MXPA99005709A - Dispositivo y procedimiento para controlar cuandomenos un miembro de ajuste capacitivo - Google Patents

Abstract

Un miembro de ajuste capacitivo se carga con una tensión de carga definida Uc. A partir de un campo característico KF almacenado, se determina la capacidad momentánea del miembro de ajuste Cp, empleando la tensión de carga Uc y la tensión del miembro de ajuste Up, y a partir de la tensión de carga Uc y la capacidad del miembro de ajuste Cp se determina la energía E suministrada al miembro de ajuste. Según la variación de la energía E suministrada al miembro de ajuste de una cantidad de energía Ev predeterminada, se regula la tensión de carga Uc para el siguienteproceso de control del miembro de ajuste;el mismo procedimiento resulta para miembros de ajuste adicionales.

Description

DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PA A CONTROLAR CUANDO MENOS UN MIEMBRO DE AJUSTE CAPACITIVO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invencidn se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para controlar un miembro de ajuste capacitivo, en particular una válvula de inyección de combustible operada piezoeléctricamente de un motor de combustión interna.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los piezo-miembros de ajuste constan de una pluralidad de capas piezocerámicas y forman una llamada "pila", que al aplicar una tensión modifica sus dimensiones, en particular su longitud s por un recorrido ds, o que con presión o tracción mecánica genera una tensión eléctrica. Las propiedades eléctricas de una piezo-pila de este tipo varían con la temperatura a la que se encuentra. Con temperatura creciente, se incrementa su capacidad, pero también el recorrido. En el caso de las temperaturas de aproximadamente -40°C a +140°C, a considerar para aplicaciones automotoras, se observan variaciones de hasta un factor de 2. Por la Patente Norteamericana US 5,387,834 se conoce un circuito de control para un elemento piezoeléctrico de una impresora de matriz, en el cual un sensor de temperatura percibe la temperatura del elemento piezoeléctrico. El control de éste se efectúa con tiempos de carga, los cuales se encuentran almacenados en una tabla dependiendo de la temperatura. El recorrido varia de manera aproximadamente lineal según la tensión aplicada con una determinada capacidad del miembro de ajuste, o bien, una determinada temperatura. Si varia la temperatura, también se modifica el recorrido al mantener la tensión constante. En cambio, el recorrido varía proporcionalmente al cuadrado de la energía aplicada (ds ~ e2) , pero independientemente de la temperatura. El aplicar a un miembro de ajuste una determinada cantidad de energía es muy costoso.

OBJETIVOS Y VENTAJAS DE LA INVENCIÓN El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para controlar un miembro de ajuste capacitivo con una cantidad de energía predeterminada, el cual se pueda llevar a cabo de manera sencilla. También es objetivo de la invención proporcionar un dispositivo para la realización de dicho procedimiento. Este objetivo se logra de conformidad con la invención mediante las características de la reivindicación BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS A continuación se ilustra más detalladamente un ejemplo de realización de conformidad con la invención, haciendo referencia al dibujo esquemático. Muestran: La Figura 1, un campo característico KF para la relación entre la capacidad del miembro de ajuste Cp, la tensión de carga Uc, la tensión del miembro de ajuste Up y la energía E . La Figura 2, un plano de conexiones de un circuito de control para varios miembros de ajuste. Y la Figura 3, un diagrama de flujo del funcionamiento del circuito según la Figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención parte de la idea de que las variaciones de la capacidad del miembro de ajuste Cp son variaciones producidas por la temperatura, las cuales presentan una constante de tiempo muy grande en comparación con la distancia en el tiempo de operaciones sucesivas del miembro de ajuste en un motor de combustión interna. Por esta razón, no es necesario realizar aparte la regulación de la carga en el ciclo de regulación (proceso de control) , sino que es completamente suficiente determinar una variación por lo regular en un proceso de control y corregir esta variación regular en el siguiente proceso de controd La Figura 1 muestra un campo característico con dos diagramas obtenidos experimentalmente o calculados, los cuales muestran la relación entre la capacidad del miembro de ajuste Cp, la tensión de carga Uc, la tensión del miembro de ajuste Up y la energía E. El diagrama superior muestra según la capacidad del miembro de ajuste Cp que depende de la temperatura (T y Cp inscritas en la abscisa) , la energía R alcanzable en el miembro de ajuste para diversas tensiones de carga Uc, mientras que el diagrama inferior muestra también sobre la capacidad del miembro de ajuste Cp que depende de la temperatura, sobre la abscisa, la tensión del miembro de ajuste Up que se puede alcanzar para estas tensiones de carga Uc. Para cada miembro de ajuste Pl a Pn se puede prever un campo característico KF propio, o bien, para todos los miembros de ajuste o para cada grupo de miembros de ajuste se puede prever un campo característico KF común. Observando la tensión de carga Uc y la tensión del miembro de ajuste Up que se puede alcanzar con ella, se puede renunciar a una medición de corriente, multiplicación e integración, como se describe antes. Debido a la relación unívoca entre las dimensiones citadas, se puede regular una energía Ev aproximadamente constante. Un valor Ev, relativizado a 100% Ev, se muestra en la Figura 1 como recta e punteada .

