ES2292387T3 - DETERMINATION OF THE TEMPERATURE OF A PIEZOELECTRIC ELEMENT, AND ITS USE TO CORRECT THE COMMAND TENTION. - Google Patents

Abstract

Sistema de inyección de combustible con un elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) para controlar la cantidad de combustible inyectado, mediante cargar y/o descargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), donde el sistema de inyección de combustible comprende una unidad de control (D) que fija una tensión de activación para cargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) en función de la temperatura del elemento piezoeléctrico concreto (10, 20, 30, 40, 50 o 60), caracterizado porque la unidad de control (D) determina la temperatura del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) utilizando una eficiencia de pérdida del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), donde la eficiencia de pérdida puede expresarse como 1 - W1 / W2, donde W2 es una energía necesaria para cargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) y W1 es una energía que puede recuperarse durante la descarga del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50o 60).Fuel injection system with a piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) to control the amount of fuel injected, by loading and / or unloading the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), where the fuel injection system comprises a control unit (D) that sets an activation voltage to charge the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) depending on the temperature of the piezoelectric element concrete (10, 20, 30, 40, 50 or 60), characterized in that the control unit (D) determines the temperature of the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) using an element loss efficiency piezoelectric (10, 20, 30, 40, 50 or 60), where the loss efficiency can be expressed as 1 - W1 / W2, where W2 is a necessary energy to charge the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) and W1 is an energy that can be recovered during the discharge of the piezoelectric element (10, 20 , 30, 40, 50 or 60).

Description

Determinación de la temperatura de un elemento piezoeléctrico, y su utilización para corregir la tensión de mando.Determination of the temperature of an element piezoelectric, and its use to correct the voltage of I send.

La presente invención se refiere a un aparato como el definido en el preámbulo de la reivindicación 1, y a un método como el definido en el preámbulo de la reivindicación 4, es decir a un método y a un aparato para cargar un elemento piezoeléctrico.The present invention relates to an apparatus as defined in the preamble of claim 1, and to a method as defined in the preamble of claim 4, is tell a method and device to load an item piezoelectric.

Considerados de forma más detallada, los elementos piezoeléctricos que nos ocupan son en concreto, pero no exclusivamente, elementos piezoeléctricos utilizados como accionadores. Los elementos piezoeléctricos pueden ser utilizados para tales propósitos debido a que, como es sabido, poseen la propiedad de contraerse y expandirse en función de la tensión que se les aplica, o que se produce en su interior.Considered in more detail, the Piezoelectric elements that concern us are specifically, but not exclusively, piezoelectric elements used as actuators Piezoelectric elements can be used for such purposes because, as is known, they possess the property of contracting and expanding depending on the tension that they are applied, or that is produced inside.

Se ha demostrado que la implementación práctica de accionadores que utilizan elementos piezoeléctricos es ventajosa, en concreto si el accionador en cuestión tiene que llevar a cabo movimientos rápidos y/o frecuentes.It has been shown that practical implementation of actuators that use piezoelectric elements is advantageous, in particular if the actuator in question has to carry out fast and / or frequent movements.

Los sistemas de inyección de combustible que utilizan elementos piezoeléctricos como accionadores, están caracterizados por el hecho de que, en una primera aproximación, los accionadores piezoeléctricos exhiben una relación proporcional entre la tensión aplicada y la expansión lineal. El uso de los elementos piezoeléctricos como accionadores se ha demostrado ventajoso, entre otros usos, en las boquillas de inyección de combustible para motores de combustión interna. Se hace ahora referencia, por ejemplo, a los documentos EP 0 371 469 B1 y EP 0 379 182 B1, relativos a la utilidad de los elementos piezoeléctricos en las boquillas de inyección de combustible.Fuel injection systems that they use piezoelectric elements as actuators, they are characterized by the fact that, in a first approximation, piezoelectric actuators exhibit a proportional relationship between the applied voltage and the linear expansion. The use of piezoelectric elements as actuators has been demonstrated advantageous, among other uses, in the injection nozzles of Fuel for internal combustion engines. It's done now reference, for example, to documents EP 0 371 469 B1 and EP 0 379 182 B1, related to the utility of piezoelectric elements in the fuel injection nozzles.

Los elementos piezoeléctricos son elementos capacitivos que, como se ha mencionado en parte arriba, se contraen y expanden de acuerdo con el estado de carga concreto o la tensión que se produce en estos, o que les es aplicada. En el ejemplo de una boquilla de inyección de combustible, la expansión y contracción de los elementos piezoeléctricos se utiliza para controlar válvulas que manejan los recorridos lineales de las agujas de inyección. Las aplicaciones alemanas DE 197 42 073 A1 y DE 197 29 844 A1, revelan elementos piezoeléctricos de doble efecto, doble asiento, para controlar las agujas de inyección en un sistema de inyección de combustible.Piezoelectric elements are elements. capacitive that, as mentioned in part above, contracts and expand according to the state of concrete load or tension that occurs in these, or that is applied to them. In the example of a fuel injection nozzle, expansion and contraction of the piezoelectric elements is used to control valves that handle the linear paths of the injection needles. The German applications DE 197 42 073 A1 and DE 197 29 844 A1, reveal double acting piezoelectric elements, double seat, for control the injection needles in an injection system fuel.

En una boquilla de inyección de combustible, por ejemplo implementada como una válvula de doble efecto, doble asiento, al objeto de controlar la carrera lineal una aguja para la inyección de combustible en un cilindro de un motor de combustión interna, la cantidad de combustible inyectado en un correspondiente cilindro es función del tiempo durante el que la válvula está abierta y, en caso de usarse un elemento piezoeléctrico, de la tensión de activación aplicada al elemento piezoeléctrico. Si el macho de la válvula está localizado en uno de los dos asientos de la válvula de control de doble efecto, la válvula permanece cerrada o se cierra. Si el macho de la válvula está en una posición intermedia entre los asientos, entonces la válvula sigue abierta o se abre. El objetivo es conseguir un volumen de inyección de combustible deseado, con alta precisión, especialmente en volúmenes pequeños de inyección, por ejemplo durante la pre-inyección.In a fuel injection nozzle, for example implemented as a double acting double valve seat, in order to control the linear stroke a needle for the fuel injection in a cylinder of a combustion engine internal, the amount of fuel injected into a corresponding cylinder is a function of the time during which the valve is open and, if a piezoelectric element is used, of the activation voltage applied to the piezoelectric element. If he valve male is located in one of the two seats of double acting control valve, the valve remains closed or it closes. If the valve male is in a position intermediate between the seats, then the valve is still open or it opens. The goal is to achieve an injection volume of desired fuel, with high precision, especially in volumes small injection, for example during pre-injection

En el ejemplo de una válvula de control de doble efecto, el elemento piezoeléctrico será expandido o contraído mediante el efecto de una tensión de activación aplicada a los elementos piezoeléctricos, de forma que un correspondiente macho controlado de válvula, se posiciona a medio camino entre los dos asientos de la válvula de control de doble efecto, al objeto de posicionar la correspondiente válvula de inyección para un máximo flujo de combustible durante un período de tiempo predeterminado. Se ha demostrado que es difícil determinar y aplicar una tensión de activación con precisión suficiente para que, por ejemplo, un correspondiente macho de válvula sea posicionado con precisión para un flujo de combustible máximo.In the example of a double control valve effect, the piezoelectric element will be expanded or contracted through the effect of an activation voltage applied to the piezoelectric elements, so that a corresponding male controlled valve, is positioned midway between the two double-acting control valve seats, in order to position the corresponding injection valve for maximum fuel flow for a predetermined period of time. Be has shown that it is difficult to determine and apply a voltage of activation with sufficient accuracy so that, for example, a corresponding valve male be positioned precisely for a maximum fuel flow.

Más en concreto, se ha encontrado que ha que tenerse en cuenta un efecto de histéresis dependiente de la temperatura, para posicionar de forma precisa el macho de la válvula. Por ejemplo, a diferentes temperaturas el elemento piezoeléctrico posee carreras diferentes a tensiones diferentes, dependiendo de si la tensión la activación se alcanza desde una tensión inferior o desde una tensión superior. Si este efecto no se tiene en cuenta, la posición de la válvula de control y la operación de inyección de combustible se llevarían a cabo con precisión reducida. Adicionalmente, cuando la temperatura del elemento piezoeléctrico alcanza extremos máximos o mínimos, se hacen menos eficaces ciertas formas de medir la temperatura del elemento piezoeléctrico, y de compensar su correspondiente dependencia de la temperatura.More specifically, it has been found that a hysteresis effect dependent on the temperature, to precisely position the male of the valve. For example, at different temperatures the element Piezo has different strokes at different voltages, depending on whether the activation voltage is reached from a lower voltage or from a higher voltage. If this effect is not takes into account the position of the control valve and the fuel injection operation would be carried out with reduced accuracy Additionally, when the temperature of piezoelectric element reaches maximum or minimum extremes, it they make certain ways of measuring the temperature of the piezoelectric element, and offset its corresponding temperature dependence

No obstante, a menudo es difícil medir directamente la temperatura del elemento piezoeléctrico, cuando se utiliza como accionador del inyector de combustible. Por lo tanto, como alternativa puede utilizarse la eficiencia de pérdida del elemento piezoeléctrico para determinar la temperatura del elemento piezoeléctrico sin necesidad de medirla directamente. Esto permite estimar con gran precisión la temperatura del elemento piezoeléctrico, que se corresponde con un incremento en la precisión del posicionamiento de la válvula de control.However, it is often difficult to measure directly the temperature of the piezoelectric element, when used as fuel injector actuator. Thus, alternatively the efficiency of loss of the piezoelectric element to determine the temperature of the element piezoelectric without the need to measure it directly. This allows estimate with great precision the temperature of the element piezoelectric, which corresponds to an increase in the positioning accuracy of the control valve.

El documento DE 197 23 932 C1 revela un método para controlar un elemento piezoeléctrico, en el que se transfiere al elemento piezoeléctrico una cantidad de energía durante la carga. La cantidad de energía se calcula en función de la tensión a través del elemento piezoeléctrico, y la cantidad de carga transferida al elemento piezoeléctrico. La tensión de carga para un subsiguiente ciclo de carga, se determina en función de la diferencia entre la energía realmente transferida y el valor de un punto de ajuste para la energía a ser transferida al elemento piezoeléctrico.Document DE 197 23 932 C1 discloses a method to control a piezoelectric element, in which it is transferred to the piezoelectric element an amount of energy during charging. The amount of energy is calculated based on the voltage across of the piezoelectric element, and the amount of charge transferred to the piezoelectric element. Load voltage for a subsequent charge cycle, is determined based on the difference between the really transferred energy and the value of a set point for the energy to be transferred to the piezoelectric element.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención desarrollar el aparato según se define en el preámbulo de la reivindicación 1, y el método según se define en el preámbulo de la reivindicación 2, de tal forma que se fije un nivel de tensión de activación para un elemento piezoeléctrico, con la precisión suficiente para, por ejemplo, posicionar con exactitud un macho de válvula para un flujo máximo de combustible. El elemento piezoeléctrico concreto puede ser uno de entre varios elementos piezoeléctricos utilizados como accionadores en un sistema tal como, por ejemplo, un sistema de inyección de combustible.Therefore, it is an objective of the present invention develop the apparatus as defined in the preamble of claim 1, and the method as defined in the preamble of claim 2, such that a voltage level is set of activation for a piezoelectric element, with precision enough to, for example, accurately position a male of valve for maximum fuel flow. The element concrete piezoelectric can be one of several elements piezoelectric devices used as actuators in such a system such as a fuel injection system.

