專利名稱：控制至少一個容性執(zhí)行機構的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制至少一個容性執(zhí)行機構的裝置，其借助于一個控制電路，尤其是一個按照權利要求1或者2的特征部分的內燃機的壓電驅動的汽油噴射閥門。本發(fā)明也涉及驅動本裝置的方法。
從EP0464443A1公知了一個壓電執(zhí)行機構，其由一個電容通過充電線圈進行充電。其中能量的一部分在壓電執(zhí)行機構的放電時通過放電線圈反饋到放電線圈，而其余部分同樣由放電線圈通過短接進行吸收。在放電過程中在壓電執(zhí)行機構上存在一個負電壓。
從DE3621541A1公知了一個用于汽油噴射閥門的壓電執(zhí)行機構，其通過一個電壓源上的由兩個電容組成的串聯(lián)電路和一個充電線圈進行充電，并且通過一個放電線圈向兩個電容中的一個放電。在替換的實施例中，該執(zhí)行機構通過一個電壓源上的電容和一個充電線圈充電；在放電時在壓電執(zhí)行機構上存儲的能量通過放電線圈吸收。
本發(fā)明的任務在于，提供一個盡可能損耗小的和結構簡單的裝置以用于控制至少一個容性執(zhí)行機構，在此不應該出現(xiàn)負電壓。
此任務按照本發(fā)明通過權利要求1或者2的特征解決。本發(fā)明的其他有利的實施結構在從屬權利要求給出。
另外有利的是能夠配備應該電壓源以用于輸出電壓，該輸出電壓小于用于執(zhí)行機構的充電電壓，并且每一個執(zhí)行機構的充電和放電電壓通過電流的全正弦半波實現(xiàn)。以此執(zhí)行機構達到其工作電壓，以此其最后的沖程具有“緩慢的”速度(在余弦波的最大值處)。其在頻譜上存在于-在壓電驅動的汽油噴射閥門工作時-低于最大的300Hz的基頻處，以此極少產生EMV問題。通過電壓源，優(yōu)選為開關網部分的電壓調節(jié)實現(xiàn)了執(zhí)行機構的簡單的充電。另外還需要一個補充充電元件，因為該電壓源一直與充電電容連接。另外該旋轉線圈從用于該電路的外殼出發(fā)接近該執(zhí)行機構設置，因為在其與執(zhí)行機構之間沒有開關。
本發(fā)明的實施例下面通過示意性的附圖進行詳細解釋。


圖1第一實施例的電路圖，圖2一個流程圖，和圖3第二實施例的電路圖。
圖1示出了一個借助于控制電路ST通過壓電執(zhí)行機構P1到Pn控制另一個沒有示出的內燃機的n個汽油噴射閥門的本發(fā)明的第一實施例，另一個沒有示出的部分是微處理器控制的電機控制設備。
在一個沒有地電勢的電壓源SNT，優(yōu)選為一個開關網部分的正極+SNT和負極GND之間是一個充電電容C1。與充電電容C1并聯(lián)的是一個由與正極+SNT相連的從電流方向上的充電開關X1和與負極-SNT相連的向電流方向上的放電開關X2組成的串聯(lián)電路。
如果所討論的是開關X1和X2，則只在電流的方向上存在電子的器件是由至少一個半導體器件組成的開關，優(yōu)選的是晶閘管，其由控制電路導電的控制。
在開關網部分的沒有地電勢的負極-SNT和地電勢GND之間設置了一個再充電電容C2。
在充電開關X1和放電開關X2的連接點和接地端GND之間是一個串聯(lián)電路，其由一個與充電開關X1相連的旋轉線圈L、一個第一執(zhí)行機構P1和一個第一受控制的功率MOSFET開關T1組成。
與由執(zhí)行機構P1和功率MOSFET開關T1組成的串聯(lián)電路并聯(lián)的是一個從接地端GND到旋轉線圈L上的沿電流方向的二極管D。
對于每一個其他的執(zhí)行機構P2到Pn是一個并聯(lián)的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路由此執(zhí)行機構和由第一執(zhí)行機構P1和第一功率MOSFET開關T1組成的串聯(lián)電路的一個其他的功率MOSFET開關T2到Tn組成。
功率MOSFET開關含有一般的反向二極管，其功能如下所述，用在本發(fā)明的裝置進行工作時。
此開關X1、X2和T1從控制電路ST與電機控制設備的控制信號st有關的在此實施例中存儲到控制電路ST或者從電機控制設備導出的理論值US用于該電壓，以此執(zhí)行機構P1到Pn被充電，并且該電壓的實際值UC2在再充電電容C2處受到控制。沒有接地的負極-SNT的接頭同時作為用于再充電電容C2上的電壓UC2的電壓測量點。充電電容C1能夠作為開關網部分SNT的輸出電容。