Una regulación a energía constante es particularmente importante cuando la capacidad Ce del condensador de carga C varía considerablemente de la capacidad del miembro de ajuste Cp . Los diagramas mostrados en la Figura 1 corresponden a un circuito según la Figura 2 , en el cual la capacidad Ce de la conexión en serie de los condensadores Cl + C2 es aproximadamente la mitad de la capacidad Cp de un miembro de ajuste P : Ce = Cp/2. El procedimiento de conformidad con la invención se ilustra más detalladamente con la ayuda de un circuito mostrado en la Figura 2. El control de n válvulas de inyección de combustible no mostradas, de un motor de combustión interna, a través de miembros de ajuste piezoeléctricos Pl a Pn, se lleva a cabo mediante un circuito de control ST, el cual es parte de un aparato de control del motor no mostrado, controlado a través de un microprocesador. Entre el polo positivo +Ucl y el polo negativo GND de una fuente de tensión SNT controlable, de preferencia de una parte de una red lógica combinacional, está conectado un condensador de carga Cl, el cual se puede considerar como condensador de partida de la parte de la red lógica combinacional SNT y sobre el cual está cargada la tensión de partida Ucl. En paralelo al condensador de carga Cl está conectada una conexión en serie de un interruptor de carga XI unido al polo positivo +Ucl, el cual permite el paso de corriente a partir de él, y un interruptor de descarga X2 unido al polo negativo GND, que permite el paso de corriente hacia él. Al hablar de interruptores XI y X2 se trata de interruptores electrónicos, los cuales permiten el paso de corriente únicamente en una dirección y constan de cuando menos un elemento semiconductor, de preferencia interruptores de tiristor, los cuales son controlados por el circuito de control para pasar a conductores. Entre el punto de unión del interruptor de carga XI y el interruptor de descarga X2 y la conexión a tierra GND, se encuentra una conexión en serie de un condensador de recarga C2, una bobina oscilatoria L, un primer miembro de ajuste Pl y un primer interruptor de potencia MOSFET Tl controlado. Para cada miembro de ajuste P2 a Pn adicional una conexión en serie de dicho miembro de ajuste y otro interruptor de potencia MOSFET T2 a Tn está conectada en paralelo a la conexión en serie del primer miembro de ajuste Pl y el primer interruptor de potencia MOSFET Tl . En paralelo a las conexiones en serie de miembro de ajuste e interruptor de potencia MOSFET, está dispuesto un diodo D que permite el paso de corriente partiendo de la conexión a tierra GND hacia la bobina oscilatoria L. Los interruptores de potencia MOSFET contienen normalmente diodos inversores, cuya función, como se describe más adelante, se aprovecha en la operación del dispositivo de conformidad con la invención. Los interruptores XI, X2 y Tl a Tn son controlados por el circuito de control ST, según un programa asignado al procedimiento de conformidad con la invención, dependiendo de señales de control st del aparato de control del motor, por la tensión del miembro de ajuste Up alcanzada y del valor real Uc2 de la tensión en el condensador de recarga C2 , después de la descarga del miembro de ajuste, con la ayuda de un campo característico KF almacenado en el circuito de control ST según la Figura 1. El procedimiento de conformidad con la invención para el control sucesivo de varios miembros de ajuste