De acuerdo con la presente invención, este objetivo se consigue mediante las características reivindicadas en la parte caracterizadora la reivindicación 1 (aparato) y en la parte caracterizada de la reivindicación 2 (método).In accordance with the present invention, this objective is achieved by the characteristics claimed in the characterizing part of claim 1 (apparatus) and in the part characterized in claim 2 (method).

Así, esta invención sirve para compensar los efectos de la histéresis de temperatura de los elementos piezoeléctricos. Una ventaja resultante es que, considerando estos efectos, el recorrido máximo del elemento piezoeléctrico puede estimarse con una precisión considerablemente mayor, de forma que la tensión de mando podría ajustarse en correspondencia.Thus, this invention serves to compensate for effects of temperature hysteresis of the elements piezoelectric A resulting advantage is that, considering these effects, the maximum path of the piezoelectric element can be estimated with considerably greater precision, so that the control voltage could be adjusted accordingly.

Otras ventajas de la presente invención son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes, la descripción que sigue, y las realizaciones ejemplares representadas en los dibujos, en los que:Other advantages of the present invention are evident from the dependent claims, the description that follows, and exemplary embodiments represented in the drawings, in which:

la figura 1 muestra un gráfico que describe la relación entre la tensión de activación y el volumen de combustible inyectado en un período de tiempo fijo, por ejemplo en una válvula de control de doble efecto;Figure 1 shows a graph describing the relationship between activation voltage and fuel volume injected over a fixed period of time, for example in a valve double acting control;

la figura 2 muestra un perfil esquemático de la carrera de una válvula de control a modo de ejemplo, y una correspondiente elevación de aguja de la boquilla para el ejemplo de una válvula de control de doble efecto;Figure 2 shows a schematic profile of the stroke of an exemplary control valve, and a corresponding nozzle needle elevation for the example of a double acting control valve;

la figura 3 muestra un diagrama de bloques de una realización a modo de ejemplo, de una disposición en la que puede implementarse la presente invención;Figure 3 shows a block diagram of an exemplary embodiment of an arrangement in which the present invention can be implemented;

la figura 4a muestra una descripción para explicar las condiciones que se produce durante una primera fase de carga (conmutador de carga 220 cerrado), en el circuito de la figura 3;Figure 4a shows a description for explain the conditions that occur during a first phase of load (load switch 220 closed), in the circuit of the figure 3;

la figura 4b muestra una descripción para explicar las condiciones que se produce durante una segunda fase de carga (conmutador de carga 220 abierto de nuevo), en el circuito de la figura 3;Figure 4b shows a description for explain the conditions that occur during a second phase of load (load switch 220 open again), in the circuit figure 3;

la figura 4c muestra una descripción para explicar las condiciones que se produce durante una primera fase de descarga (conmutador de descarga 230 abierto de nuevo), en el circuito de la figura 3;Figure 4c shows a description for explain the conditions that occur during a first phase of discharge (discharge switch 230 open again), in the circuit of figure 3;

la figura 5 muestra un diagrama de bloques de los componentes del IC de activación E, que también se muestra en la figura 3;Figure 5 shows a block diagram of the components of activation IC E, which is also shown in figure 3;

la figura 6 muestra un diagrama de bloques, de módulos de software implementados en la unidad de control D y en la IC de activación E, que se muestran también en la figura 3, así como el acoplamiento entre estos módulos, un sistema de inyección de combustible y un correspondiente motor de combustión interna;Figure 6 shows a block diagram of software modules implemented in the control unit D and in the Activation IC E, which are also shown in Figure 3, as well as the coupling between these modules, an injection system of fuel and a corresponding internal combustion engine;

la figura 7 muestra un gráfico que ilustra la expansión lineal del elemento piezoeléctrico en función de la temperatura;Figure 7 shows a graph illustrating the linear expansion of the piezoelectric element as a function of the temperature;

la figura 8 muestra un gráfico que ilustra el factor de pérdida corregido, en función de la temperatura; yFigure 8 shows a graph illustrating the corrected loss factor, depending on the temperature; Y

la figura 9 muestra un esquema de una válvula de inyección de combustible accionada por un elemento piezoeléctrico.Figure 9 shows a diagram of a valve fuel injection driven by an element piezoelectric.

La figura 9 es una representación esquemática de un sistema de inyección de combustible que utiliza como accionador un elemento piezoeléctrico 2010. En referencia a la figura 9, el elemento piezoeléctrico 2010 es excitado eléctricamente para expandirse y contraerse en respuesta a una tensión de activación dada. El elemento piezoeléctrico 2010 está acoplado a un pistón 2015. En el estado expandido, el elemento piezoeléctrico 2010 provoca que el pistón 2015 sobresalga hacia un adaptador hidráulico 2020 que contiene un fluido hidráulico, por ejemplo combustible. Como resultado de la expansión del elemento piezoeléctrico, una válvula de control de doble efecto 2025 es separada de forma hidráulica respecto del adaptador hidráulico 2020, y el macho de válvula 2035 se extiende alejándose de una primera posición cerrada 2040. La combinación de la válvula de control de doble efecto 2025 y el calibre hueco 2050, es aludida a menudo como válvula de doble efecto, doble asiento, debido a que cuando el elemento piezoeléctrico 2010 está en estado no excitado, la válvula de control de doble efecto 2025 descansa en su primera posición cerrada 2040. Por otra parte cuando el elemento piezoeléctrico 1010 está completamente extendido, descansa sobre su segunda posición cerrada 2030. La posición posterior del macho de válvula 2035 se representa esquemáticamente con líneas a trazos en la figura 9.Figure 9 is a schematic representation of a fuel injection system that uses as an actuator a piezoelectric element 2010. Referring to Figure 9, the piezoelectric element 2010 is electrically excited to expand and contract in response to an activation voltage Dadaist. The piezoelectric element 2010 is coupled to a piston 2015. In the expanded state, the piezoelectric element 2010 causes the 2015 piston to protrude towards a hydraulic adapter 2020 containing a hydraulic fluid, for example fuel. As a result of the expansion of the piezoelectric element, a 2025 double acting control valve is separated hydraulic with respect to the hydraulic adapter 2020, and the male of valve 2035 extends away from a first closed position 2040. The combination of the double-acting control valve 2025 and the 2050 hollow gauge, is often referred to as a double valve effect, double seat, because when the element piezoelectric 2010 is in non-excited state, the valve 2025 double-acting control rests in its first position closed 2040. Moreover when the piezoelectric element 1010 is fully extended, rests on its second position closed 2030. The rear position of the valve male 2035 is schematically depicted with dashed lines in figure 9.

El sistema de inyección de combustible comprende una aguja de inyección 2070 que permite la inyección de combustible, desde una línea de suministro de combustible presurizado 2060, al cilindro (no mostrado). Cuando el elemento piezoeléctrico 2010 no está excitado, o cuando está extendido por completo, la válvula de control de doble efecto 2025 permanece respectivamente en su primera posición cerrada 2040 o en su segunda posición cerrada 2030. En cada caso, la presión del carril hidráulico mantiene a la aguja de inyección 2070 en una posición cerrada. Por tanto la mezcla de combustible no entra en el cilindro (no mostrado). A la inversa, cuando el elemento piezoeléctrico 2010 está excitado de forma que la válvula de control de doble efecto 2025 está en la denominada posición intermedia con respecto al calibre hueco 2050, entonces hay una caída de presión en la línea de suministro de combustible presurizado 2060. Esta caída de presión tiene como resultado un diferencial de presión en la línea de suministro de combustible presurizado 2060, entre el tope y el fondo de la aguja de inyección 2070, de forma que la aguja de inyección 2070 se eleva permitiendo la inyección de combustible al cilindro (no mostrado).The fuel injection system comprises a 2070 injection needle that allows fuel injection,  from a 2060 pressurized fuel supply line, to cylinder (not shown). When the piezoelectric element 2010 does not is excited, or when fully extended, the valve 2025 double-acting control remains respectively in its first closed position 2040 or in its second closed position 2030. In each case, the hydraulic rail pressure maintains the 2070 injection needle in a closed position. Therefore the Fuel mixture does not enter the cylinder (not shown). To inverse, when the piezoelectric element 2010 is excited by so that the 2025 double acting control valve is in the denominated intermediate position with respect to the hollow caliber 2050, then there is a pressure drop in the supply line of 2060 pressurized fuel. This pressure drop has as result a pressure differential in the supply line of 2060 pressurized fuel, between the stop and the bottom of the needle 2070 injection, so that the 2070 injection needle rises allowing fuel injection to the cylinder (no shown).

La figura 1 muestra un gráfico que describe la relación entre la tensión de activación U y el volumen de combustible inyectado m_{e} durante un período de tiempo fijo preseleccionado, para un sistema ejemplar de inyección de combustible que utiliza elementos piezoeléctricos que actúan sobre válvulas de control de doble efecto. El eje y representa el volumen de combustible inyectado en una cámara de cilindro, durante el periodo de tiempo fijo preseleccionado. El eje x representa la tensión de activación U aplicada al correspondiente elemento piezoeléctrico, o contenida en este, utilizada para desplazar un macho de válvula, de la válvula de control de doble efecto.Figure 1 shows a graph describing the relationship between the activation voltage U and the volume of fuel injected m_ {e} for a fixed period of time preselected, for an exemplary injection system of fuel that uses piezoelectric elements that act on double acting control valves. The y axis represents the volume of fuel injected into a cylinder chamber, during preset fixed time period. The x axis represents the activation voltage U applied to the corresponding element piezoelectric, or contained therein, used to displace a valve male, double acting control valve.

En x = 0, y = 0, la tensión de activación U es cero y el macho de la válvula está asentado en una primera posición cerrada, para impedir el flujo de combustible durante el período de tiempo fijo preseleccionado. Para valores de la tensión de activación U mayores que cero, hasta el punto en el eje x indicado como U_{opt}, los valores representados de la tensión de activación U provocan el desplazamiento del macho de válvula, separándose de la primera posición cerrada y hacia la segunda posición abierta, de forma que se tiene como resultado un volumen mayor de combustible inyectado durante el período de tiempo fijo, cuando la tensión de activación se aproxima a U_{opt} hasta el valor de volumen indicado en el eje y mediante m_{e, \ max}. El punto m_{e, \ max}, que corresponde al mayor volumen de combustible inyectado durante el período de tiempo fijo, representa el valor de la tensión de activación para aplicar al elemento piezoeléctrico, o cargarlo, que tiene como resultado un desplazamiento óptimo del macho de la válvula entre los asientos de válvula primero y segundo.At x = 0, y = 0, the activation voltage U is zero and the valve male is seated in a first position closed, to prevent the flow of fuel during the period of Preset fixed time. For voltage values of U activation greater than zero, to the point on the indicated x-axis as U_ {opt}, the represented values of the voltage of activation U cause the valve male to move, separating from the first closed position and towards the second open position, so that it results in a volume increased fuel injected during the fixed time period, when the activation voltage approaches U_ {opt} until volume value indicated on the axis and by m_ {e, \ max}. He point m_ {e, \ max}, which corresponds to the largest volume of fuel injected during the fixed time period, represents the value of the activation voltage to apply to the element piezoelectric, or charge it, which results in a optimal displacement of the valve male between the seats of first and second valve.