用于驅動本發(fā)明的裝置的方法下面借助于圖2進行詳細的解釋。圖2中的符號I到X在下文中只通過羅馬符號進行表示。
從狀態(tài)I出發(fā)，例如充電電容C1到UC1=+60V和再充電電容C2到UC2=+100V，結合起來在串聯(lián)電路中充電到理論值US=+160V，旋轉線圈L沒有電流，所有的開關X1到X4和T1到Tn未導通(高阻)，并且所有的執(zhí)行機構P1到Pn放電，該執(zhí)行機構P1確定了通過所設置的噴射閥門噴射汽油到汽缸中。理論值US的值被存儲到控制電路ST或者由沒有表示的電機控制設備預先給出。
隨后該控制電路選擇了相應的執(zhí)行機構(Ⅱ)，其導電地控制為其所設置的功率MOSFET開關T1。T1也能夠導電的(低阻)通過曲軸轉角KW=720°KW/Z(Z=汽缸數)保持，例如在四缸的情況下為180°和在六缸的情況下為120°KW。
在噴射開始時，其通過控制信號st的開始預先給出(Ⅲ)，由充電開關X1的控制電路ST啟動(Ⅳ)，以此兩個電容C1和C2串聯(lián)連接，其上的電壓US=+160V(見上文)，在全正弦半波期間通過旋轉線圈L向執(zhí)行機構P1放電，并且在此沒有公開所述的噴射閥門。該電壓源-開關網部分SNT-與充電電容C1保持連接，以致其能夠將能量存儲到旋轉電路。
在旋轉過程之后是充電開關X1(Ⅴ)對執(zhí)行機構P1進行充電。在旋轉電容C2上保持了一個與電容有關的負的剩余電壓(例如-10伏)，該電壓是必需的，以使執(zhí)行機構P1能夠在放電時再一次完全的放電。
為了在控制信號st結束時對執(zhí)行機構進行放電，放電開關X2被啟動(Ⅶ)。放電電路通過功率MOSFET開關T1的反向二極管連接。在執(zhí)行機構P1中存儲的能量通過旋轉線圈L反饋到電容C2，例如再一次充電到UC2=+100V，并且能夠由于隨后的循環(huán)。只要該執(zhí)行機構使與“激活的”溝道并聯(lián)的二極管D放電到闕值電壓，就有電流通過此二極管，以此避免了執(zhí)行機構被充電到負壓。隨后關閉放電開關X2(Ⅷ)。
對于隨后的執(zhí)行機構的充電周期必需首先平穩(wěn)所產生的損耗。對此在開關網部分SNT的負極-SNT上的再充電電容C2的電壓UC2被測量，并且隨后開關網部分SNT被調節(jié)到輸出電壓值，其相應于理論值US=+160V和測量電壓UC2=100V之間的差值。與開關網部分相連的充電電容C1被相應的補充充電到該電壓(X)。在之后的充電過程中在電容C1和C2的串聯(lián)電路上再一次充電到US=+160V。
該裝置在長時間的間歇之后進行工作，然后旋轉電容C2放電，并且充電電容C1被充電到開關網部分SNT的最大輸出電壓，例如+75V。存在一個振蕩過程，其持續(xù)一個充電周期，直到在諧振電容C2上的在開關網部分放電時反饋的電壓在每一個旋轉過程之后滿足“靜態(tài)的”值UC2=+100V。
按照圖2的該裝置的實施例的工作方式與圖1的裝置的工作方式是相應的，其與圖1的實施例只在幾點上存在差別。該差別在此是開關網部分SNT的負極與該電路的接地端CND相連接，并且相應的再充電電容C2被轉換到在充電開關X1和放電開關X2的連接點與旋轉線圈L之間的位置。
將參考電壓接地簡化了開關網部分的改進。在此電路配置上該放電開關X2還含有一個接地端，以此該控制能夠沒有附加的變換器進行。
權利要求
1．借助于一個控制電路(ST)，尤其是內燃機的壓電驅動的汽油噴射閥門控制至少一個容性執(zhí)行機構(P1到Pn)的裝置，-具有一個在可以由控制電路(ST)調節(jié)的沒有地電勢的電壓源(SNT)的正極(+SNT)和負極(-SNT)之間的和以此充電的充電電容(C1)，-具有一個與充電電容(C1)并聯(lián)連接的串聯(lián)電路，該電路是由一個與正極(+SNT)連接的從正極開始的電流方向的充電電容(X1)和一個與負極(-SNT)連接的到負極的電流方向的放電開關(X2)，-具有一個在負極(-SNT)和接地端(GND)之間設置的再充電電容(C2)，-具有一個在充電開關(X1)和放電開