电压，该电压与该压电元件的升程成比例。通过这个升程，借助于一个液压耦合元件进行传动，来控制一个喷油阀。为了保证这种压电喷射器的所有的功能，每个工作点的触发电压，例如在汽车的一种喷射系统的情况下对于共轨柴油喷射系统中的每个压力，对每个温度以及这一类的参数必须如下选择，即打开分配阀并且在喷射循环持续期间将分配阀保持在打开位置。
对每个压电元件来说是单独的触发电压(单独的触发电压)例如在DE 100 32 022 A1公开的方法中是如下确定的，即在一个喷射过程前间接的测量液压耦合元件中的压力。通过从液压耦合元件中导入压电执行器中的压力，会推出在执行器中一个相应的压电电压。
此外还公知一种方法，其中电压在一个范围内变化，同时采集喷油量。从所采集到的喷油量中可以推得该压电元件的功能能力。
一种按时间沿着一种压电元件的电压的测量的方法和线路图来自EP 1 138 902 A1中。
在制造在共轨柴油喷射系统中使用的压电元件的时候要求，在制造这种压电共轨柴油喷射器的时候要求遵守非常严格的公差，以便获得尽可能大的批量生产量。在此具有重大意义的是压电执行器和液压装置之间的配合间隙，该液压装置例如可以是液压耦合元件的形式。因为在这种喷射器中由于成本方面的原因不能使用传感器，因此只有很少的关于压电喷射器动态性能方面的信息。
由于老化产生的压电执行器的改变，例如压电陶瓷的老化或者阀座的撞击迄今为止只能通过事先定义的特性曲线至少部分的进行补偿，该特性曲线例如可以保存在一个内燃机的控制仪器中。
本发明的目的在于以尽可能简单的技术以及尽可能合理的成本测定压电元件尤其是压电喷射器的单独的触发电压，该压电喷射器特别是用于共轨柴油喷射系统中。在此也需要关注在压电喷射器整个寿命期间中变化的单独的触发电压的动态特性。
本发明的优点本发明的任务通过具有权利要求1所述的特征的一种压电元件单独的触发电压的测定方法来解决。
本发明的基本构思是，将压电执行器以及压电陶瓷本身作为传感器来使用，通过这种方法附加的传感器就不必要了。更确切地说对压电元件在其充电过程后采集其电压降，并且从这个电压降本身推出压电元件的单独的触发电压。
在本方法的一种非常优选的方案中，紧接在充电过程后采集加在压电元件上的电压，并且紧接在紧接在充电过程的放电过程前采集压电元件上的电压，并相减，并且从这个差值推出压电元件的单独的触发电压。通过这种方法可以避免例如由于触发电压的变化引起的对单独触发电压的费事的和高成本的测定。
所述单独的触发电压在此优选从一个特性曲线中获得，该特性曲线描述了差值与单独的触发电压之间的相互关系。
该特性曲线优选通过经验基于大量的对不同压电元件的测量测定，并且可以存储在例如一个汽车的控制仪器中。
该方法另外一个非常有利的方案是，在充电过程期间反复的增加压电元件上的电压，直到紧接在充电过程后压电元件上的电压与紧按在随后的放电过程之前的压电元件上的电压没有偏差为止，并且这样所测定的电压作为单独的所需电压降。
本方法另外一种有利的方案是，对压电元件只施加一个电压，并且反复增加充电时间，直到紧接在充电过程后压电元件上的电压与紧接在紧接在充电过程的放电过程前的压电元件上的电压没有偏差为止，并且这样测定的电压作为单独的触发电压。优选采用反复的增加电压，为压电元件施加该电压，并且紧接在放电过程前对压电元件上的电压的采集在较低喷射液体压力下进行。在此电压曲线优选连续的在压电元件上采集。
本发明其它的优点以及特征以如下的附图中所示的本发明的实施例进行说明。
附图示出图1示出现有技术下公知的喷油阀的结构示意图。
图2示出按照本发明的一种压电元件在充电和放电控制时间内的电压示意图。
图3示出一种压电元件的电压变化和单独的触发电压之间的关系。
图4示出电压关于时间变化的曲线的示意图，用于描述按照本发明的另一个实施例的一种压电元件单独的触发电压采集。
具体实施例方式