Como se muestra en el gráfico de la figura 1, para valores de la tensión de activación mayores que U_{opt} el volumen del combustible inyectado durante el período de tiempo fijo disminuye hasta llegar a cero. Esto representa el desplazamiento del macho de válvula desde el punto óptimo, y hacia la segunda posición cerrada en la válvula de control de doble efecto, hasta que el macho de la válvula se asienta contra la segunda posición cerrada. Así, el gráfico de la figura 1 ilustra que se tiene un volumen máximo de inyección de combustible cuando la tensión de activación hace que el elemento piezoeléctrico desplace el macho de la válvula al punto óptimo.As shown in the graph in Figure 1, for activation voltage values greater than U_ {opt} the volume of fuel injected during the fixed time period Decrease to zero. This represents the displacement. of the valve male from the optimum point, and towards the second closed position on double acting control valve, up to that the valve male sits against the second position closed. Thus, the graph in Figure 1 illustrates that you have a maximum fuel injection volume when the voltage of activation causes the piezoelectric element to move the male from the valve to the optimum point.

La presente invención muestra que para un elemento piezoeléctrico, el valor para U_{opt} en cualquier momento dado está influido por las características operativas en ese momento del elemento piezoeléctrico concreto. Es decir, la cantidad de desplazamiento provocado por el elemento piezoeléctrico para cierta tensión de activación, varía en función de las características operativas del elemento piezoeléctrico concreto. Por consiguiente, para conseguir un volumen máximo de inyección de combustible, m_{e, \ max}, durante un período de tiempo fijo, dado, la tensión de activación aplicada al elemento piezoeléctrico, o que se produce en este, debe fijarse a un valor relevante para las características operativas actuales del elemento piezoeléctrico concreto, al objeto de alcanzar U_{opt}.The present invention shows that for a piezoelectric element, the value for U_ {opt} in any given moment is influenced by the operational characteristics in that moment of the concrete piezoelectric element. That is, the amount of displacement caused by the piezoelectric element for a certain activation voltage, it varies depending on the operational characteristics of the specific piezoelectric element. By consequently, to achieve a maximum injection volume of fuel, m_ {e, \ max}, for a fixed period of time, given, the activation voltage applied to the piezoelectric element, or that occurs in this, should be set at a value relevant to the current operational characteristics of the piezoelectric element concrete, in order to reach U_ {opt}.

La figura 2 muestra un doble gráfico que representa un perfil esquemático de la carrera de una válvula ejemplar de control, para ilustrar el funcionamiento discutido arriba, de la válvula de control de doble efecto. En el ciclo superior de la figura 2, el eje x representa el tiempo y el eje y representa el desplazamiento del macho de la válvula (elevación de la válvula). En el gráfico inferior de la figura 2, una vez más el eje x representa el tiempo, mientras que el eje y representa la elevación de una aguja de boquilla para proporcionar flujo de combustible, resultado de la elevación de válvula del gráfico superior. Los gráficos superior e inferior están alineados entre sí para coincidir en el tiempo, representado por los respectivos ejes x.Figure 2 shows a double graph that represents a schematic profile of the stroke of a valve control copy, to illustrate the operation discussed above, the double acting control valve. In the cycle upper of figure 2, the x axis represents time and the y axis represents the displacement of the valve male (elevation of The valve). In the lower graph of Figure 2, once again the x axis represents time, while y axis represents lifting a nozzle needle to provide flow of fuel, graph valve lift result higher. The upper and lower graphics are aligned with each other. to coincide in time, represented by the respective axes x.

Durante un ciclo de inyección, el elemento piezoeléctrico se carga teniendo como resultado una expansión del elemento piezoeléctrico, como se describirá en mayor detalle, y provocando que el correspondiente macho de la válvula se mueva desde la primera posición cerrada hasta la segunda posición cerrada, durante una carrera de pre-inyección, como se muestra en el gráfico superior de la figura 2. El gráfico inferior de la figura 2 muestra una pequeña inyección de combustible que se produce cuando el macho de la válvula se mueve entre los dos asientos de la válvula de control de doble efecto, abriendo y cerrando la válvula cuando el macho se mueve entre los asientos. En general, la carga del elemento piezoeléctrico puede llevarse a cabo en dos etapas: la primera consiste en cargarlo hasta una tensión dada y provocar que la válvula se abra, y la segunda consiste en cargarlo más y provocar que la válvula se cierre de nuevo, en la segunda posición cerrada. En general, entre las etapas puede haber cierto tiempo de retardo.During an injection cycle, the element piezo is charged resulting in an expansion of the piezoelectric element, as will be described in greater detail, and causing the corresponding valve male to move from the first closed position to the second closed position, during a pre-injection run, as shown in the upper graphic of figure 2. The lower graphic of figure 2 shows a small fuel injection that occurs when the valve male moves between the two double acting control valve seats, opening and closing the valve when the male moves between the seats. In In general, the charging of the piezoelectric element can be carried out in two stages: the first is to charge it to a voltage given and cause the valve to open, and the second consists of load it more and cause the valve to close again, in the Second closed position. In general, between the stages there may be some delay time.

Después de un período de tiempo preseleccionado se lleva a cabo una operación de descarga, como se explicará en detalle más abajo, para reducir la carga dentro del elemento piezoeléctrico de forma que se contraiga, como se describirá con mayor detalle, provocando que el macho de la válvula se separe de la segunda posición de control, y se mantenga en un punto a medio camino entre los dos asientos. Como se indica en la figura 1, la tensión de activación dentro del elemento piezoeléctrico es hasta alcanzar un valor que iguale U_{opt}, que corresponde a un punto óptimo de elevación de la válvula, y de ese modo obtener un máximo flujo de combustible, m_{e, \ max} durante el período de tiempo asignado a una inyección principal. Los gráficos superior e inferior de la figura 2 muestran el mantenimiento de la elevación de la válvula en un punto intermedio, que tiene como resultado una inyección principal de combustible.After a preselected period of time a download operation is carried out, as will be explained in detail below, to reduce the load inside the element piezoelectric so that it contracts, as will be described with greater detail, causing the valve male to separate from the second control position, and stay in a halfway point I walk between the two seats. As indicated in Figure 1, the activation voltage within the piezoelectric element is up to reach a value that equals U_ {opt}, which corresponds to a point optimal valve lift, and thereby obtain a maximum fuel flow, m_ {e, \ max} over the period of time assigned to a main injection. The upper and lower graphics  of figure 2 show the maintenance of the elevation of the valve at an intermediate point, which results in a main fuel injection.

Al término del período de tiempo de la inyección principal, el elemento piezoeléctrico se descarga hasta una tensión de activación cero, teniendo como resultado una contracción adicional del elemento piezoeléctrico, para provocar que el macho de la válvula se mueva separándose de la posición óptima, hacia la primera posición cerrada, cerrando la válvula y deteniendo el flujo de combustible, como se muestra en los gráficos superior e inferior de la figura 2. En este momento el macho de la válvula estará una vez más en posición, para repetir otro ciclo de pre-inyección e inyección principal, por ejemplo como se acaba de escribir arriba. Por supuesto puede llevarse a cabo cualquier otro ciclo de inyección.At the end of the injection time period main, the piezoelectric element is discharged to a voltage zero activation, resulting in a contraction additional piezoelectric element, to cause the male of the valve moves away from the optimal position, towards the First closed position, closing the valve and stopping the flow of fuel, as shown in the upper and lower graphs of figure 2. At this time the valve male will be a again in position, to repeat another cycle of pre-injection and main injection, for example as just written above. Of course it can take perform any other injection cycle.

La figura 3 proporciona un diagrama de bloques de una realización a modo de ejemplo, de una disposición en la que puede implementarse la presente invención.Figure 3 provides a block diagram of an exemplary embodiment, of an arrangement in which The present invention can be implemented.

En la figura 3 hay un área detallada A y un área no detallada B, cuya separación se indica mediante la línea a trazos c. El área detallada A comprende un circuito para cargar y descargar los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60. En el ejemplo que se está considerando, estos elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 son accionadores de boquillas de inyección de combustible (en concreto, en los denominados inyectores de conducto común) de un motor de combustión interna. Los elementos piezoeléctricos pueden utilizarse con estos propósitos debido a que, como es sabido y se ha discutido arriba, poseen la propiedad de contraerse o expandirse en función de una tensión que les es aplicada, o en los cuales se produce. La razón para tener seis elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 en la realización descrita, es para controlar de forma independiente seis cilindros de un motor de combustión; por consiguiente, cualquier otro número de elementos piezoeléctricos puede adecuarse a cualquier otro propósito.In figure 3 there is a detailed area A and an area not detailed B, whose separation is indicated by line a strokes c. Detailed area A comprises a circuit for charging and download the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60. In the example being considered, these piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 are injection nozzle actuators of fuel (specifically, in the so-called injectors of common duct) of an internal combustion engine. The elements piezoelectric can be used for these purposes due to which, as is known and discussed above, possess the property of contract or expand based on a tension that is applied, or in which it occurs. The reason to have six piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 in the embodiment described, is to independently control six cylinders of a combustion engine; consequently any other number of piezoelectric elements can be adapted to any other purpose.

El área no detallada R comprende una unidad de control D y una IC de activación E, mediante las cuales se controla los elementos dentro del área detallada A, así como un sistema de medida F para medir características operativas del sistema tales como, por ejemplo, la presión de combustible y la velocidad rotacional (rpm) del motor de combustión interna, para ser introducidas en, y utilizadas por, la unidad de control D de acuerdo con la presente invención, y tal como se describirá en detalle más abajo. De acuerdo con la presente invención, la unidad de control D y la IC de activación E, están programadas para controlar tensiones de activación para los elementos piezoeléctricos, en función de características operativas de cada elemento piezoeléctrico concreto.The non-detailed area R comprises a unit of control D and an activation IC E, by which it is controlled the elements within the detailed area A, as well as a system of measure F to measure operating characteristics of the system such such as fuel pressure and speed rotational (rpm) of the internal combustion engine, to be introduced in, and used by, the control unit D according  with the present invention, and as will be described in more detail down. In accordance with the present invention, the control unit D and activation IC E, are programmed to control voltages of activation for piezoelectric elements, depending on operational characteristics of each piezoelectric element concrete.

La siguiente descripción introduce en primer lugar los elementos piezoeléctricos incluidos en el área detallada A. A continuación se describe en general los procedimientos de carga y descarga de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50, 60. Finalmente se describe en detalle los formas de controlar ambos procedimientos, por medio de la unidad de control D y la IC de activación E, de acuerdo con la presente invención.The following description introduces first place the piezoelectric elements included in the detailed area A. The following describes the charging procedures in general and discharge of the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50, 60. Finally, the ways to control both are described in detail procedures, by means of the control unit D and the IC of activation E, according to the present invention.

El circuito dentro del área detallada A comprende seis elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60.The circuit within the detailed area A it comprises six piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60

Los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 están distribuidos en un primer grupo G1 y en un segundo grupo G2 que comprenden, cada uno, tres elementos piezoeléctricos (es decir, respectivos elementos piezoeléctricos 10, 20 y 30 en el primer grupo G1, y 40, 50 y 60 en el segundo grupo G2). Los grupos G1 y G2 son constituyentes de partes de circuito conectadas en paralelo entre sí. Puede utilizarse conmutadores selectores de grupo 310, 320, para establecer cual de los grupos C1, C2 de respectivos elementos piezoeléctricos 10, 20 y 30, y 40, 50 y 60 serán descargados en cada caso, mediante un aparato común de carga y descarga (no obstante, los conmutadores selectores del grupo 310, 320 carecen de sentido para procedimientos de carga, como se explica en detalle más abajo).Piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 are distributed in a first group G1 and in a second group G2 each comprising three piezoelectric elements (it is say respective piezoelectric elements 10, 20 and 30 in the first group G1, and 40, 50 and 60 in the second group G2). The groups G1 and G2 are constituents of circuit parts connected in parallel to each other. Group selector switches can be used 310, 320, to establish which of the groups C1, C2 of respective piezoelectric elements 10, 20 and 30, and 40, 50 and 60 will be discharged in each case, by means of a common charging device and discharge (however, group 310 selector switches, 320 make no sense for loading procedures, as explained in detail below).