capacitivos se ilustra más detalladamente a continuación, con la ayuda del diagrama de flujo mostrado en la Figura 3, con base en el circuito mostrado en la Figura 2 , para un miembro de ajuste Pl . Los recuadros asignados a los correspondientes estados del procedimiento, están marcados con números romanos . En el estado III (durante la operación) , en el cual la bobina oscilatoria L se encuentra sin corriente, todos los interruptores XI, X2 y Tl a Tn se encuentran en estado no conductor (alto valor óhmico) y todos los miembros de ajuste Pl a Pn se encuentran descargados, se debe accionar el miembro de ajuste Pl para inyectar combustible al cilindro 1 a través de la válvula de inyección asignada. La tensión de carga Uc = Ucl + Uc2 se predetermina en un primer proceso de control I, al poner en operación el vehículo, estado 0. En el primer proceso de control, el condensador de recarga C2 se encuentra descargado. Tiene lugar un proceso transitorio, el cual puede durar uno o varios ciclos de carga, hasta que la tensión Uc2 en el condensador oscilatorio C2 , obtenida al descargar el miembro de ajuste, después de cada proceso de descarga alcance, por ejemplo, un valor Uc2 > +100V. La tensión de carga máxima Ucmax = Ucl + Uc2 debe ser, por ejemplo, de +270V. En primer lugar, el circuito de control elige el correspondiente miembro de ajuste (en este caso Pl) , estado IV, haciendo pasar a conductor el interruptor de potencia MOSFET Tl asignado al mismo. Tl puede mantenerse conductor (valor óhmico bajo) durante un ángulo de cigüeñal KW = 720° KW/Z (Z = número de cilindros, lo cual es, por ejemplo, en el caso de motores de cuatro cilindros 180° KW y en el caso de motores de seis cilindros 120° KW. En el primer proceso de control, el circuito de control ST elige en el diagrama superior del campo característico KF en la Figura 1, una línea característica almacenada, determinada experimentalmente o calculada, de la tensión de carga Uc (+210V) , la cual en el valor de capacidad del miembro de ajuste P que corresponde a la temperatura momentánea del miembro de ajuste, se encuentra por encima de la energía Ev deseada, por alimentar al miembro de ajuste (mostrada en el diagrama mediante una línea punteada e) , estado 0. Puesto que por lo regular no se tiene a disposición las temperaturas de los miembros de ajuste, como dimensión auxiliar se puede emplear la temperatura del motor T (en el ejemplo de realización +50 °C) , véase línea punteada a hasta el punto A en la Figura 1, para obtener un valor aproximado de la capacidad momentánea del miembro de ajuste Cp. En una modalidad más sencilla, se puede simplemente predeterminar un valor inicial para la tensión de carga Uc (por ejemplo, +210V) , independientemente de la temperatura. Después de uno o varios procesos de control (procesos transitorios) del miembro de ajuste Pl, después de terminar un proceso de descarga, la tensión del condensador de recarga C2 es de, por ejemplo, Uc2 = +12OV. En el siguiente inicio de inyección, el cual está determinado por el inicio de una señal de control st = 1 (estado V) , el circuito de control ST enciende el interruptor de carga XI (estado VI) . De esta manera se descarga la tensión de carga Uc = +210V que se encuentra en la conexión en serie de Cl y C2 , durante una oscilación senoidal completa, a través de la bobina oscilatoria L en el miembro de ajuste Pl y éste abre la válvula de inyección no mostrada.

