ES2238082T3 - Procedimiento y dispositivo para el control de al menos una etapa de ajuste capacitiva. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para el control de al menos una etapa de ajuste capacitiva.Info
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Abstract
EN UN PROCEDIMIENTO CONTROLADO, UN ACCIONADOR CAPACITIVO DE UNA CONEXION EN SERIE CON DOS CONDENSADORES (C1, C2) SE CARGA CON UNA TENSION DE CARGA (UC = UC1 + UC2). LA TENSION (UP SUB,IST ) APLICADA AL ACCIONADOR SE REGULA DURANTE LOS PROCESOS SUBSIGUIENTES DE CONTROL, DE ACUERDO CON UN VALOR ESPECIFICADO PREDETERMINADO (UP SOLL ). ESTE PROCESO SE REPITE PARA OTROS ACCIONADORES.
Description
Procedimiento y dispositivo para el control de al
menos una etapa de ajuste capacitiva.
La invención se refiere a un procedimiento y un
dispositivo para controlar al menos una etapa de ajuste capacitiva,
en particular una válvula de inyección de combustible accionada
piezoeléctricamente de una máquina de combustión.
Las piezoetapas de ajuste están compuestas por
múltiples capas piezocerámicas y forman una llamada "pila", que
al aplicar una tensión modifica sus dimensiones, en particular su
longitud s en una carrera ds, o bien que al ejercer una presión o
tracción mecánica genera una tensión eléctrica.
Por la DE 41 22984 A1 se conoce un equipo de
control para un elemento piezoeléctrico, en el cual tienen lugar el
control del elemento piezoeléctrico mediante los correspondientes
interruptores electrónicos con unos tiempos de carga y descarga
determinados.
En la antigua solicitud de patente alemana
19632872.1 se propuso ya un procedimiento para controlar una etapa
de ajuste capacitiva, según la cual la etapa de ajuste debe cargarse
con una tensión de carga predeterminada, hasta que la tensión medida
durante el proceso de control en la etapa de ajuste alcanza un valor
predeterminado.
Es tarea de la invención indicar un procedimiento
para la regulación de tensión durante el control de al menos una
etapa de ajuste capacitiva, incluso cuando durante el control no sea
posible una interrupción del proceso de carga. La tarea de la
invención es también lograr un dispositivo para la realización de
este procedimiento.
Esta tarea se resuelve en el marco de la
invención mediante las particularidades de la reivindicación 1.
Un ejemplo de ejecución según la invención se
describe más en detalle a continuación con referencia al dibujo
esquemático.
Se muestra en:
Figura 1 un diagrama de la tensión de la etapa de
ajuste Up en relación con la tensión de carga Uc,
Figura 2 un esquema eléctrico de un dispositivo
para el control de varias etapas de ajuste, y
Figura 3 un diagrama de flujo relativo a la forma
de funcionamiento del circuito correspondiente a la figura 2.
La invención parte de la consideración de que se
trata por lo general de variaciones debidas a la temperatura, que
presentan constantes de tiempo muy grandes en relación con la
distancia en el tiempo entre dos accionamientos de la etapa de
ajuste en una máquina de combustión, o que se trata de tolerancias
ejemplares que no se modifican. Por tanto no es necesario realizar
el propio control o regulación de la carga en el propio ciclo de
regulación (proceso de control), sino que es suficiente por completo
detectar una desviación en el proceso de control y corregir la misma
en un subsiguiente proceso de control.
La figura 1 muestra un diagrama relativo a la
relación entre la tensión de carga Uc y la tensión de la etapa de
ajuste Up, habiéndose dibujado con línea discontinua un valor de
consigna predeterminado para la etapa de ajuste Up_{soll}. En base
a este diagrama y al circuito representado en la figura 2 de un
equipo de control para varias etapas de ajuste capacitivas, se
describe a continuación el procedimiento correspondiente a la
invención.
El control de las válvulas de inyección de
combustible no representadas más en detalle n de una máquina de
combustión mediante etapas de ajuste piezoeléctricas P1 a Pn, se
realiza mediante un circuito de control ST, que es parte de un
aparato de control de motor controlado por microprocesador no
representado más en detalle.