Los conmutadores selectores de grupo 310, 320 están dispuestos entre una bobina 240 y los respectivos grupos G1 y G2 (los terminales del lado de la bobina de estos) y están implementados como transistores. Hay implementados controladores laterales 311, 321 que transforman señales de control recibidas desde la IC de activación E, en tensiones que pueden ser elegidas para cerrar y abrir los conmutadores, según sea necesario.Group Selector Switches 310, 320 are arranged between a coil 240 and the respective groups G1 and G2 (the coil side terminals of these) and are implemented as transistors. There are drivers implemented 311, 321 that transform received control signals from the activation IC E, in voltages that can be chosen to close and open the switches, as necessary.

Hay provistos diodos 315 y 325 (aludidos como diodos selectores de grupo), respectivamente provistos en paralelo con los conmutadores selectores del grupo 310, 320. Si los diodos selectores de grupo 310, 320 están implementados como MOSFETs o IGBTs, por ejemplo, estos diodos selectores de grupo 315 y 325 pueden estar constituidos por los propios diodos parásitos. Los diodos 315, 325 puentean los conmutadores de selector del grupo 310, 320 durante los procedimientos de carga. Así, la funcionalidad de los diodos selectores de grupo 310, 320 se reduce a seleccionar un grupo G1, G2 de respectivos elementos piezoeléctricos 10, 20 y 30, y 40, 50 y 60, solo para un procedimiento de descarga.Diodes 315 and 325 are provided (referred to as group selector diodes), respectively provided in parallel with the selector switches of group 310, 320. If the diodes Group selectors 310, 320 are implemented as MOSFETs or IGBTs, for example, these group selector diodes 315 and 325 They may consist of parasitic diodes themselves. The diodes 315, 325 bypass the selector switches of group 310, 320 during loading procedures. Thus, the functionality of the group selection diodes 310, 320 are reduced to select a group G1, G2 of respective piezoelectric elements 10, 20 and 30, and 40, 50 and 60, only for a download procedure.

Dentro de cada respectivo grupo G1, G2 los respectivos elementos piezoeléctricos 10, 20 y 30, y 40, 50 y 60, están dispuestos como constituyentes de ramales piezoeléctricos 110, 120 y 130 (grupo G1) y 140, 150 y 160 (grupo G2), que están conectados en paralelo. Cada ramal piezoeléctrico comprende un circuito en serie que se compone de un primer circuito en paralelo que comprende un respectivo elemento piezoeléctrico 10, 20, 30, 40, 50, 60, y un respectivo resistor 13, 23, 33, 43, 53, 63 (aludidos como transistores de ramal), y un segundo circuito en paralelo que se compone de un conmutador selector implementado como un respectivo transistor 11, 21, 31, 41, 51, 61 (aludidos como conmutadores selectores de ramal) y un respectivo diodo 12, 22, 32, 42, 52, 62 (aludidos como diodos de ramal).Within each respective group G1, G2 the respective piezoelectric elements 10, 20 and 30, and 40, 50 and 60, are arranged as constituents of piezoelectric branches 110, 120 and 130 (group G1) and 140, 150 and 160 (group G2), which are connected in parallel. Each piezo branch comprises a series circuit consisting of a first parallel circuit comprising a respective piezoelectric element 10, 20, 30, 40, 50, 60, and a respective resistor 13, 23, 33, 43, 53, 63 (referred to as branch transistors), and a second parallel circuit that It consists of a selector switch implemented as a respective transistor 11, 21, 31, 41, 51, 61 (referred to as switches branch selectors) and a respective diode 12, 22, 32, 42, 52, 62 (referred to as branch diodes).

Los respectivos resistores de ramal 13, 23, 33, 43, 53, 63, provocan que cada uno de los respectivos elemento piezoeléctrico correspondientes 10, 20, 30, 40, 50, 60, durante y después de un procedimiento de carga se descarguen continuamente ellos mismos, puesto que conectan entre sí ambos terminales de cada respectivo elemento piezoeléctrico capacitivo 10, 20, 30, 40, 50, 60. Sin embargo, los respectivos resistores de ramal 13, 23, 33, 43, 53, 63 son lo suficientemente grandes como para hacer lento este procedimiento, en comparación con los procedimientos de carga y descarga controlados, que se describe más abajo. Así, sigue siendo una suposición razonable considerar la carga de cualquier elemento piezoeléctrico 10, 20, 30, 40, 50 y 60, como invariante dentro de un tiempo relevante posterior a un procedimiento de carga (la razón para, no obstante, implementar los resistores de ramal 13, 23, 33, 43, 53 y 63 es evitar las residuales en los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 en caso de avería en el sistema o en otras situaciones excepcionales). Por consiguiente, en la siguiente descripción puede ignorarse los resistores de ramal 13, 23, 33, 43, 53 y 63.The respective branch resistors 13, 23, 33, 43, 53, 63, cause each of the respective element corresponding piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50, 60, during and after a loading procedure they are continuously unloaded themselves, since they connect each other's terminals to each other respective capacitive piezoelectric element 10, 20, 30, 40, 50, 60. However, the respective branch resistors 13, 23, 33, 43, 53, 63 are big enough to slow this procedure, compared to loading procedures and Controlled download, described below. So, still a reasonable assumption consider the burden of any item piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60, as invariant within a relevant time after a loading procedure (the reason to, however, implement branch resistors 13, 23, 33, 43, 53 and 63 is to avoid residuals in the elements piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60 in case of failure in the system or in other exceptional situations). Therefore in The following description can be ignored branch resistors 13, 23, 33, 43, 53 and 63.

Los pares conmutador selector de ramal/diodo de ramal, en los respectivos ramales piezoeléctricos individuales 110, 120, 130, 140, 150, 160, es decir el conmutador selector 11 y el diodo 12 en el ramal piezoeléctrico 110, el conmutador selector 21 y el diodo 22 en el ramal piezoeléctrico 120, etc., pueden implementarse utilizando conmutadores electrónicos (es decir transistores) con diodos parásitos, por ejemplo MOSFETs o IGTBs (como se indica arriba para los respectivos pares conmutador selector de grupo/diodo 310 y 315, 320 y 325).The branch / diode selector switch pairs of branch, in the respective individual piezoelectric branches 110, 120, 130, 140, 150, 160, ie the selector switch 11 and the diode 12 in the piezo branch 110, the selector switch 21 and diode 22 in piezo branch 120, etc., can be implemented using electronic switches (i.e. transistors) with parasitic diodes, for example MOSFETs or IGTBs (as indicated above for the respective switch pairs group / diode selector 310 and 315, 320 and 325).

Los respectivos conmutadores selectores de ramal 11, 21, 31, 41, 51, 61 pueden ser utilizados para establecer cual de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 se cargará en cada caso mediante un aparato común de carga y descarga: en cada caso, los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 que son cargados, son todos aquellos cuyos conmutadores selectores de ramal 11, 21, 31, 41, 51 o 61 que están cerrados durante el procedimiento de carga que se describe abajo. Usualmente, en cada momento solo está cerrado uno de los conmutadores selectores de ramal.The respective branch selector switches 11, 21, 31, 41, 51, 61 can be used to establish which of the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 will be charged in each case through a common loading and unloading device: in each case, the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 that are loaded, are all those whose branch selector switches 11, 21, 31, 41, 51 or 61 that are closed during the procedure of load described below. Usually, at each moment only one of the branch selector switches is closed.

Los diodos de ramal 12, 22, 32, 42, 52 y 62 sirven respectivamente para puentear los conmutadores selectores de ramal 11, 21, 31, 41, 51, 61 durante los procedimientos de descarga. De esta forma, en el ejemplo considerado para procedimientos de carga puede seleccionarse cualquier elemento piezoeléctrico individual, mientras que para procedimientos de descarga hay que seleccionar bien el primer grupo G1 o el segundo grupo G2 de respectivos elementos piezoeléctricos, 10, 20, 30, y 40, 50, 60.Branch diodes 12, 22, 32, 42, 52 and 62 they serve respectively to bypass the selector switches of branch 11, 21, 31, 41, 51, 61 during the download procedures. Thus, in the example considered for procedures of load can be selected any piezoelectric element individual, while for download procedures you have to select either the first group G1 or the second group G2 of respective piezoelectric elements, 10, 20, 30, and 40, 50, 60

Volviendo a los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, los respectivos terminales piezoeléctricos selectores de ramal 15, 25, 35, 45, 55, 65 pueden conectarse a tierra, bien a través de los respectivos conmutadores selectores de ramal 11, 21, 31, 41, 51, 61, o través de los correspondientes diodos respectivos 12, 22, 32, 42, 52, 62, y en ambos casos adicionalmente a través del resistor 300.Going back to the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, the respective piezo terminals branch selectors 15, 25, 35, 45, 55, 65 can be connected to ground, either through the respective selector switches of branch 11, 21, 31, 41, 51, 61, or through the corresponding respective diodes 12, 22, 32, 42, 52, 62, and in both cases additionally through resistor 300.

El propósito del resistor 300 es medir las corrientes que fluyen durante la carga y descarga de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, entre los respectivos terminales piezoeléctricos selectores de ramal 15, 25, 35, 55, 65, y tierra. Un conocimiento de estas corrientes, permite una carga y descarga controladas de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60. En concreto, mediante cerrar y abrir el conmutador de carga 220 y el conmutador de descarga 230 de forma dependiente de la magnitud de las corrientes, es posible fijar la corriente de carga y la corriente de descarga en valores promedio predefinidos, y/o impedir que rebasen por exceso o defecto valores máximos y/o mínimos predefinidos, como se explica en detalle más abajo.The purpose of resistor 300 is to measure the currents that flow during the loading and unloading of the elements piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60, between the respective piezoelectric terminals branch selectors 15, 25, 35, 55, 65, and earth. A knowledge of these currents, allows a load and controlled discharge of piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60. Specifically, by closing and opening the power switch load 220 and discharge switch 230 depending on the magnitude of the currents, it is possible to set the load current and the discharge current in predefined average values, and / or prevent exceeding or exceeding maximum values and / or predefined minimums, as explained in detail below.

En el ejemplo considerado, la propia medida requiere además una fuente de tensión 621 que suministra una tensión de 5 V de CC, por ejemplo, y un divisor de tensión implementado como dos resistores 622 y 623. Esto sirve para impedir la activación del IC de activación E (mediante el que se lleva a cabo las medidas) desde tensiones negativas que podría producirse en el punto de medida 620, y que no pueden ser manejadas por medio del IC de activación E: tales tensiones negativas se cambian a tensiones positivas, mediante sumarlas con una instalación de tensión positiva que se suministra por la mencionada fuente de tensión 621 y los resistores divisiones de tensión 622 y 623.In the example considered, the measure itself it also requires a voltage source 621 that supplies a voltage  5V DC, for example, and a voltage divider implemented as two resistors 622 and 623. This serves to prevent the activation of activation IC E (by means of which it is carried out the measures) from negative tensions that could occur in the 620 measuring point, and that cannot be handled by the IC of activation E: such negative voltages are changed to voltages positive, by adding them with a tension installation positive that is supplied by the mentioned voltage source 621 and the resistors voltage divisions 622 and 623.