關(X2)的連接點與接地端(GND)之間設置的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路由一個與充電開關(X1)相連的旋轉線圈(L)、一個第一執(zhí)行機構(P1)和一個第一的受控制的功率MOSFET開關(T1)所組成，-其中與每一個其他的執(zhí)行機構并聯(lián)連接的是一個串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路是由此執(zhí)行機構(P2到Pn)和一個另外的串聯(lián)電路的功率MOSFET開關(T2到Tn)，后一個串聯(lián)電路是由第一執(zhí)行機構(P1)和第一功率MOSFET開關(T1)組成，和-具有一個與所有的由執(zhí)行機構和功率MOSFET開關所組成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的、從接地端(GND)向旋轉線圈(L)沿電流方向的二極管(D)。
2．借助于一個控制電路(ST)，尤其是內燃機的壓電驅動的汽油噴射閥門控制至少一個容性執(zhí)行機構(P1到Pn)的裝置，-具有一個在可以由控制電路(ST)調節(jié)的電壓源(SNT)的正極(+SNT)和負極(-SNT)之間的和以此充電的充電電容(C1)，-具有一個與充電電容(C1)并聯(lián)連接的串聯(lián)電路，該電路是由一個與正極(+SNT)連接的從正極開始的電流方向的充電電容(X1)和一個與負極(-SNT)連接的到負極的電流方向的放電開關(X2)，-具有一個在充電開關(X1)和放電開關(X2)的連接點與接地端(GND)之間設置的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路由一個與充電開關(X1)相連的再充電電容(C2)、一個旋轉線圈(L)、一個第一執(zhí)行機構(P1)和一個第一的受控制的功率MOSFET開關(T1)所組成，-具有一個與由第一執(zhí)行機構(P1)和第一MOSFET開關(T1)所組成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的、用于每一個其他的執(zhí)行機構的串聯(lián)電路，此串聯(lián)電路由此執(zhí)行機構(P2到Pn)和一個其他的功率MOSFET開關(T2到Tn)所組成，和-具有一個與所有的由執(zhí)行機構和功率MOSFET開關所組成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接的、從接地端(GND)向旋轉線圈(L)沿電流方向的二極管(D)。
3．如權利要求1的裝置，其特征在于，沒有接地的負極(-SNT)連接端作為用于在再充電電容(C2)上的電壓(UC2)的電壓測量點。
4．如權利要求1或者2的裝置，其特征在于，能夠由控制電路(ST)調節(jié)的電壓源(SNT)是一個開關網部分。
5．如權利要求1或者2的裝置，其特征在于，該控制電路(ST)是微處理器控制的電機控制設備的一部分。
6．如權利要求1或者2的裝置，其特征在于，充電開關(X1)和放電開關(X2)控制的電子的只在電流方向上的開關具有至少一個半導體元件。
7．用于驅動權利要求1或者2的裝置的方法，其特征在于，具體的要工作的執(zhí)行機構(P1到Pn)通過旋轉線圈(L)以預定的理論電壓(US)由充電電容(C1)和再充電電容(C2)的串聯(lián)電路進行充電，并且再一次放電到再充電電容(C2)中，和在充電電容(C1)的下一個充電周期之前充電到一個與理論電壓(US)和再充電電容(C2)上的電壓(UC2)的差值相應的電壓(UC1=US-UC2)。
全文摘要
控制至少一個容性執(zhí)行機構的裝置含有一個充電電容C1和一個放電電容C2。按照本方法該執(zhí)行機構從串聯(lián)連接的電容C1+C2以一個理論電壓U
文檔編號H01L41/00GK1228874SQ97197384
公開日1999年9月15日 申請日期1997年7月22日 優(yōu)先權日1996年8月14日
發(fā)明者C·霍夫曼, H·弗羅伊登貝格, H·格爾肯, M·赫克爾, R·皮爾克爾 申請人:西門子公司