En la figura 2 está conectada entre el polo
positivo Uc1 y el polo negativo GND de una fuente de tensión
controlable SNT, preferentemente una fuente de alimentación
conmutable, un condensador de carga C1, que puede ser considerado
como condensador de salida de la fuente de alimentación conmutable
SNT y que está cargado a su tensión de salida Uc1. En paralelo al
condensador de carga C1 está dispuesto un circuito serie compuesto
por un interruptor de carga X1 unido por el polo positivo Uc1 y que
puede ser atravesado por la corriente proveniente del mismo, y un
interruptor de descarga X2 unido con el polo negativo GND y que
puede ser atravesado por la corriente que va hacia él.
Cuando se habla de interruptores X1 y X2 se trata
de interruptores electrónicos, sólo permeables por la corriente en
una dirección, compuestos por al menos un elemento semiconductor,
preferentemente tiristores, que son controlados en cuanto a
conducción por el circuito de control.
Entre el punto de enlace del interruptor de carga
X1 y el interruptor de descarga X2 y la conexión a masa GND, se
encuentra un circuito serie compuesto por un condensador de
transferencia de carga C2, una bobina de oscilación L, una primera
etapa de ajuste P1 y un primer interruptor de potencia MOSFET T1
controlado.
Para cada siguiente etapa de ajuste, está
conectado un circuito serie compuesto por la etapa de ajuste P2 a Pn
y otro interruptor de potencia MOSFET T2 a Tn en paralelo al
circuito serie compuesto por la primera etapa de ajuste P1 y el
primer interruptor de potencia MOSFET T1.
En paralelo a los circuitos serie formados por
etapa de ajuste e interruptor de potencia MOSFET, está dispuesto un
diodo D que puede ser atravesado por la corriente desde la conexión
de masa GND hacia la bobina de oscilación L. Los interruptores de
potencia MOSFET contienen usualmente diodos de inversión, cuya
función, tal como se describirá bastante después, se utiliza durante
el funcionamiento del dispositivo correspondiente a la
invención.
Los interruptores X1, X2 y T1 a Tn, son
controlados por el circuito de control ST en función de un programa
asociado al procedimiento correspondiente a la invención, en función
de señales de control st del aparato de control del motor, por la
tensión de la etapa de ajuste Up y por la tensión Uc2 que existe
tras la descarga de la etapa de ajuste en el condensador de
transferencia de carga C2.
El procedimiento correspondiente a la invención
para el sucesivo control de varias etapas de ajuste capacitivas, se
describirá a continuación más en detalle en base al diagrama de
flujo representado en la figura 3, tomando como base el circuito
mostrado en la figura 2 para una etapa de ajuste P1: los distintos
cajetines, asignados a los correspondientes estados del proceso,
están caracterizados con números romanos.
La tensión de carga Uc(= Uc1 + Uc2), se prescribe
durante el primer proceso de control en la puesta en servicio del
vehículo como valor inicial A (estado 0). Este valor de la tensión
de carga Uc puede ser una función de la temperatura del motor: Uc =
f(T), ya que la capacidad de la etapa de ajuste puede variar
en la gama de temperaturas del motor en el factor 2.
Durante el primer proceso de control, el
condensador de transferencia de carga C2 está descargado, Uc2 = 0V
(estado I). Correspondientemente se ajusta la tensión de salida de
la fuente de tensión controlable SNT a la tensión Uc1 = Uc (valor
inicial A) (estado II).
En un estado III, en el cual la bobina de
oscilación L no tiene corriente, todos los interruptores X1, X2 y T1
a Tn no conducen (elevado ohmiaje) y todos los elementos de ajuste
P1 a Pn están descargados, debe activarse la etapa de ajuste P1 para
inyectar a través de la correspondiente válvula de inyección
combustible en el cilindro 1. Primeramente elige el circuito de
control la correspondiente etapa de ajuste - aquí P1- (estado IV),
haciendo el control que conduzca en interruptor de fuerza MOSFET T1
asociado a la misma. T1 puede permanecer conductor (bajo ohmiaje) a
lo largo de un ángulo del eje del cigüeñal KW = 720ºKW/Z (Z = nº de
cilindros), lo cual corresponde por ejemplo en motores de cuatro
cilindros a 180ºKW y en motores de 6 cilindros a 120ºKW.