El otro terminal de cada elemento piezoeléctrico 10, 20, 30, 40, 50 y 60, es decir el respectivo terminal piezoeléctrico selector de grupo 14, 24, 34, 44, 54, 64, puede conectarse al polo positivo de una fuente de tensión, a través del respectivo conmutador selector del grupo 310, 320, o través del respectivo diodo selector de grupo 315, 325, así como a través de una bobina 240 y un circuito paralelo constituido por un conmutador de carga 220 y un diodo de carga 221, y alternativa o adicionalmente conectado a tierra a través del respectivo conmutador selector del grupo 310, 320, o a través del respectivo diodo 315, 325, así como a través de la bobina 240 y un circuito paralelo constituido por un conmutador de descarga 230 o un diodo de descarga 231. El conmutador de carga 220 y el conmutador de descarga 230 se implementan como transistores que, por ejemplo, son controlados a través de respectivos controladores laterales
222, 232.The other terminal of each piezoelectric element 10, 20, 30, 40, 50 and 60, that is the respective group selector piezoelectric terminal 14, 24, 34, 44, 54, 64, can be connected to the positive pole of a voltage source , through the respective group selector switch 310, 320, or through the respective group selector diode 315, 325, as well as through a coil 240 and a parallel circuit consisting of a charging switch 220 and a charging diode 221 , and alternatively or additionally grounded through the respective selector switch of the group 310, 320, or through the respective diode 315, 325, as well as through the coil 240 and a parallel circuit consisting of a discharge switch 230 or a discharge diode 231. Charge switch 220 and discharge switch 230 are implemented as transistors which, for example, are controlled through respective side controllers
222, 232.

La fuente de tensión comprende un elemento que tiene propiedades capacitivas que, en el ejemplo considerado, es el condensador (compensador) 210. El condensador 210 es cargado por una batería 200 (por ejemplo, una batería de un vehículo de motor) y un convertidor de tensión CC 201, corriente abajo. El convertidor de tensión CC 201 convierte la tensión de la batería (por ejemplo 12 V), en sustancialmente cualquier otra tensión de CC (por ejemplo 250 V), y carga el condensador 210 con tal tensión. El convertidor de tensión CC 201 está controlado mediante el conmutador transistor 202 y el resistor 210, que se utiliza para medidas de corriente tomadas desde un punto de medida 630.The voltage source comprises an element that it has capacitive properties which, in the example considered, is the capacitor (compensator) 210. Capacitor 210 is charged by a battery 200 (for example, a battery of a motor vehicle) and a DC 201 voltage converter, downstream. The converter of DC voltage 201 converts the battery voltage (for example 12 V), at substantially any other DC voltage (for example 250 V), and charge the capacitor 210 with such voltage. The converter DC voltage 201 is controlled by the transistor switch 202 and resistor 210, which is used for current measurements taken from a measuring point 630.

Para realizar verificaciones cruzadas, mediante la activación del IC de activación E se proporciona una medida de corriente más en un punto de medida 650, así como mediante resistores 651, 652 y 653 y una fuente de fuente de tensión 654, por ejemplo de 5 V de CC; además se permite una medida de tensión en un punto de medida 640, mediante el IC de activación E así como mediante resistores divisiones de tensión 641 y 642.To cross-check, through activation of activation IC E a measure of current more at a measuring point 650, as well as by resistors 651, 652 and 653 and a source of voltage source 654, for example 5 V DC; in addition a voltage measurement is allowed in a measuring point 640, via the activation IC E as well as by means of resistors voltage divisions 641 and 642.

Finalmente un resistor 330 (aludido como resistor de descarga total), un interruptor de paro implementado como un transistor 331 (aludido como interruptor de paro), y un diodo 332 (aludido como diodo de descarga total) sirven para descargar los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 (si se da el caso de que no son descargados mediante la operación de descarga "normal", como se describirá más abajo). Preferentemente, el interruptor de paro 331 se cierra después de los procedimientos de descarga "normal" (descarga cíclica a través del conmutador de descarga 230). De ese modo, este conecta a tierra los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, a través de resistores 330 y 300, y retira así cualesquiera cargas residuales que puedan quedar en los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60. El diodo de descarga total 332 impide que se produzca tensiones negativas en los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 mediante las que, en algunas circunstancias, pueden resultar dañados.Finally a 330 resistor (referred to as total discharge resistor), a stop switch implemented as a 331 transistor (referred to as a stop switch), and a diode 332 (referred to as total discharge diode) are used to download the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 (yes it is the case that they are not downloaded through the operation of "normal" download, as described below). Preferably, stop switch 331 closes after "normal" download procedures (cyclic download to via discharge switch 230). That way, it connects to earth piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, to through resistors 330 and 300, and thus remove any loads residuals that may remain in the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60. The total discharge diode 332 prevents it from being produce negative voltages in the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 through which, in some circumstances, They may be damaged.

Cargar y descargar la totalidad de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, o cualquiera en concreto, se consigue mediante un solo aparato de carga y descarga (común a todos los grupos y sus elementos piezoeléctricos). En el ejemplo en consideración, el aparato común de carga y descarga comprende la batería 200, el convertidor de tensión DC 201, el condensador 210, el conmutador de carga 220 y el conmutador de descarga 230, el diodo de carga 221, el diodo de descarga 230 y la bobina 240.Upload and download all the elements piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60, or any one in particular, is achieved by a single loading and unloading device (common to all groups and their piezoelectric elements). In the example in consideration, the common loading and unloading apparatus comprises the battery 200, voltage converter DC 201, capacitor 210, the load switch 220 and the discharge switch 230, the charging diode 221, discharge diode 230 and coil 240.

La carga y descarga de cada elemento piezoeléctrico funciona de la misma forma, y se explica a continuación, en referencia solo al primer elemento piezoeléctrico 10.The upload and download of each item piezo works the same way, and it is explained to then, referring only to the first piezoelectric element 10.

Las condiciones que se produce durante los procedimientos de carga y descarga se explican en referencia a las figuras 4a hasta 4d, de las que las figuras 4a y 4b ilustran la carga del elemento piezoeléctrico 10, y las figuras 4c y 4d la descarga del elemento piezoeléctrico 10.The conditions that occur during the loading and unloading procedures are explained in reference to Figures 4a through 4d, of which Figures 4a and 4b illustrate the charge of the piezoelectric element 10, and figures 4c and 4d the discharge of the piezoelectric element 10.

La selección de uno o más elementos piezoeléctricos concretos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 para su carga o descarga, el procedimiento de carga tal como se describe a continuación, así como el procedimiento de descarga, están conducidos por la IC de activación E y la unidad de control D, mediante abrir o cerrar uno o más de los conmutadores introducidos arriba 11, 21, 31, 41, 51, 61; 310, 320; 220, 230 y 331. A continuación, se describe en detalle las interacciones entre los elementos dentro del área detallada A por una parte, y el IC de activación E y la unidad de control D por la otra.The selection of one or more elements concrete piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60 for loading or discharge, the loading procedure as described in then, as well as the download procedure, are driven by the activation IC E and the control unit D, by opening or closing one or more of the switches introduced above 11, 21, 31, 41, 51, 61; 310, 320; 220, 230 and 331. A Next, the interactions between the elements within the detailed area A on the one hand, and the IC of activation E and control unit D on the other.

En relación con el procedimiento de carga, en primer lugar hay que seleccionar cualquier elemento piezoeléctrico concreto 10, 20, 30, 40, 50 y 60 que vaya a ser cargado. Para cargar exclusivamente el primer elemento piezoeléctrico 10, se cierra el conmutador selector de ramal 11 del primer ramal 110, mientras que permanecen abiertos todos los demás conmutadores de ramal 21, 31, 41, 51 y 61. Para cargar exclusivamente cualquier otro elemento piezoeléctrico 20, 30, 40, 50, 60, o para cargar varios al mismo tiempo, estos serían seleccionados mediante cerrar los correspondientes conmutadores selectores de ramal 21, 31, 41, 51 y/o 61.In relation to the loading procedure, in first you have to select any piezoelectric element concrete 10, 20, 30, 40, 50 and 60 to be loaded. To charge exclusively the first piezoelectric element 10, the branch selector switch 11 of the first branch 110, while all other branch switches 21, 31 remain open, 41, 51 and 61. To load exclusively any other item piezoelectric 20, 30, 40, 50, 60, or to charge several to it time, these would be selected by closing the corresponding branch selector switches 21, 31, 41, 51 and / or 61.

Después puede llevarse a cabo el propio procedimiento de carga.Then you can carry out your own loading procedure

En general, dentro del ejemplo considerado el procedimiento de carga requiere una diferencia de potencial positiva entre el condensador 210 y el terminal piezoeléctrico selector de grupo 14, del primer elemento piezoeléctrico 10. Sin embargo, en tanto en cuanto estén abiertos el conmutador de carga 220 y el conmutador de descarga 230, no se produce carga ni descarga del elemento piezoeléctrico 10. En este estado, el circuito mostrado en la figura 3 está en condición de estado estacionario, es decir el elemento piezoeléctrico 10 mantiene su estado de carga de forma sustancialmente invariable, y no fluye corriente.In general, within the example considered the charging procedure requires a potential difference positive between the capacitor 210 and the piezo terminal group selector 14, of the first piezoelectric element 10. Without However, as long as the load switch is open 220 and discharge switch 230, no load or load occurs discharge of the piezoelectric element 10. In this state, the circuit shown in figure 3 is in steady state condition, that is to say the piezoelectric element 10 maintains its state of charge substantially invariably, and no current flows.

Para cargar el primer elemento piezoeléctrico 10 se cierra el conmutador de carga 220. En teoría el primer elemento piezoeléctrico 10 se cargaría con solo hacer esto. Sin embargo, así se produciría enormes corrientes que pueden dañar los elementos implicados. Por lo tanto, se mide las corrientes producidas en el punto de medida 620, y el conmutador 220 se abre de nuevo en cuanto las corrientes detectadas exceden cierto límite. De está forma, para conseguir cualquier carga deseada sobre el primer elemento piezoeléctrico 10, el conmutador de carga 220 se cierra y se abre repetidamente, mientras que el conmutador de descarga 230 permanece abierto.To charge the first piezoelectric element 10 load switch 220 is closed. In theory the first element Piezoelectric 10 would be charged just by doing this. However as well it would produce huge currents that can damage the elements involved Therefore, the currents produced in the measuring point 620, and switch 220 opens again as soon as The currents detected exceed a certain limit. Thus, to get any desired load on the first element piezoelectric 10, charge switch 220 closes and opens repeatedly, while discharge switch 230 remains open.

En mayor detalle, cuando el conmutador de carga 220 está cerrado se tiene las condiciones mostradas en la figura 4a, es decir se forma un circuito cerrado que comprende un circuito en serie constituido por el elemento piezoeléctrico 10, el condensador 210 y la bobina 240, en el que fluye una corriente i_{LE}(t), tal como se indica mediante las fechas en la figura 4a. Como resultado de este flujo de corriente, ambas cargas positivas se traen al terminal piezoeléctrico selector de grupo 14 del primer elemento piezoeléctrico 10, y la energía se almacena en la bobina 240.In greater detail, when the load switch 220 is closed you have the conditions shown in the figure 4a, that is to say a closed circuit is formed comprising a circuit in series constituted by the piezoelectric element 10, the capacitor 210 and coil 240, in which a current flows i_ {LE} (t), as indicated by the dates on the figure 4a. As a result of this current flow, both charges positive are brought to the group 14 piezoelectric terminal of the first piezoelectric element 10, and the energy is stored in coil 240.

