用于高速操作的压电致动器控制制造技术

本文所描述的是用于控制压电元件，例如用于在燃料喷射器中使用的，在更高频率下安全且有效并且不由于过度加热而对燃料喷射器造成损坏的方法。并入本发明专利技术的特征的方法能够利用波形产生、波形缩放以及功率放大驱动压电元件。在一些实施例中，使用各种操作条件来确定缩放值，该缩放值与目标值相比较以确定用于所产生的波形的缩放水平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术的背景。
本专利技术总体上涉及压电元件，并且更具体地涉及用于控制这样的元件的操作的方法及装置。
技术介绍
大部分现代内燃发动机利用燃料喷射系统以通过在高压下将燃料强制泵送通过小孔来将雾化燃料递送到发动机。这些燃料喷射系统常常比先前使用的化油器更精确和有效。在这些系统中利用的典型燃料喷射器通常利用液压地、电磁地或压电地致动的喷射器销。压电元件使用在将电压施加到元件两端时尺寸发生变化的材料。在移除电压后，压电元件返回到其初始尺寸。当用作致动器时，许多压电元件堆叠在一起以形成更大的压电元件或“压电堆叠”以增加致动器的位移。在压电致动的燃料喷射器中，使用这些压电元件或压电堆叠中的一个或多个以将用于燃料计量的燃料喷射器销移动到内燃发动机中。各种弹簧状结构通常结合这些装置使用以施加回程力并且因此有利于燃料喷射器销在致动能量不再施加到压电堆叠之后返回到其“静止”位置。压电致动器通常是电压驱动的或电流驱动的。这样的致动器在低致动频率下最佳地操作，但受限于不大于约100赫兹（Hz）的操作频率。在更高频率下，压电元件的能量损耗造成压电堆叠的自加热。由于压电元件的温度增加，所以压电元件的容量也增大。该容量增大继而增加操作压电致动器所需要的电荷。增加的电荷需求进一步增加发热并且导致公知的“热逃逸”现象。热逃逸涉及增大的容量，从而导致增大的电流和增加的发热，其形成正反馈循环。该正反馈循环最终使压电致动器的温度上升超过其能被最佳地和/或安全地操作的水平。因此需要一种有效的控制方法，其使得压电元件能够在更高频率下有效且安全地操作而没有有害影响。
技术实现思路
本文中描述的是压电控制方法及装置，诸如驱动器，其使得压电元件（例如，在燃料喷射器中的压电元件）能够在更高频率下安全且有效地操作而没有有害影响，诸如由于过度加热而对燃料喷射器造成的损坏。并入了本专利技术的特征的方法及装置能够包括利用波形发生器、波形缩放模块以及功率放大器。在一些实施例中，方法及装置使用在压电元件的操作期间所得到的测量值，诸如电气性能的测量值（诸如频率和/或压电元件电流），以确以何种水平修改发送到压电元件的电激活信号以减少加热。这使得压电元件能够在更高频率（例如，至少200 Hz的频率）下安全且有效地操作，而不对压电元件或燃料喷射器的其他部分造成有害影响。在并入本专利技术的特征的一个实施例中，操作压电元件的方法包括下述步骤：根据输入脉冲产生第一波形，其中，该波形具有可测量波形特征；测量所述压电元件的操作参数，并且将这些操作参数与针对所述操作参数的目标值相比较并与所述可测量波形特征相比较；缩放所述第一波形以更接近地匹配所述目标值，从而产生缩放的输出波形；以及可选地，将所述缩放的输出波形放大到足以驱动所述压电元件的水平。在并入本专利技术的特征的另一实施例中，操作压电元件的方法包括下述步骤：根据输入脉冲产生具有某频率的波形并且测量该频率；然后通过将所述波形的所述频率与临界频率值相比较确定缩放值。如果所述测量的频率小于所述临界频率值，则不修改所述波形。如果所述频率大于所述临界频率值，则使所述压电电流除以所述波形频率以确定参考值并且将所述参考值与目标值相比较。如果所述参考值等于所述目标值，则不修改所述波形。如果所述参考值大于所述目标值，则确定缩放因子以在减小所述波形的特征中使用；如果所述参考值小于所述目标值，则确定所述缩放值以用于增加所述波形的特征。然后通过施加所述缩放值修改所述波形以提供缩放的输出波形。在并入本专利技术的特征的又另一实施例中，压电元件驱动器包括：波形发生器，其被构造成接收数字输入并产生波形输出；缩放模块，其被构造成接收所述波形输出并产生缩放的输出波形；以及功率放大器，其被构造成接收所述缩放的输出波形并产生放大的波形。结合附图，基于下述具体实施方式本专利技术的这些和其他特征及优点将对本领域的技术人员是明显的，在附图中如下。附图说明图1是系统的示意图，其中，通过输入脉冲流的部件通信的信号流动控制并入本专利技术的特征的压电部件系统的输出；图2是并入本专利技术的特征的系统的示意图，其中，通过输入脉冲流的部件通信的信号流动控制压电部件系统的输出；图3是示出在图2中描绘的信号流动中在不同点处的各种信号波形的对比；图4是示出在并入本专利技术的特征的压电致动器操作的示例方法中的决策点和响应的示意图；以及图5是示出并入本专利技术的特征的缩放过程的实施例的电流与频率关系的图表。具体实施方式本文所描述的是压电控制方法，其使得在燃料喷射器中利用的压电元件能够在高于正常频率的频率下安全且有效地操作而没有有害影响诸如由于过度加热而对压电元件造成的损坏。这些方法能够包括监测各种因素并且利用所得到的信息从而以对应的方式调整到压电元件的激活信号。能够以各种方式调整激活信号。例如，在信号通信流动中彼此连接的一个或多个部件的信号输出能够被改变，诸如通过使用波形发生器和功率放大器。能够通过车辆的发动机控制单元（“ECU”）来控制这些各种特征。