图1示出现有技术下公知的带有一个中央孔的一种喷油阀1的示意图。在上部是一个伺服活塞3，其在中央孔中设有一个压电执行器2，其中所述伺服活塞3与执行器2固定连接。伺服活塞3将一个液压耦合元件4向上封闭了，而向下设有一个带有到一个第一阀座6的连接通道的开孔，其中设置有一个带有一个阀门关闭元件12的活塞5。阀关闭元件12是双闭式控制阀结构。当执行器2处于静止阶段的时候，阀关闭元件关闭第一阀座6。在执行器2操作的时候，也就是说在给+、-接线柱施加一个触发电压Ua的时候，执行器2控制伺服活塞3并通过液压耦合元件4将带有关闭元件12的活塞5压向一个第二阀座7。在第二阀座下面在一个相应的通道中设有一个喷油嘴针阀11，其可以将在高压通道(共轨压力)13中的出口关闭或打开，各按照其靠近哪个触发电压Ua。所述高压通过要喷射的媒质，例如可以是内燃机的燃料，由一个进口9供给，通过一个进口节流阀8和一个出口节流阀10控制在喷油嘴针阀11和液压耦合元件4方向上的媒质流入量。在此液压耦合元件4一方面用于加强活塞5的升程，另一方面使控制阀脱离执行器2的静态热膨胀。耦合元件4的重新充满在此没有示出。
接下去详细描述一下该喷油阀的工作原理。在每次触发执行器2的时候，伺服活塞3在向液压耦合元件4的方向运动。其中带有关闭元件12的活塞5也在向第二阀座7的方向运动。其中通过溢流缝隙在液压耦合元件4中的一部分媒质被压出，这些媒质例如可以是燃料。在此在两次喷射之间，所述液压耦合元件4必须被重新充满，以便能保持其功能可靠性。
进口通道9中存在一个高压，该高压在共轨柴油喷射系统中例如可以达到200～2000巴。这个压力作用到喷油嘴针阀11并使其保持关闭，这样就不会有燃料流出。如果现在由于触发电压Ua使执行器2被致动，并以此使得关闭元件12向第二阀座方向移动，在高压区域中的压力消除，喷油嘴针阀11向喷油通道打开。用P1表示所谓的耦合元件压力，如其在液压耦合元件4中所测量。在耦合元件4中在没有触发电压Ua的情况下出现一个静态压力P1，其例如是高压部分压力的1/10。在执行器2卸压后耦合元件压力P1接近于0，通过重新充满压力会重新上升。
压电执行器2的长度改变通过如下方法实现，即压电执行器2在一个第一时间段Δt1内用一电流加载。该第一时间段Δt1是压电执行器2的充电过程。在这个时间段内压电执行器2会被充电至一个最高电压Umax。在另一个时间段Δt2(参见附图2)内进行压电执行器的放电过程。在一个第三时间段Δt3内，该第三时间段位于第一时间段和第二时间段两者之间，压电执行器2如一个传感器一样起作用，其中每个长度/力变化都会引起电压改变。电压在时间间隔Δt3内的时间变化曲线依赖于压电执行器2紧接在充电过程后，也就是说在时间间隔Δt1的最后端，被施以哪个电压。这会在整个测量顺序范围中确定，即电压连续的下降，直到其与紧接在放电过程前的电压逼近，该电压在图2中用URegel表示。
在一种有利的实施例中，采集在最大电压Umax和紧接在放电过程前的电压URegel之间的电压差ΔU。该电压差这样得到，所述伺服活塞3在充电电流切断后还会走完一段行程，因为压电执行器2还会继续膨胀。如果该电压差ΔU例如较大，那么分配阀在充电电流切断后必须还要走完一段行程，通过这种方法在压电执行器2的传感器范围内电压比在一个喷射器中关闭元件12通过伺服活塞3已经非常靠近第二阀座7的情况下更急剧的下降，因为执行器2还在膨胀。在这种情况下ΔU较小。
在测量序列中示出，所述电压差ΔU与喷射器的单独的所需电压降相互制约。这种压电执行器2因此需要一个单独的触发电压Ua，因为阀座直径、执行器升程、摩擦等是离散的，这会影响所需电压降。如果电压差ΔU大，那么压电执行器2的所需电压降比在小的电压差的情况下大。一种这样的喷油阀在温度变化的情况下也会有相应的表现。如果温度升高，那么所需电压降也提高，相应的电压差也提高。现在单独的触发电压Ua由如下方法测定，即测量电压差，然后在这里例如根据一个特征曲线，如附图3所示，确定单独的触发电压Ua。由此借助于一次测量，例如在喷射阀1批量生产时在扫气过程中实现喷射器单独的所需电压降的确定。