Al comienzo de la inyección, que está
predeterminado por el comienzo de una señal de control st = 1
(estado V), se enciende mediante el circuito de control ST el
interruptor de carga X1 (estado VI). De esta manera se descarga la
tensión de carga Uc aplicada al circuito serie C1 + C2 durante una
oscilación semisinusoidal completa a través de la bobina de
oscilación L en la etapa de ajuste P1 y ésta abre la válvula de
inyección no representada. La fuente de tensión - la fuente de
alimentación conmutable SNT - permanece unida con el condensador de
carga C1, con lo que también introduce energía en el circuito
oscilante.
Tras la oscilación se extingue el interruptor de
carga X1 por sí mismo (estado VII), cargándose la etapa de ajuste P1
hasta una tensión para la etapa de ajuste Up_{ist}. En la figura
1 resulta un punto de intersección S entre tensión de carga U_{c}
y tensión de etapa de ajuste Up_{ist}.
El valor real Up_{ist} que resulta tras la
finalización del proceso de carga en la etapa de ajuste P1 de la
tensión de la etapa de ajuste Up, se comunica al circuito de control
ST, que lo compara con un valor de consigna Up_{soll} dibujado en
la figura 1 con línea discontinua (estados VIII y IX).
Si el valor real Up_{ist} es superior al valor
de consigna UP_{soll} (estado VIII), se determina entonces para el
siguiente proceso de control de la etapa de ajuste P1 un nuevo valor
para la tensión de carga Uc: Uc_{neu} = Uc_{alt}- DU (estado
XI). A continuación resulta en el siguiente proceso de control una
tensión más baja para la etapa de ajuste Up_{ist}. Si el valor
Up_{ist} es no obstante inferior al valor de consigna Up_{soll}
(estado IX) entonces se determina para el siguiente proceso de
control un valor nuevo, mayor, para la tensión de carga Uc:
Uc_{neu} = Uc_{alt} + DU (estado XII). Si el valor Up_{ist} es
igual al valor de consigna Up_{soll} (estado X), entonces
permanece invariable la tensión de carga Uc en el siguiente proceso
de control de la etapa de ajuste P1. El proceso de aproximación al
valor de consigna puede entonces, tal como se describe y se indica
en la figura 1 mediante flechas, realizarse incrementalmente
mediante pasos predeterminados DU, o según cualquier otro
procedimiento de aproximación.
Para descargar una etapa de ajuste P1 al final de
una señal de control st (estado XIII), se enciende el interruptor de
descarga X2 (estado XIV). El circuito de corriente de descarga se
cierra a través del diodo de inversión del interruptor de potencia
MOSFET T1. La energía acumulada en la etapa de ajuste oscila a
través de la bobina de oscilación L, retornando al condensador de
transferencia de carga C2; la energía acumulada en él puede
utilizarse para el siguiente proceso de control.
Tan pronto como la etapa de ajuste está
descargada hasta la tensión de umbral del diodo D que se encuentra
en paralelo al canal "activo", prosigue fluyendo la corriente a
través de este diodo, con lo cual se evita una carga de la etapa de
ajuste a una tensión negativa. A continuación se extingue el
interruptor de carga X2 por sí mismo (estado XV).
Para el siguiente proceso de control de la etapa
de ajuste P1, ha de cargarse el condensador de carga C1 a una
tensión Uc1 = Uc - Uc2, para lo cual se mide Uc2 (estado I). De esta
manera puede calcularse Uc1 = Uc - Uc2 (estado II). A este valor se
ajusta la fuente de alimentación conmutable SNT para el siguiente
proceso de control de la etapa de ajuste P1, y con ello se carga el
condensador de carga C1 hasta Uc1. Con los valores calculados en
este proceso de control, se realiza el siguiente proceso de control,
a partir del estado III. Los procesos de control para las otras
etapas de ajuste P2 a Pn, se corresponden con el procedimiento
descrito para la etapa de ajuste P1.
