用于操控壓電致動器的方法和裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)描述了一種用于操控具有壓電堆疊（1）的壓電致動器的方法，所述壓電堆疊尤其是作為噴射器的調(diào)整元件來運行。壓電堆疊（1）在其制造范圍中通過極化處理開始時利用第一場強(qiáng)（VPol）被極化，由此得出壓電堆疊（1）的第一長度（L1）。在本發(fā)明專利技術(shù)方法中，壓電堆疊（1）在運行中利用比第一場強(qiáng)（VPol）小的第二場強(qiáng)（VOp）來操控，其中根據(jù)第二場強(qiáng)（VOp）來定義壓電堆疊（1）的額定長度（SL）。另外監(jiān)視壓電堆疊（1）的額定長度（SL）的由去極化引起的長度改變。最后，在壓電堆疊（1）的長度改變達(dá)到預(yù)給定的閾值（SW）時利用第三場強(qiáng)（VCor）來運行直至達(dá)到壓電堆疊的額定長度（SL）。

Method and apparatus for controlling a piezoelectric actuator

The present invention describes a method for controlling a piezoelectric actuator having a piezoelectric stack (1), which operates in particular as an adjustment element of an injector. The piezoelectric stack (1) is polarized in the range of its manufacture by polarization processing, with the first field strength (VPol) polarized, whereby the first length (L1) of the piezoelectric stack (1) is obtained. In this method, the piezoelectric stack (1) in the operation of the first field (VPol) second (VOp) of the small field to control, which according to the second field (VOp) to define the piezoelectric stack (1) rated length (SL). Further, a length change caused by depolarization is monitored for the nominal length (SL) of a piezoelectric stack (1). Finally, when the length of the piezoelectric stack (1) changes to a preset threshold (SW), the third field strength (VCor) is applied until the piezoelectric stack is rated (SL).

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于操控壓電致動器的方法和裝置
本專利技術(shù)涉及一種用于操控具有壓電堆疊的壓電致動器的方法，所述壓電堆疊尤其是作為噴射器的調(diào)整元件來運行。本專利技術(shù)還涉及一種用于操控這樣的壓電致動器的裝置。
技術(shù)介紹
壓電堆疊是通過施加電壓來實施機(jī)械運動的構(gòu)件。壓電堆疊包括多個對施加電場有反應(yīng)的原料層和多個電極層，其中每個原料層布置在這些電極層中的兩個電極層之間。原料層通常由陶瓷構(gòu)成。原料層的材料是鐵電的并且在其制造時通過加熱到鐵電居里溫度以上并且接下來在電場中冷卻來極化。在制造范圍內(nèi)的該過程被稱為極化處理。由此，最初隨機(jī)取向的偶極矩（白色區(qū)）被基本上平行地取向。通過在正常運行中利用比在極化過程時的場強(qiáng)小的場強(qiáng)來運行壓電堆疊，隨著時間流逝引起也被稱為磁疇的偶極矩的去極化（返回定向）。當(dāng)壓電堆疊遭受變換的溫度時，并且當(dāng)沒有施加電場時，出現(xiàn)相同的效應(yīng)。該效應(yīng)導(dǎo)致壓電堆疊的長度變化。在該上下文中，正常運行被理解為在壓電堆疊的用途條件下來運行該壓電堆疊。壓電堆疊的用途例如可以是在例如機(jī)動車內(nèi)使用的（燃料）噴射閥或者（燃料）噴射器的致動器內(nèi)的使用。正常運行在該情況下被理解為車輛的標(biāo)準(zhǔn)（正常）運行。當(dāng)壓電堆疊被用作為調(diào)整元件、例如被用作為機(jī)動車的非常不同的發(fā)動機(jī)類型的噴射閥中的操作元件時，這導(dǎo)致改變的零點位置。在使用噴射閥中的電壓堆疊時因此可能出現(xiàn)所謂的空沖程，該空沖程可能損害發(fā)動機(jī)的功能或效率。尤其是在作為噴設(shè)閥（噴射器）的調(diào)整元件來采用時，所述效應(yīng)導(dǎo)致，必須考慮壓電堆疊的長度變化的動態(tài)改變，以便確保噴射器的功能安全。