Cuando el conmutador de carga 220 se abre brevemente (por ejemplo unos pocos \mus) después de haberse cerrado, se produce las condiciones mostradas en la figura 4b: se forma un circuito cerrado que comprende el circuito en serie constituido por el elemento piezoeléctrico 10, el diodo de carga 221 y la bobina de carga 240, en el que fluye una corriente i_{LA}(t) tal como se indica por las flechas de la figura 4b. El resultado de este flujo de corriente es que la energía almacenada en la bobina 240 fluye al elemento piezoeléctrico 10. En correspondencia con la distribución de energía al elemento piezoeléctrico 10, se incrementan la tensión que se produce en este último y sus dimensiones externas. Una vez que se ha llevado a cabo el transporte de energía desde la bobina 240 al elemento piezoeléctrico 10, se obtiene de nuevo la condición de estado estacionario del circuito, que se muestra la figura 3 y ha sido ya descrita.When load switch 220 opens briefly (for example a few \ mus) after having closed, the conditions shown in Figure 4b occur: it forms a closed circuit that comprises the series circuit constituted by the piezoelectric element 10, the charging diode 221 and the loading coil 240, in which a current flows i_ {LA} (t) as indicated by the arrows in the figure 4b The result of this current flow is that the energy stored in coil 240 flows to the piezoelectric element 10. In correspondence with the energy distribution to the element piezoelectric 10, the voltage that occurs in this is increased Last and its external dimensions. Once it has been carried out the transport of energy from coil 240 to the element piezoelectric 10, the status condition is obtained again stationary circuit, shown in figure 3 and has already been described.

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En ese momento, o antes o después (dependiendo del perfil temporal deseado para la operación de carga), de nuevo se cierra y se abre el conmutador de carga 220, de forma que se repite el proceso descrito arriba. Como resultado del nuevo cierre y la reapertura del conmutador de carga 220, la energía almacenada en el elemento piezoeléctrico se incrementa (se suman entre sí la energía ya almacenada en el elemento piezoeléctrico 10, y la energía recién distribuida), y por consiguiente se incrementan la tensión producida en el elemento piezoeléctrico 10 y sus dimensiones externas.At that time, or before or after (depending of the desired time profile for the loading operation), again the load switch 220 is closed and opened, so that Repeat the process described above. As a result of the new closure and the reopening of load switch 220, the stored energy in the piezoelectric element it increases (they add together the energy already stored in the piezoelectric element 10, and the newly distributed energy), and consequently the voltage produced in the piezoelectric element 10 and its dimensions external

Si los mencionados cierre y apertura del conmutador de cargador 20 se repiten muchas veces, la tensión existente en el elemento piezoeléctrico 10 y la expansión del elemento piezoeléctrico 10 se incrementan gradualmente.If the aforementioned closing and opening of the charger switch 20 are repeated many times, the voltage existing in the piezoelectric element 10 and the expansion of the piezoelectric element 10 gradually increase.

Una vez que el conmutador 220 ha sido cerrado y abierto un número predefinido de veces, y/o el elemento piezoeléctrico 10 ha alcanzado el estado de carga deseado, se pone término a la carga del elemento piezoeléctrico mediante dejar abierto el conmutador de carga 220.Once the switch 220 has been closed and open a predefined number of times, and / or the item piezoelectric 10 has reached the desired state of charge, it gets term to charge the piezoelectric element by letting Open the load switch 220.

En relación con el procedimiento de descarga, en el ejemplo considerado los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 son descargados en grupos (G1 y/o G2), como sigue.In relation to the download procedure, in the example considered the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 are downloaded in groups (G1 and / or G2), as follows.

En primer lugar se cierra el conmutador o los conmutadores selectores de grupo 310 y/o 320, del grupo o grupos G1 y/o G2, cuyos elementos piezoeléctricos han de ser descargados (los conmutadores selectores de ramal 11, 21, 31, 41, 51, 61 no afectan a la selección de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 para el procedimiento de descarga, puesto que en este caso son puenteados por los diodos de ramal 12, 22, 32, 42, 52 y 62). De esta forma, para descargar el elemento piezoeléctrico 10 como parte del primer grupo G1, se cierra el primer conmutador selector de grupo 310.First the switch or the group and 310 or 320 group selector switches, of group or groups G1 and / or G2, whose piezoelectric elements have to be discharged (the branch selector switches 11, 21, 31, 41, 51, 61 do not affect to the selection of piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 for the download procedure, since in this case they are bridged by branch diodes 12, 22, 32, 42, 52 and 62). From this way, to discharge the piezoelectric element 10 as part of the first group G1, the first selector switch of group 310.

Cuando se cierra el conmutador de descarga 230 se tiene las condiciones mostradas en la figura 4c: se forma un circuito cerrado, que comprende un circuito en serie constituido por el elemento piezoeléctrico 10 y la bobina 240, en el que fluye una corriente i_{EE}(t) indicada por flechas en la figura 4c. El resultado de este flujo de corriente es que la energía (una parte de esta) almacenada en el elemento piezoeléctrico, es transportada a la bobina 240. En correspondencia con la transferencia de energía desde el elemento piezoeléctrico 10 a la bobina 240, disminuyen la tensión producida en el elemento piezoeléctrico 10 y sus dimensiones externas.When the discharge switch 230 closes you have the conditions shown in figure 4c: a closed circuit, comprising a series circuit consisting of the piezoelectric element 10 and the coil 240, in which a current i_ {EE} (t) indicated by arrows in Figure 4c. The result of this current flow is that the energy (a part of this) stored in the piezoelectric element, is transported to coil 240. In correspondence with the energy transfer from the piezoelectric element 10 to the coil 240, decrease the tension produced in the element piezoelectric 10 and its external dimensions.

Cuando el conmutador de descarga 230 se abre brevemente (por ejemplo unos pocos \mus) después de haber sido cerrado, se tiene las condiciones mostradas en la figura 4d: se forma un circuito cerrado que comprende un circuito en serie constituido por el elemento piezoeléctrico 10, el condensador 210, el diodo de descarga 231 y la bobina 240, en el que fluye una corriente i_{EA}(t) tal como se indica por flechas en la figura 4d. El resultado de este flujo de corriente es que la energía almacenada en la bobina 240 es retroalimentada en el condensador 210. Una vez que se lleva a cabo el transporte de energía desde la bobina 240 al condensador 210, se obtiene de nuevo la condición de estado estacionario del circuito, como se muestra en la figura 3 y se ha descrito ya.When discharge switch 230 opens briefly (for example a few \ mus) after being closed, you have the conditions shown in figure 4d: it forms a closed circuit comprising a series circuit constituted by the piezoelectric element 10, the capacitor 210, discharge diode 231 and coil 240, in which a current i_ {EA} (t) as indicated by arrows in the figure 4d. The result of this current flow is that the energy stored in coil 240 is fed back into the capacitor 210. Once the transport of energy from coil 240 to capacitor 210, is obtained again the steady state condition of the circuit, as shown in Figure 3 and has already been described.

En ese momento, o antes o después (dependiendo del perfil temporal deseado para la operación de descarga), vuelve a cerrarse y abrirse el conmutador de descarga 230, de forma que se repite el proceso descrito arriba. Como resultado del nuevo cierre y la reapertura del conmutador de descarga 230, la energía almacenada en elemento piezoeléctrico 10 disminuye más, y por consiguiente disminuyen la tensión producida en el elemento piezoeléctrico y sus dimensiones externas.At that time, or before or after (depending of the desired temporary profile for the download operation), returns the discharge switch 230 is closed and opened, so that Repeat the process described above. As a result of the new closure and the reopening of the discharge switch 230, the energy stored in piezoelectric element 10 decreases further, and by consequently decrease the tension produced in the element piezoelectric and its external dimensions.

Si los mencionados cierre y apertura del conmutador de descarga 230 se repiten muchas veces, la tensión producida en el elemento piezoeléctrico 10 y la expansión del elemento piezoeléctrico 10 disminuyen gradualmente.If the aforementioned closing and opening of the discharge switch 230 are repeated many times, the voltage produced in the piezoelectric element 10 and the expansion of the piezoelectric element 10 gradually decrease.

Una vez que el conmutador de descarga 230 ha sido cerrado y abierto un número predefinido de veces, y/o una vez que el elemento piezoeléctrico ha alcanzado el estado de descarga deseado, se pone término a la descarga del elemento piezoeléctrico 10 mediante dejar abierto el conmutador de descarga 230.Once the discharge switch 230 has been closed and opened a predefined number of times, and / or once that the piezoelectric element has reached the discharge state desired, the discharge of the piezoelectric element is terminated 10 by leaving the discharge switch 230 open.

La interacción entre el IC de activación E y la unidad de control D por una parte, y los elementos dentro del área detallada A por otra parte, se llevan a cabo mediante señales de control enviadas desde el IC de activación E a los elementos dentro del área detallada A, a través de las líneas de control de selector de ramal 410, 420, 430, 440, 450, 460, las líneas de control de selector del grupo 510, 520, las líneas de control del interruptor de paro 530, la línea de control del conmutador de carga 540, la línea de control del conmutador de descarga 550 y la línea de control 560. Por otra parte, hay señales de sensor obtenidas en los puntos de medida 600, 610, 620, 630, 640, 650 dentro del área detallada A, que son transmitidas al IC de activación E a través de líneas de sensor 700, 710, 720, 730, 740, 750.The interaction between activation IC E and the control unit D on the one hand, and the elements within the area detailed A on the other hand, are carried out by means of signals from control sent from the activation IC E to the elements inside of detailed area A, through the selector control lines of branch 410, 420, 430, 440, 450, 460, the control lines of Group selector 510, 520, switch control lines of stop 530, the control line of the load switch 540, the discharge switch control line 550 and the line control 560. On the other hand, there are sensor signals obtained in the measuring points 600, 610, 620, 630, 640, 650 within the area Detailed A, which are transmitted to the activation IC E through sensor lines 700, 710, 720, 730, 740, 750.

Las líneas de control son utilizadas para aplicar, o no, tensiones a las bases de transistor, al objeto de seleccionar elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 para llevar a cabo procedimientos de carga o descarga de uno o varios elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, mediante la apertura y cierre de los correspondientes conmutadores, como se ha descrito arriba. Las señales de sensor son utilizadas especialmente para determinar la tensión resultante de los respectivos elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, y 40, 50, 60 desde respectivos puntos de medida 600, 610, y las corrientes de carga y descarga desde el punto de medida 620. La unidad de control D y el IC de activación E, se utilizan para combinar ambas clases de señales al objeto de llevar a cabo una interacción de ambas, como se describirá en detalle con referencia a las figuras 3 y 5.Control lines are used to apply, or not, tensions to the transistor bases, to the object of select piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 to carry out loading or unloading procedures of one or more piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, by means of opening and closing of the corresponding switches, as has been described above. Sensor signals are specially used to determine the resulting voltage of the respective elements piezoelectric 10, 20, 30, and 40, 50, 60 from respective points measuring 600, 610, and loading and unloading currents from the measuring point 620. Control unit D and activation IC E, are used to combine both kinds of signals in order to carry out an interaction of both, as will be described in detail with reference to figures 3 and 5.

Como se indica en la figura 3, la unidad de control D y el IC de activación E están conectados entre sí mediante un bus en paralelo 840, y adicionalmente mediante un bus en serie 850. El bus en paralelo 840 se utiliza en particular para la transmisión rápida de señales de control desde la unidad de control D al IC de activación E, mientras que el bus en serie 850 se utiliza para transferencias más lentas de datos.As indicated in Figure 3, the unit of control D and activation IC E are connected to each other by  an 840 parallel bus, and additionally via a serial bus 850. The 840 parallel bus is used in particular for the fast transmission of control signals from the control unit D to activation IC E, while the 850 serial bus is Use for slower data transfers.