并入本专利技术的特征的方法使用在压电元件的操作期间各种因素的测量值，诸如电气测量值，诸如频率和/或压电元件电流。尽管并入本专利技术的特征的方法详细地描述了在计算被发送到压电元件的电激活信号的修改程度中使用诸如电荷、电流和电压等操作参数，但应理解的是能够利用与压电元件操作和潜在不需要的有害影响有关的其他操作参数。能够通过利用本领域中已知的各种传感器装置获得这些操作参数的测量值。还能够将所测量的值通信到车辆的ECU，ECU能够基于这些值运行计算并且激活和/或调整各种特征诸如波形发生器和功率放大器，如上所述。在一些实施例中，利用波形缩放模块。波形缩放模块能够是本领域已知的用于调整或改变波形（例如，通过将振幅乘以某值）的任何装置。波形缩放模块能够被构造成当接收到指示某相关测量值（例如，压电元件的电荷、频率和/或电流）已达到某水平的特定信号时，通过期望值调整振幅。贯穿本公开，本文中的优选实施例和所示出的示例作为范例被提供，而不是作为对本公开的范围的限制。如本文中所使用的，术语“专利技术”、“方法”、“本方法”或“本专利技术”指代本文中描述的并入本专利技术的特征的实施例和任何等同物中的任何一个。此外，贯穿本文件“专利技术”、“方法”、“本方法”或“本专利技术”的各种（多个）特征的参考不意味着所有要求保护的实施例或方法都必须包括所参考的（多个）特征。还将理解的是当元件或特征被称为在另一元件或特征“上”或者“邻近”另一元件或特征时，其能够直接在所述另一元件或特征上或者直接邻近所述另一元件或特征，或者还可以存在介于其间的元件或特征。此外，相关术语诸如“外部”、“在...上面”、“下部”、“在...下面”以及类似术语在本文中可以被用于描述一个特征与另一个特征的关系。应理解的是这些术语旨在包括除了在附图中所描绘的定向之外的不同定向。尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或部件，但这些元件或部件不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一元件或部件区分开。因此，下面所讨论的第一元件或部件可被称为第二元件或部件而不偏离本专利技术的教导。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的物品列表中的一个或多个的任何和全部组合。本文中所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并不旨在限制本专利技术。如本文中所使用的，单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作压电元件的方法，其包括下述步骤：根据输入脉冲产生第一波形，所述波形具有可测量特征；测量所述压电元件的操作参数，并且将所述操作参数与针对所述操作参数的目标值相比较并且与所述波形的所述可测量特征相比较；缩放所述第一波形，以便其特征更接近地匹配所述目标值，从而产生缩放的输出波形；以及可选地，放大所述缩放的输出波形以提供足以驱动所述压电元件的电压水平的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.10 US 14/1526721.一种操作压电元件的方法，其包括下述步骤：根据输入脉冲产生第一波形，所述波形具有可测量特征；测量所述压电元件的操作参数，并且将所述操作参数与针对所述操作参数的目标值相比较并且与所述波形的所述可测量特征相比较；缩放所述第一波形，以便其特征更接近地匹配所述目标值，从而产生缩放的输出波形；以及可选地，放大所述缩放的输出波形以提供足以驱动所述压电元件的电压水平的电流。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述波形的所述可测量操作特征包括频率。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述测量的压电操作参数包括压电电流。4.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标值包括目标电流值。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述波形的形状不通过缩放修改。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一波形的所述缩放包括使用缩放值以修改所述第一波形的振幅。7.如权利要求6所述的方法，其中，所述缩放值通过将功率输入除以操作频率被确定。8.如权利要求1所述的方法，其中，软件模块被用来缩放所述第一波形以产生修改的波形。9.如权利要求1所述的方法，其中，所述缩放的输出波形是数字的并且数字模拟（D/A）转换器被使用以在放大所述缩放的输出波形之前将所述缩放的输出波形转换为模拟信号。10.一种操作压电元件的方法，其包括下述步骤：根据输入脉冲产生具有频率的波形并且测量所述频率；通过以下确定缩放值：将所述波形的所述频率与临界频率值相比较并且如果所述测量的频率小于所述临界频率值，则不修改所述波形；如果所述频率大于所述临界频率值，则将到所述压电元件的电流除以所述波...

【专利技术属性】
技术研发人员：M迪亚蒙德，M弗里克，
申请(专利权)人：艾克莫特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US