為了能夠保證由壓電堆疊的定義的額定長度得到的零點位置，例如使用液壓的路程補(bǔ)償器或者允許壓電堆疊的極性變化運行的電路。另一已知的變型方案探測長度變化的偏差并且對與額定長度有偏差的壓電堆疊長度進(jìn)行校正，所通過的方式是，借助于變化的操控參數(shù)對運動的死區(qū)時間進(jìn)行補(bǔ)償。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)是說明一種用于操控壓電致動器的可能性，其中可以通過更簡單的方式來解決壓電致動器的零點位置。該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的方法以及根據(jù)權(quán)利要求8的特征的用于操控的裝置來解決。有利構(gòu)型由從屬權(quán)利要求得出。本專利技術(shù)提出一種用于操控具有壓電堆疊的壓電致動器的方法，所述壓電堆疊尤其是作為噴射器的調(diào)整元件來運行，其中所述壓電堆疊是在其制造范圍中通過極化處理開始時利用第一場強(qiáng)被極化的壓電堆疊，由此得出壓電堆疊的第一初始長度。在本方法中，所述壓電堆疊在正常運行中、尤其是在機(jī)動車的正常運行中利用這樣的壓電致動器和壓電堆疊利用比第一場強(qiáng)小的第二場強(qiáng)來操控，其中根據(jù)第二場強(qiáng)來定義壓電堆疊的額定長度。壓電堆疊的額定長度在正常運行中的由去極化引起的改變受到監(jiān)視。在達(dá)到長度改變的預(yù)給定閾值時利用第三場強(qiáng)來運行所述壓電堆疊直至達(dá)到壓電堆疊的額定長度。本專利技術(shù)還提出一種用于操控燃料噴射器的壓電致動器的裝置，所述壓電致動器具有通過在其制造范圍中進(jìn)行的極化處理在開始時利用第一場強(qiáng)被極化的壓電堆疊，由此得出壓電堆疊的第一長度。用于操控的所述裝置被構(gòu)造為在運行中利用比第一場強(qiáng)小的第二場強(qiáng)來操控所述壓電堆疊，其中根據(jù)第二場強(qiáng)來定義壓電堆疊的額定長度。所述操控還被構(gòu)造為監(jiān)視壓電堆疊的額定長度的由去極化引起的偏差。所述用于操控的裝置另外被構(gòu)造為，在達(dá)到長度改變的預(yù)給定閾值時利用第三場強(qiáng)來運行壓電堆疊直至達(dá)到壓電堆疊的額定長度。本專利技術(shù)所基于的認(rèn)識是，在利用比用于極化的場強(qiáng)更高的場強(qiáng)運行壓電致動器時引起“后極化效應(yīng)”，其導(dǎo)致磁疇的較強(qiáng)取向。這提供了去極化的壓電堆疊的延長，使得該去極化的壓電堆疊可以返回到其額定長度。根據(jù)本專利技術(shù)的做法使得能夠?qū)弘姸询B進(jìn)行主動的零點校正。該做法的優(yōu)點在于，與由現(xiàn)有技術(shù)已知的解決方法不同不需要液壓的間隙補(bǔ)償（Spielausgleich）來保證用于避免死區(qū)路程的路程補(bǔ)償。同樣可以放棄昂貴的、耗費的雙極電路，該電路在已知解決方案中確保零點位置。與在現(xiàn)有技術(shù)中使用的純適配方法不同，根據(jù)本專利技術(shù)的做法提出一種對零點位置的真實的物理校正。優(yōu)點在于，其中壓電堆疊作為調(diào)整元件運行的噴射器的設(shè)計不必考慮零點位置的推移。有利地可以在噴射器的正常運行中校正零點位置的推移。尤其是，用于主動的長度改變并且由此用于零點校正的第三場強(qiáng)大于第二場強(qiáng)。另外優(yōu)選的，第三場強(qiáng)也大于第一場強(qiáng)。根據(jù)另一適宜的構(gòu)型，所述壓電堆疊在達(dá)到預(yù)給定的閾值之后連續(xù)地利用第三場強(qiáng)來運行，直至壓電堆疊的真實長度對應(yīng)于額定長度。對應(yīng)地，根據(jù)本專利技術(shù)的操控在一個擴(kuò)展方案中被構(gòu)造為連續(xù)的利用第三場強(qiáng)來運行壓電堆疊，直至壓電堆疊的真實長度對應(yīng)于額定長度。在本專利技術(shù)方法的一個擴(kuò)展方案中，壓電堆疊在重新達(dá)到其額定長度之后利用第二場強(qiáng)來運行。為此以對應(yīng)的方式在一個擴(kuò)展方案中構(gòu)造根據(jù)本專利技術(shù)的操控。根據(jù)另一適宜的構(gòu)型，預(yù)給定了壓電堆疊在無操控情況下的初始位置的額定長度通過空沖程探測方法來確定。在另一適宜的構(gòu)型中，同樣通過空沖程探測方法來確定長度變化。根據(jù)本專利技術(shù)的操控對應(yīng)地構(gòu)造來執(zhí)行這樣的空沖程探測方法。這樣的方法可以例如像在WO2006/029931A1中所述那樣來執(zhí)行。附圖說明本專利技術(shù)接下來根據(jù)附圖中的實施例被進(jìn)一步闡述。其中：圖1示出具有不同狀態(tài)中的壓電堆疊的壓電致動器的不同長度的圖示，和圖2示出如下圖示，該圖示示出極化的壓電堆疊取決于不同的作用于其的電場的長度變化。具體實施方式對具有壓電堆疊的壓電致動器的操控的出發(fā)點是，一般這樣選擇在壓電堆疊的陶瓷層的極化處理時的場強(qiáng)VPol和在壓電堆疊運行中的場強(qiáng)VOp，使得壓電堆疊——例如作為發(fā)動機(jī)的噴射器的調(diào)整元件——的標(biāo)準(zhǔn)運行（也或者：正常運行）導(dǎo)致其磁疇的去極化。