En la figura 5 se indica algunos componentes que contiene el IC de activación E: un circuito lógico 800, la memoria RAM 810, el sistema convertidor digital a analógico 820 y el sistema comparador 830. Además, se indica que el bus rápido paralelo 840 (utilizado para señales de control) está conectado al circuito lógico 800 del IC de activación E, mientras que el bus lento en serie 850 está conectado a la memoria RAM 810. El circuito lógico 800 está conectado a la memoria RAM 810, al sistema comparador 830 y a las líneas de señal 410, 420, 430, 440, 450 y 460; 510 y 520; 530; 540, 550 y 560. La memoria RAM 810 está conectada al circuito lógico 800, así como al sistema convertidor digital a analógico 820. El sistema convertidor digital a analógico 820 está además conectado al sistema comparador 830. El sistema comparador 830 está además conectado a las líneas de sensor 700 y 710; 720; 730, 740 y 750 y - como se ha mencionado ya - al circuito lógico 800.Figure 5 indicates some components that contains the activation IC E: a logic circuit 800, the memory RAM 810, the 820 digital to analog converter system and the system comparator 830. In addition, it is indicated that the parallel fast bus 840 (used for control signals) is connected to the circuit logic 800 of the activation IC E, while the bus slows in 850 series is connected to RAM 810. The logic circuit 800 is connected to RAM 810, comparator system 830 and to signal lines 410, 420, 430, 440, 450 and 460; 510 and 520; 530; 540, 550 and 560. RAM 810 is connected to the circuit Logic 800, as well as to the digital to analog converter system 820. The 820 digital to analog converter system is also connected to comparator system 830. Comparator system 830 is also connected to sensor lines 700 and 710; 720; 730, 740 and 750 and - as already mentioned - to logic circuit 800.

Los componentes listados arriba pueden ser utilizados en un procedimiento de carga, por ejemplo como sigue.The components listed above may be used in a loading procedure, for example as follows.

Mediante la unidad de control D se determina un elemento piezoeléctrico concreto 10, 20, 30, 40, 50 y 60, que ha de ser cargado a cierta tensión objetivo. A continuación, en primer lugar se trasmite el valor de la tensión objetivo (expresado por un número digital) a la memoria RAM 800, a través del bus lento en serie 850. La tensión objetivo puede, por ejemplo, ser el valor para U_{opt} utilizado en la inyección principal, como se ha descrito arriba con respecto a la figura 1. Después, o simultáneamente, un código que corresponde al elemento piezoeléctrico concreto 10, 20, 30, 40, 50 y 60 que ha de ser seleccionado, y una dirección de la tensión deseada dentro de la memoria RAM 810, son transmitidos al circuito lógico 800 a través del bus en paralelo 840. Más tarde se envía una señal seleccionada en el tiempo, al circuito lógico 800, a través del bus en paralelo 840, lo que proporciona la señal de inicio para el procedimiento de carga.A control unit D determines a concrete piezoelectric element 10, 20, 30, 40, 50 and 60, which has to be charged to a certain target tension. Then first place the target voltage value is transmitted (expressed by a digital number) to RAM 800, through the slow bus in 850 series. The target voltage may, for example, be the value for U_ {opt} used in the main injection, as has been described above with respect to figure 1. Next, or simultaneously, a code that corresponds to the element concrete piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60 to be selected, and a direction of the desired tension within the RAM 810, are transmitted to logic circuit 800 through of the 840 parallel bus. A selected signal is later sent in time, to logic circuit 800, through the parallel bus 840, which provides the start signal for the procedure of load.

En primer lugar, la señal de inicio provoca que el circuito lógico 800 recoja de la memoria RAM 810 el valor digital de la tensión objetivo, y lo ponga en el sistema convertidor digital a analógico 820, mediante lo que se produce la tensión deseada en una salida analógica de los convertidores 820. Además, la mencionada salida analógica (no mostrada) está conectada al sistema comparador 830. Adicionalmente el circuito lógico 800 selecciona, bien el punto de medida 600 (para cualquiera de los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60 del primer grupo G1) o el punto de medida 610 (para cualquiera de los elementos piezoeléctricos 40, 50 o 60 del segundo grupo G2) para el sistema comparador 830. Como resultado, la tensión objetivo y la tensión actual del elemento piezoeléctrico seleccionado 10, 20, 30, 40, 50 y 60 son comparadas por el sistema comparador 830. Los resultados de esta comparación, es decir las diferencias entre la tensión objetivo y la tensión actual, son transmitidos al circuito lógico 800. De ese modo, el circuito lógico 800 puede detener el procedimiento en cuanto la tensión objetivo y la tensión real sean iguales
entre sí.First, the start signal causes the logic circuit 800 to collect the digital value of the target voltage from RAM 810, and put it in the digital to analog converter system 820, thereby producing the desired voltage in a analog output of converters 820. In addition, the aforementioned analog output (not shown) is connected to comparator system 830. Additionally, logic circuit 800 selects either measuring point 600 (for any of the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60 of the first group G1) or the measuring point 610 (for any of the piezoelectric elements 40, 50 or 60 of the second group G2) for the comparator system 830. As a result, the target voltage and the current voltage of the Selected piezoelectric element 10, 20, 30, 40, 50 and 60 are compared by the comparator system 830. The results of this comparison, ie the differences between the target voltage and the current voltage, they are transmitted to logic circuit 800. Thus, logic circuit 800 can stop the procedure as long as the target voltage and the actual voltage are equal.
each.

En segundo lugar, el circuito lógico 800 aplica una señal de control al conmutador selector de ramal 11, 21, 31, 41, 51 o 61, que corresponde a cualquier elemento piezoeléctrico seleccionado 10, 20, 30, 40, 50 y 60, de forma que el conmutador se cierra (se considera que todos los conmutadores selectores de ramal 11, 21, 31, 41, 51 y 61 están en estado abierto antes del comienzo del procedimiento de carga, dentro del ejemplo descrito). Después el circuito lógico 800 aplica una señal de control al conmutador de carga 220, de forma que el conmutador se cierra. Además, el circuito lógico 800 comienza a medir (o sigue haciéndolo) cualesquiera corrientes que se produzcan sobre el punto de medida 620. A continuación se compara las corrientes medidas con cualquier valor máximo predefinido, mediante el sistema comparador 830. En cuanto las corrientes detectadas alcanzan el valor máximo predefinido, el circuito lógico 800 provoca que se abra de nuevo el conmutador de carga 220.Second, logic circuit 800 applies a control signal to the branch selector switch 11, 21, 31, 41, 51 or 61, which corresponds to any piezoelectric element selected 10, 20, 30, 40, 50 and 60, so that the switch is closes (all branch selector switches are considered 11, 21, 31, 41, 51 and 61 are in an open state before the start of the loading procedure, within the described example). After logic circuit 800 applies a control signal to the switch of load 220, so that the switch closes. In addition, the logic circuit 800 begins to measure (or continues to do so) any currents that occur over the measurement point 620. The measured currents are then compared with any maximum predefined value, using the comparator system 830. In how much the detected currents reach the maximum value predefined, logic circuit 800 causes the load switch 220.

De nuevo, las corrientes residuales en el punto de medida 620 son detectadas y comparadas con cualquier valor mínimo predefinido. En cuanto se consigue el valor mínimo predefinido, el circuito lógico 800 provoca que el conmutador de carga 220 se cierre de nuevo, y el procedimiento comienza una vez más.Again, the residual currents at the point Measuring 620 are detected and compared with any value predefined minimum. As soon as the minimum value is achieved predefined, logic circuit 800 causes the switch to load 220 is closed again, and the procedure begins once plus.

Se repite el cierre y la apertura del conmutador de carga 220 mientras que la tensión detectada en el punto de medida 600 o 610 esté por abajo la tensión objetivo. En cuanto se alcanza la tensión objetivo, el circuito lógico interrumpe el procedimiento.The closing and opening of the switch is repeated load 220 while the voltage detected at the point of Measure 600 or 610 below the target voltage. As soon as reaches the target voltage, the logic circuit interrupts the process.

El procedimiento de descarga tiene lugar de forma correspondiente. Ahora, la selección del elemento piezoeléctrico 10, 20, 30, 40, 50 y 60 se obtiene por medio de los respectivos conmutadores selectores de grupo 310, 320, se abre y se cierra el conmutador de descarga 230 en lugar del conmutador de carga 220, y ha de alcanzarse una tensión mínima objetivo, predefinida.The download procedure takes place from corresponding form. Now, item selection Piezoelectric 10, 20, 30, 40, 50 and 60 is obtained by means of respective group selector switches 310, 320, opens and opens close the discharge switch 230 instead of the power switch load 220, and a minimum target voltage must be reached, predefined

La sincronización de las operaciones de carga y descarga, y el mantenimiento de los niveles de tensión en los elementos eléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, como por ejemplo el tiempo de inyección principal, pueden ser acordes con una carrera de válvula, como se muestra por ejemplo en la figura 2.Synchronization of loading operations and discharge, and maintenance of voltage levels in the electrical elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, such as the main injection time, may be consistent with a run valve, as shown for example in figure 2.

Debe entenderse que las descripciones dadas arriba, del modo en que tienen lugar los procedimientos de carga y descarga, son solamente a modo de ejemplo. Así, en lugar del ejemplo descrito arriba puede utilizarse cualquier otro procedimiento que utilice los circuitos anteriores descritos, u otros circuitos que puedan adaptarse a cualquier propósito deseado y a cualquier procedimiento correspondiente.It should be understood that the descriptions given above, in the way loading procedures take place and download, they are only by way of example. So, instead of the example described above can be used any other procedure that use the above described circuits, or other circuits that can adapt to any desired purpose and any corresponding procedure

La figura 6 muestra una configuración para controlar un motor de combustión 2505. Esta configuración comprende una unidad de cálculo de tensión básica 2500, que calcula una tensión básica a ser aplicada a los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, del circuito incluido en el área detallada A de la figura 6; el área detallada A se muestra también en la figura 4. La unidad de cálculo de la tensión básica 2500 calcula una tensión básica dependiendo de la presión p_{carril} que hay en la línea de suministro de combustible presurizado, del sistema de inyección de combustible. En una realización preferida, la tensión básica se corrige a través de un primer bloque de corrección 500, utilizando un valor de corrección de temperatura K_{T}. La salida del primer bloque de corrección 2501 es una tensión básica corregida. Preferentemente, esta tensión básica corregida es corregida mediante un segundo o subsiguiente bloque de corrección 2502, utilizando un valor de corrección de envejecimiento K_{A}. Los bloques de corrección primero y segundo 2501 y 2502 son preferentemente multiplicadores, es decir, la tensión básica se multiplica por el valor de corrección de temperatura K_{T} y la salida entra en el segundo o subsiguiente bloque de corrección 2502, y es multiplicada por el valor de corrección de envejecimiento K_{A}. El valor de corrección de envejecimiento K_{A} se calcula a través de una unidad de cálculo del valor de corrección 2512. El bloque de corrección 2502 y la unidad de cálculo del valor de corrección 2512, son parte de una unidad de compensación 2511. Preferentemente, la salida del segundo o subsiguiente bloque de corrección 2502 está además conectada a través de un tercer o subsiguiente bloque de corrección 2503, utilizando un valor de corrección en línea K_{O}. El tercer o subsiguiente bloque de corrección 2503 está preferentemente implementado como un sumador, es decir, preferentemente el valor de corrección en línea K_{O} se suma a la salida del segundo o subsiguiente bloque de corrección 2502. Preferentemente, la salida del tercer o subsiguiente bloque de corrección 2503 se suministra a través de un controlador de tensión y gradiente de tensión 2504.Figure 6 shows a configuration for control a 2505 combustion engine. This configuration comprises a basic voltage calculation unit 2500, which calculates a basic voltage to be applied to the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, of the circuit included in the detailed area A of figure 6; the detailed area A is also shown in figure 4. The basic voltage calculation unit 2500 calculates a voltage basic depending on the pressure p_ {lane} in the line of pressurized fuel supply, injection system fuel. In a preferred embodiment, the basic voltage is corrects through a first correction block 500, using a temperature correction value K_ {T}. The first exit Correction block 2501 is a corrected basic voltage. Preferably, this corrected basic voltage is corrected. by a second or subsequent correction block 2502, using an aging correction value K_ {A}. The first and second correction blocks 2501 and 2502 are preferably multipliers, that is, the basic voltage is multiply by the temperature correction value K_ {T} and the output enters the second or subsequent correction block 2502, and is multiplied by the aging correction value K_ {A}. The aging correction value K_ {A} is calculated through a correction value calculation unit 2512. The correction block 2502 and the unit of calculation of the value of correction 2512, are part of a compensation unit 2511. Preferably, the output of the second or subsequent block of correction 2502 is also connected through a third or subsequent correction block 2503, using a value of online correction K_ {O}. The third or subsequent block of correction 2503 is preferably implemented as an adder, that is, preferably the correction value in line K_ {O} adds to the output of the second or subsequent correction block 2502. Preferably, the output of the third or subsequent block Correction 2503 is supplied through a controller tension and voltage gradient 2504.