La fuente de tensión (la parte de la red lógica combinacional SNT) se mantiene conectada al condensador de carga Cl, de modo que también ella alimenta energía al circuito oscilatorio . Después de la oscilación, el interruptor de carga XI se apaga por sí mismo (estado VII) ; el miembro de ajuste Pl se encuentra cargado a, por ejemplo, Up = +126V. El valor de la tensión del miembro de ajuste Up = +126V se comunica al circuito de control, el cual determina en el campo característico KF (Figura 1) , a partir de Uc = +210 y Up = +126V, la energía alimentada al miembro de ajuste (estado VIII) . Para ello, en el diagrama inferior del campo característico KF, en la intersección B (Uc = +210V; Up = +12GV, línea punteada b) se determina el valor momentáneo de capacidad Cp ~ 14.5 µF del miembro de ajuste Pl, y a continuación se lee la energía suministrada respecto a E ~ 102.5% Ev (línea punteada d; punto D) en el diagrama superior (intersección C de Cp = 14.5 µF; Uc = +210V, línea punteada c) . Según la "sensibilidad" de la regulación, este valor se encuentra ya sea dentro de un intervalo de tolerancia Ev + ?E de la energía deseada (estado XI) , realizándose el siguiente proceso de control con tensión de carga sin variación Uc = +210V, o para el siguiente proceso de control del miembro de ajuste Pl se determina un nuevo valor para la tensión de carga Uc, en este ejemplo de realización, ya que E > Ev + ?E es un poco mayor que el valor deseado (estado IX) , por ejemplo, interpolado a partir de valores de apoyos predeterminados almacenados, o reducida de manera incrementaría por ?U = 5V (estado XII) , se determina como +205V. Este valor da como resultado en el siguiente proceso de control del miembro de ajuste Pl, dada la misma capacidad del miembro de ajuste, aproximadamente un valor para la energía transferida de E = Ev. Sin embargo, si la energía transferida es menor, E < Ev (estado X) , entonces Uc se incrementa en el siguiente proceso de control por ?U = 5V a Uc = +215V (estado XIII) . En el caso de tensiones de miembro de ajuste Up por encima de un valor máximo predeterminado Upmax, por ejemplo, de +160V, de preferencia tiene lugar una regulación de tensión pura de conformidad con el diagrama inferior de la Figura 1, para limitar a dicho valor la tensión del miembro de ajuste. Para descargar el miembro de ajuste Pl al final de una señal de control st (estado XIV) , se enciende el interruptor de descarga X2 (estado XV) . El circuito de descarga se cierra a través del diodo inversor del interruptor de potencia MOSFET Tl . La energía almacenada en el miembro de ajuste oscila de regreso a través de la bobina oscilatoria L al condensador C2, el cual se carga al valor ya citado Uc2 = +12OV; la energía almacenada en el condensador de recarga C2 se puede aprovechar para el siguiente ciclo. En cuanto el miembro de ajuste se carga a la tensión de umbral del diodo D paralelo al canal "activo", la corriente que aún fluye pasa a través de dicho diodo, con lo cual se evita una carga a tensión negativa del miembro de ajuste. A continuación, el interruptor de descarga X2 se apaga por sí mismo (estado XVI) . Para el siguiente proceso de control del miembro de ajuste Pl, el condensador de carga Cl se debe cargar a una tensión Ucl = Uc - Uc2, para lo cual se mide Uc2 = +12OV (estado I) . Con ello, se puede determinar Ucl = Uc - Uc2 = +205V + 120V = +85V (estado II) . La parte de red lógica combinacional SNT se ajusta a este valor para el siguiente proceso de control del miembro de ajuste Pl y, con ello, el condensador de carga Cl se carga a Ucl = +85V. El siguiente proceso de control, a partir del estado III, se lleva a cabo con los valores determinados en este proceso de control . Los procesos de control para los otros miembros de ajuste P2 a Pn concuerdan con el procedimiento descrito para el miembro de ajuste Pl .