本发明的另一实施例将在下面联系附图4进行详细的描述。
在前面提到的在附图2中示出的实施例中，在充电过程结束的时候阀球12还没有到达第二阀座7。阀球12还会继续移动，压电执行器2在恒定的加载下继续膨胀，通过这种方式电压如附图2所示下降。
该方法的另一种方案规定，电压Umax连续的持续增加，直到在放电过程结束的时候不再改变。在此理想的方式是在低压下电压以小的步长增加。由此喷油量就会受到很小的影响，这样就不会干扰喷油阀1的工作。当在压电元件上的电压Umax与单独的所需电压降一致的时候，电压在时间间隔Δt3内不再改变，这样电压曲线就是附图4中示意示出的梯形形状。在这种情况下在充电过程后压电执行器2上的电压Umax就与单独的所需电压降相应，该所需电压降例如可以保存在一个控制仪器中。在放电过程后压电执行器2上的电压Umax的进一步增加在电压曲线上不再改变。现在从所需电压降可以例如通过一个特征曲线测定单独的触发电压，该触发电压例如由于能量方面的原因被定义的比较小。
在另一个实施例中，在压电执行器上的电压Umax保持恒定，而充电时间，也就是时间间隔Δt1的大小改变，这也就是说特别是步进的增加，以便测定电压的特征点，也就是测定电压，其中在充电过程后在压电执行器2上的电压在时间间隔Δt3内按照经验不再改变。
按照本发明的方法的所有所述的实施例，其优点是，所述单独的触发电压Ua不需要附加的传感器就能测定，此外对于在运行期间喷油阀1的动态特性也有这样的结论，因为例如当喷油阀在特征点运行的时候，即当在放电过程后在压电执行器2上的电压Umax不再改变的时候，可以保证阀球12已经到达第二阀座7。
权利要求
1.用于测定一种压电元件触发电压的方法，其特征为，采集在一个充电过程后在压电元件上的电压降，并且从这个电压降推出压电元件的触发电压。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，紧接在放电过程后采集压电元件上的电压，并且紧接在随后的放电过程之前采集压电元件上的电压，并将其相减，从这个差值推出所述压电元件的单独的触发电压。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征为，所述单独的触发电压从一个特征曲线获得，该特征曲线描述该电压差与单独的触发电压之间的关系。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征为，所述特征曲线是根据经验基于大量的对不同的执行器的测量测定的。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征为，将在充电过程期间在所述压电元件上的电压反复的增加，直到在所述压电元件上紧接在充电过程后的电压与压电元件上紧接在随后的放电过程之前的电压没有偏差，这样测定的电压被看作是单独的所需电压降，从这个电压可推得压电元件的单独的触发电压。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征为，反复增加施加到压电元件的电压，并且对在压电元件上的电压的采集在所喷射液体处于低压的情况下进行。
7.按照权利要求5或6所述的方法，其特征为，所述压电元件上电压曲线是连续的采集的。
8.按照权利要求5到8中任一项所述的方法，其特征为，代替反复增加施加前所述压电元件上的电压的是，对压电元件只施加一个电压，其中反复的增加充电时间，直到在所述压电元件上紧接在充电过程后的电压与压电元件上紧接在随后的放电过程之前的电压没有偏差。
全文摘要
一种用于测定一种压电元件触发电压的方法，其特征为，在一个充电过程后采集所述压电元件上的电压降，并从这个电压降推得压电元件的触发电压。
文档编号H02N2/06GK1768197SQ200480009060
公开日2006年5月3日 申请日期2004年2月23日 优先权日2003年4月7日
发明者K·苏特, A·劳 申请人:罗伯特·博世有限公司