ES2292387T3 - Determinacion de la temperatura de un elemento piezoelectrico, y su utilizacion para corregir la tencion de mando. - 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).

Description

Determinación de la temperatura de un elemento piezoeléctrico, y su utilización para corregir la tensión de mando.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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:

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;

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;

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;

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;

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;

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;

la figura 5 muestra un diagrama de bloques de los componentes del IC de activación E, que también se muestra en la figura 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;

la figura 7 muestra un gráfico que ilustra la expansión lineal del elemento piezoeléctrico en función de la temperatura;

la figura 8 muestra un gráfico que ilustra el factor de pérdida corregido, en función de la temperatura; y

la figura 9 muestra un esquema de una válvula de inyección de combustible accionada por un elemento piezoeléctrico.

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.

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).

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.

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.

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.

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}.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

El circuito dentro del área detallada A comprende seis elementos piezoeléctricos 10, 20, 30, 40, 50 y 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).

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.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Después puede llevarse a cabo el propio procedimiento de carga.

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.

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.

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.

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.

\newpage

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Los componentes listados arriba pueden ser utilizados en un procedimiento de carga, por ejemplo como sigue.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Por ejemplo, la eficiencia de pérdida se define como

\eta_{pérdida} = 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.

La figura 8 muestra un ejemplo de una relación entre la eficiencia de pérdida de un elemento piezoeléctrico, y su temperatura.

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.

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.

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Referencias citadas en la descripción

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.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet EP 0371469 B1 [0004]

\bullet EP 0379182 B1 [0004]

\bullet DE 19742073 A1 [0005]

\bullet DE 19729844 A1 [0005]

\bullet 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).

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).