這如出現(xiàn)的溫度變化那樣導(dǎo)致壓電堆疊的確定無疑的縮短。圖1示出不同狀態(tài)ZS0、ZS1和ZS2中的壓電堆疊1的長度L0、L1和L2。壓電堆疊1在狀態(tài)ZS0中具有長度L0，在狀態(tài)ZS0中壓電堆疊1未被極化。在狀態(tài)ZS0中，陶瓷層的偶極矩仍然隨機(jī)取向。所述偶極矩也被稱為白色區(qū)或磁疇。由于執(zhí)行了極化處理，在該極化處理中壓電堆疊1的陶瓷層被施加具有第一電場強(qiáng)度VPol的場，因此長度增大至L1。在此，壓電堆疊1具有長度L1的狀態(tài)ZS1表示壓電堆疊被極化并且尚未被運行的狀態(tài)。在極化之后（狀態(tài)ZS1），偶極矩基本上被平行取向。狀態(tài)ZS2示出壓電堆疊1被極化并且利用電場強(qiáng)度VOp被運行的情形，該電場強(qiáng)度VOp小于場強(qiáng)VPol，這在正常運行中通常是這種情況。這導(dǎo)致偶極矩或磁疇的去極化、也即返回定向。由此（隨著時間）得出長度越來越小，所述長度在圖1中在ZS2的情況下用L2來表示。該過程在圖2的圖表中可以更好地看出。示出的是隨著時間t的極化參數(shù)PP以及壓電堆疊的長度L，所述極化參數(shù)例如施加在壓電堆疊1上的電壓或由此得出的場強(qiáng)。在圖2的長度－時間圖表中要注意的是，長度L以越向下越大和越向上越小的方式示出。在上部分圖表中因此示出了用于施加給壓電堆疊的電場強(qiáng)度隨著時間的走向。所述施加在此尤其是可以以單個的施加脈沖的方式來進(jìn)行，因此在該情況下應(yīng)將該圖示理解為在所示時間段期間的操控脈沖的所選幅度的圖示。在時刻t0，壓電堆疊具有額定長度SL。在t0和t1之間，壓電堆疊被以場強(qiáng)VOp運行。由此得出已經(jīng)描述的長度變化、也即縮短，該長度變化可以通過下部分圖表中的實際長本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
用于操控燃料噴射器的具有壓電堆疊（1）的壓電致動器的方法，其中所述壓電堆疊（1）是在其制造范圍中通過極化處理開始時利用第一場強(qiáng)（VPol）被極化的壓電堆疊（1），由此得出壓電堆疊（1）的第一長度（L1），其中－所述壓電堆疊（1）在正常運行中利用比第一場強(qiáng)（VPol）小的第二場強(qiáng)（VOp）來操控，其中根據(jù)第二場強(qiáng)（VOp）來定義壓電堆疊（1）的額定長度（SL）；－與壓電堆疊（1）的額定長度（SL）相比較地監(jiān)視壓電堆疊（1）的長度的取決于第二場強(qiáng)（VOp）的由去極化引起的改變；－在壓電堆疊（1）的長度的取決于第二場強(qiáng)（VOp）的這種改變達(dá)到預(yù)給定的閾值（SW）時利用第三場強(qiáng)（VCor）來運行直至達(dá)到壓電堆疊的額定長度（SL）。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2011.08.18 DE 102011081161.31.用于操控燃料噴射器的具有壓電堆疊（1）的壓電致動器的方法，其中所述壓電堆疊（1）是在其制造范圍中通過極化處理開始時利用第一場強(qiáng)（VPol）被極化的壓電堆疊（1），由此得出壓電堆疊（1）的第一長度（L1），其中－所述壓電堆疊（1）在正常運行中利用比第一場強(qiáng)（VPol）小的第二場強(qiáng)（VOp）來操控，其中根據(jù)第二場強(qiáng)（VOp）來定義壓電堆疊（1）的額定長度（SL）；－與壓電堆疊（1）的額定長度（SL）相比較地監(jiān)視壓電堆疊（1）的長度的取決于第二場強(qiáng)（VOp）的由去極化引起的改變；－在壓電堆疊（1）的長度的取決于第二場強(qiáng)（VOp）的這種改變達(dá)到預(yù)給定的閾值（SW）時利用第三場強(qiáng)（VCor）來運行直至達(dá)到壓電堆疊的額定長度（SL）。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三場強(qiáng)（VCor）大于第二場強(qiáng)（VOp）。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第三場強(qiáng)（VCor）大于第一場強(qiáng)（VPol）。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述壓電堆疊在達(dá)到預(yù)給定的閾值之后連續(xù)地利用第三場強(qiáng)（VCor）來運行，直至壓電堆疊（1）的真實長度對應(yīng)于額定長度（SL）。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述壓電堆疊（1）在重新達(dá)到其額定長度（SL）之后利用第二場強(qiáng)（VOp）來運行。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：U容，
申請(專利權(quán))人：大陸汽車有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國,DE