Claims (7)
1. Procedimiento para el control de al menos una
etapa de ajuste capacitiva (P), en particular de una válvula de
inyección de combustible accionada piezoeléctricamente para una
máquina de combustión,
- -
- en el cual al comienzo de un proceso de control la etapa de ajuste (P1 a Pn) se carga a través de una bobina de oscilación (L) a partir de una conexión serie de un condensador de carga (C1) y un condensador de transferencia de carga (C2) con una tensión de carga de consigna (Uc = Uc1 + Uc2) y se descarga de nuevo al final del proceso de control en el condensador de transferencia de carga (C2),
- -
- en el cual la tensión de la etapa de control (Up_{ist}) alcanzada con la tensión de carga (Uc) en la etapa de ajuste (P) se compara con una tensión de valor de consigna (Up_{soll}) predeterminada,
- -
- en el cual la tensión de carga (Uc_{neu}) para el siguiente proceso de control se determina en función de la diferencia (Up_{soll} - Up_{ist}) entre el valor de consigna (Up_{soll}) y el valor real (Up_{ist}), y
- -
- en el cual el condensador de carga (C1) para el siguiente proceso de control, se carga hasta una tensión (Uc1 = Uc_{neu} - Uc2) que se corresponde con la diferencia (Uc_{neu} - Uc2) entre esta determinada tensión de carga (Uc_{neu}) y la tensión aplicada en ese momento al condensador de transferencia de carga (Uc2).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque al comienzo del funcionamiento, para el
primer proceso de control de cada etapa de ajuste (P1 a Pn), se
prescribe un valor para la tensión de carga (Uc_{neu}).
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el valor de consigna (Uc_{neu}) para
la tensión de carga (Uc) depende de la temperatura del motor
(T).
4. Dispositivo para la realización del
procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado
porque entre el polo positivo (Uc1) y el polo
negativo (GND) de una fuente de alimentación (SNT) que puede
controlarse mediante un circuito de control (ST), está dispuesto un
condensador de carga (C1),
porque en paralelo al condensador de carga (C1)
está dispuesta una conexión serie de un interruptor de carga (X1)
unido con el polo positivo (Uc1), que puede ser atravesado por la
corriente que viene del mismo, y un interruptor de descarga (X2)
unido con el polo negativo (GND) y que puede ser atravesado por
corriente que va hacia el mismo,
porque entre el punto de unión del interruptor de
carga (X1) y el interruptor de descarga (X2) y la conexión a masa
(GND) está dispuesta una conexión serie de un condensador de
transferencia de carga (C2) unido con el interruptor de carga (X1),
una bobina de oscilación (L), una primera etapa de ajuste (P1) y un
primer interruptor de potencia MOSFET (T1) controlado,
porque para cada etapa de ajuste adicional está
conectada en paralelo una conexión serie formada por esta etapa de
ajuste (P2 a Pn) y otro interruptor de potencia MOSFET (T2 a Tn) de
la conexión serie de la primera etapa de ajuste (P1) y el primer
interruptor de potencia MOSFET (T1), y
porque en paralelo a la conexión serie de la
primera etapa de ajuste (P1) y el interruptor de potencia MOSFET
(T1) está dispuesto un diodo (D) que puede ser atravesado por la
corriente que va desde la conexión a masa (GND) hacia la bobina de
oscilación (L).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque la fuente de alimentación (SNT) que
puede controlarse mediante el circuito de control (ST) es una fuente
de alimentación conmutable.
6. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el circuito de control (ST) es una parte
de un aparato de control de motor controlado por microprocesador,
porque al circuito de control (ST) se llevan como magnitudes de
entrada señales de control (st) para controlar las etapas de ajuste,
la tensión de la etapa de ajuste (Up_{ist}) aplicada en cada caso
a la etapa de ajuste controlada (P1 a Pn) y la tensión (Uc2)
aplicada en cada caso al condensador de carga (C2), y que controla
el interruptor de carga (X1), el interruptor de descarga (X2) y los
interruptores de potencia MOSFET (T1 a Tn), según la secuencia del
procedimiento correspondiente a la figura 3.
7. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque el interruptor de carga (X1) y el
interruptor de descarga (X2) son interruptores semiconductores
controlados, electrónicos, permeables a la corriente sólo en una
dirección.
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