La unidad de cálculo de tensión básica 2500 y los bloques de correlación 2501, 2502 y 2503, así como el controlador de tensión y gradiente de tensión 2504, son módulos de software implementados en la unidad de control D, en la figura 4.The basic voltage calculation unit 2500 and the correlation blocks 2501, 2502 and 2503, as well as the voltage controller and voltage gradient 2504, are modules of software implemented in the control unit D, in the figure Four.

Además, en la figura 6 el controlador de tensión y gradiente de tensión 2504 está conectado al IC de activación E mostrado en la figura 4, a través del bus en serie 850. El IC de activación E está conectado al circuito dentro del área detallada A, a través de líneas de señal 410, 420, 430, 440, 450, 460, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 700, 710, 720, 730, 740 y 750. La inyección de combustible al motor de combustión 2505, se controla mediante los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, del circuito contenido en el área detallada A mostrada en la figura 4. La velocidad rotacional del motor de combustión 2505 se mide y se suministra a una unidad de corrección de combustible 2506. La unidad de corrección de combustible 2506 comprende un analizador de frecuencia, que evalúa la frecuencia de la velocidad rotacional. Sobre este análisis de frecuencia, la unidad de corrección de combustible 2506 calcula un valor de corrección de combustible \Deltam_{e} para cada cilindro individual del motor de combustión 2505.In addition, in Figure 6 the voltage controller and voltage gradient 2504 is connected to activation IC E shown in figure 4, via the serial bus 850. The IC of activation E is connected to the circuit within the detailed area A, through signal lines 410, 420, 430, 440, 450, 460, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 700, 710, 720, 730, 740 and 750. The fuel injection to the 2505 combustion engine, it is controlled by means of the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, of the circuit contained in the detailed area A shown in figure 4. The rotational speed of the 2505 combustion engine is measured and supplies a 2506 fuel correction unit. The fuel correction unit 2506 comprises a fuel analyzer frequency, which evaluates the frequency of the rotational speed. About this frequency analysis, the correction unit of fuel 2506 calculates a fuel correction value \ Deltam_ {e} for each individual cylinder of the engine combustion 2505.

La configuración mostrada en la figura 6 comprende además una unidad de cálculo del volumen de combustible 2507, que calcula un volumen de combustible deseado m_{e}. El volumen de combustible deseado se añade al valor de corrección de volumen \Deltam_{e}, mediante un sumador 2508. La suma del volumen de combustible deseado m_{e} y el valor de corrección de volumen de combustible \Deltam_{e}, se suministra a una unidad de medición de combustible 2509. La unidad de medición de combustible calcula el tiempo durante el que hay que aplicar tensión a los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, para inyectar combustible al motor de combustión 2505. La unidad de corrección de combustible 2506, el sumador 2508, la unidad de cálculo de volumen de combustible 2507 y la unidad de medición de combustible 2509, están implementadas en la unidad de control D. Señales para indicar cuándo hay que aplicar una tensión a los elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 60, al objeto de inyectar combustible en el motor de combustión 2505, son transferidas desde la unidad de medición de combustible 2509 al IC de activación E de activación, a través del bus en paralelo 840.The configuration shown in Figure 6 it also includes a fuel volume calculation unit 2507, which calculates a desired volume of fuel m_ {e}. He desired fuel volume is added to the correction value of volume \ Deltam_ {e}, using an adder 2508. The sum of the desired fuel volume m_ {e} and the correction value of fuel volume \ Deltam_ {e}, is supplied to a unit of measuring fuel 2509. The measuring unit of fuel calculates the time during which it is necessary to apply voltage to the piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, to inject fuel into the 2505 combustion engine. The unit of fuel correction 2506, adder 2508, the unit of 2507 fuel volume calculation and the unit of measurement of fuel 2509, are implemented in the control unit D. Signals to indicate when a voltage should be applied to piezoelectric elements 10, 20, 30, 40, 50 and 60, for the purpose of inject fuel into the 2505 combustion engine, they are transferred from the fuel measurement unit 2509 to the IC of activation E of activation, via the 840 parallel bus.

El valor de corrección en línea K_{O} se calcula mediante una unidad de optimización en línea 2510. La unidad de optimización en línea 2510 calcula el valor de corrección en línea K_{O}, basándose en el valor de corrección de combustible \Deltam_{e} calculado por la unidad de corrección de combustible 2506.The online correction value K_ {O} is calculates using an online optimization unit 2510. The unit  optimization online 2510 calculates the correction value in line K_ {O}, based on the fuel correction value Δm e calculated by the fuel correction unit 2506

La figura 7 es un gráfico que muestra un ejemplo del desplazamiento de un elemento piezoeléctrico, frente a la temperatura. Como se muestra la figura 7, especialmente por debajo de 0ºC la expansión lineal del elemento piezoeléctrico muestra una fuerte dependencia con la temperatura. Por lo tanto, para situar con precisión la aguja de la boquilla en un sistema de inyección de combustible que utilice estos elementos piezoeléctricos, debe tenerse en cuenta la dependencia con la temperatura.Figure 7 is a graph showing an example of the displacement of a piezoelectric element, in front of the temperature. As Figure 7 is shown, especially below of 0ºC the linear expansion of the piezoelectric element shows a Strong dependence on temperature. Therefore, to place with precision nozzle needle in an injection system of fuel that uses these piezoelectric elements, must Take into account the dependence on temperature.

Como se ha discutido previamente, en general no se mide directamente la temperatura del elemento piezoeléctrico. Por lo tanto, si se tiene en cuenta la dependencia con la temperatura es necesario utilizar otra forma de determinar la temperatura del elemento piezoeléctrico. Uno de estos métodos utiliza la eficiencia de pérdida del elemento piezoeléctrico, para determinar la temperatura del elemento piezoeléctrico.As previously discussed, in general no the temperature of the piezoelectric element is measured directly. Therefore, if the dependence with the temperature is necessary to use another way to determine the piezoelectric element temperature. One of these methods uses the loss efficiency of the piezoelectric element, to determine the temperature of the piezoelectric element.

Por ejemplo, la eficiencia de pérdida se define comoFor example, loss efficiency is defined how

\eta_{pérdida} = 1 - W_{1} / W_{2}η_ {loss} = 1 - W_ {1} / W_ {2}

donde W_{2} es la energía requerida para cargar el accionador, y W_{1} es la energía que puede ser recuperada durante la descarga el accionador.where W_ {2} is the energy required to charge the actuator, and W_ {1} is the energy that can be recovered during download the actuator

La figura 8 muestra un ejemplo de una relación entre la eficiencia de pérdida de un elemento piezoeléctrico, y su temperatura.Figure 8 shows an example of a relationship between the loss efficiency of a piezoelectric element, and its temperature.

La temperatura se mide por medio de la eficiencia de pérdida, sobre la base de un elemento piezoeléctrico individual, de forma que la corrección puede también llevarse a cabo sobre la base de un accionador individual.The temperature is measured by means of the loss efficiency, based on a piezoelectric element individual, so that the correction can also be carried out on the basis of an individual actuator.

Adicionalmente, este aparato y el método de determinación de la temperatura del elemento piezoeléctrico pueden ser utilizados para verificar otras medidas de temperatura, incrementando así la precisión de la determinación de temperatura.Additionally, this device and the method of temperature determination of the piezoelectric element can be used to verify other temperature measurements, thus increasing the accuracy of the determination of temperature.

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Referencias citadas en la descripciónReferences cited in the description

La lista de referencias citadas por el solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Incluso aunque se ha tomado especial cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este respecto. The list of references cited by the applicant is for the convenience of the reader only. It is not part of the European Patent document. Even though special care has been taken in collecting references, errors or omissions cannot be ruled out and the EPO disclaims all responsibility in this regard .

Documentos de patente citados en la descripciónPatent documents cited in the description

\bullet EP 0371469 B1 [0004]EP 0371469 B1 [0004]

\bullet EP 0379182 B1 [0004]EP 0379182 B1 [0004]

\bullet DE 19742073 A1 [0005]DE 19742073 A1 [0005]

\bullet DE 19729844 A1 [0005]DE 19729844 A1 [0005]

\bullet DE 19723932 C1 [0010]DE 19723932 C1 [0010]

Claims (2)

1. Sistema de inyección de combustible con un elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) para controlar la cantidad de combustible inyectado, mediante cargar y/o descargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), donde el sistema de inyección de combustible comprende una unidad de control (D) que fija una tensión de activación para cargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) en función de la temperatura del elemento piezoeléctrico concreto (10, 20, 30, 40, 50 o 60), caracterizado porque la unidad de control (D) determina la temperatura del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) utilizando una eficiencia de pérdida del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), donde la eficiencia de pérdida puede expresarse como 1-W1/W2, donde W2 es una energía necesaria para cargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) y W1 es una energía que puede recuperarse durante la descarga del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60).1. Fuel injection system with a piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) to control the amount of fuel injected, by loading and / or unloading the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), where the fuel injection system comprises a control unit (D) that sets an activation voltage to charge the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) depending on the temperature of the fuel concrete piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), characterized in that the control unit (D) determines the temperature of the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) using a loss efficiency of the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), where the loss efficiency can be expressed as 1-W1 / W2, where W2 is a necessary energy to charge the piezoelectric element (10, 20, 30, 40 , 50 or 60) and W1 is an energy that can be recovered during the discharge of the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60). 2. Método para manejar un sistema de inyección de combustible con un elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), al objeto de controlar una cantidad de combustible inyectado, mediante cargar y/o descargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), donde, previamente a la carga, se determina una tensión de activación para cargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), siendo la tensión de activación una función de la temperatura del elemento piezoeléctrico concreto (10, 20, 30, 40, 50 o 60), caracterizado porque la temperatura del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60) se determina mediante la determinación de un eficiencia de pérdida, donde la eficiencia de pérdida puede expresarse como 1-W1/W2, donde W2 es una energía necesaria para cargar el elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60), y W1 es una energía que puede recuperarse durante la descarga del elemento piezoeléctrico (10, 20, 30, 40, 50 o 60).2. Method for handling a fuel injection system with a piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), in order to control an amount of fuel injected, by loading and / or unloading the piezoelectric element (10 , 20, 30, 40, 50 or 60), where, prior to charging, an activation voltage is determined to charge the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), the activation voltage being a function of the temperature of the specific piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), characterized in that the temperature of the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60) is determined by determining an efficiency loss, where the loss efficiency can be expressed as 1-W1 / W2, where W2 is a necessary energy to charge the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60), and W1 is an energy that can be recovered during the discharge of the piezoelectric element (10, 20, 30, 40, 50 or 60).