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede, se considera como una novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes : REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para controlar cuando menos un miembro de ajuste capacitivo, en particular una válvula de inyección de combustible operada piezoeléctricamente de un motor de combustión interna, con una cantidad de energía predeterminable, caracterizado porque al inicio de un proceso de control el miembro de ajuste, a través de una bobina oscilatoria de una conexión en serie de un condensador de carga y un condensador de recarga, se carga con una tensión de carga predeterminable, y al final del proceso de control se vuelve a descargar hacia el condensador de recarga, porque a partir de la tensión de carga y la tensión del miembro de ajuste alcanzada con ella en el mismo, se determina el valor de capacidad dependiente de la temperatura del miembro de ajuste, porque a partir de este valor de capacidad y de la tensión de carga se determina la cantidad de energía suministrada al miembro de ajuste, y porque para el siguiente proceso de carga del mismo miembro de ajuste, se determina la tensión de carga dependiendo de la diferencia de la cantidad de energía predeterminada y la cantidad de energía suministrada, y el condensador de carga se carga a una tensión que corresponde a la diferencia entre esta tensión de carga determinada y la tensión que existe momentáneamente en el condensador de recarga.

2. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque los valores de la capacidad de los miembros de ajuste, dependientes de la tensión de carga y la tensión del miembro de ajuste que se logra con ella, los valores de energía suministrados al miembro de ajuste, dependientes de la tensión de carga y de los valores de la capacidad de los miembros de ajuste determinados por la misma, y una cantidad de energía predeterminada, por suministrar al miembro de ajuste, están almacenados en un campo característico de manera no volátil, como valores determinados experimentalmente o calculados.

3. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 2, caracterizado porque para cada miembro de ajuste se prevé un campo característico propio .

4. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 2, caracterizado porque para todos los miembros de ajuste o para cada grupo de miembros de ajuste se prevé un campo característico común.

5. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque al inicio de la operación para el primer proceso de control, cada miembro de ajuste recibe previamente un valor para la tensión de carga.

6. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 5, caracterizado porque el valor predeterminado para la tensión de carga depende de la temperatura del motor.

7. Un procedimiento de conformidad con lo reclamado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se predetermina un valor máximo para la tensión del miembro de ajuste, y porque en el caso de tensiones de miembro de ajuste por encima de dicho valor máximo tiene lugar una regulación de tensión pura.

8. Un dispositivo para la realización del procedimiento de conformidad con lo reclamado en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre el polo positivo y el polo negativo de una fuente de tensión controlable, está dispuesto un condensador de carga, porque en paralelo al condensador de carga está dispuesta una conexión en serie de un interruptor de carga unido al polo positivo, el cual permite el paso de corriente a partir de él, y un interruptor de descarga unido al polo negativo, el cual permite el paso de corriente hacia él, porque entre el punto de unión del interruptor de carga y el interruptor de descarga y la conexión a tierra, se dispone una conexión en serie de un condensador de recarga unido al interruptor de carga, una bobina oscilatoria, un primer miembro de ajuste y un primer interruptor de potencia MOSFET controlado, porque para cada miembro de ajuste adicional está conectada en paralelo a la conexión en serie del primer miembro de ajuste y del primer interruptor de potencia MOSFET, una conexión en serie de dicho miembro de ajuste y otro interruptor de potencia MOSFET, porque en paralelo a la conexión en serie del primer miembro de ajuste y el interruptor de potencia MOSFET, está dispuesto un diodo que permite el paso de corriente desde la conexión a tierra hacia la bobina oscilatoria, y porque se prevé un circuito de control, en el cual está almacenado el campo característico, y el cual está configurado de tal manera, que, a partir de las señales de control que le son suministradas para controlar los miembros de ajuste, de la tensión de miembro de ajuste que se encuentra en el miembro de ajuste respectivamente controlado y de la tensión que existe en el condensador de recarga, mediante el campo característico, determina la cantidad de energía transmitida al miembro de ajuste y, dependiendo de la diferencia de esta cantidad de energía y la cantidad de energía predeterminada, ajusta la fuente de tensión a la tensión de carga del condensador de carga para el siguiente proceso de carga.

9. Un dispositivo de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 8, caracterizado porque la fuente de tensión controlable mediante el circuito de control es parte de una red lógica combinacional .

10. Un dispositivo de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 8, caracterizado porque el interruptor de carga y el interruptor de descarga son interruptores semiconductores electrónicos controlados, que sólo permiten el paso de corriente en una dirección.