CIRCUITO DE ACTIVACIÓN Y PROCEDIMIENTO DE ACTIVACIÓN PARA UN ELEMENTO PIEZOELÉCTRICO.

Circuito de activación (100) para un elemento piezoeléctrico (102) para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna,

que comprende: - una fuente de tensión eléctrica (104), que proporciona en un primer punto de conexión (106) un potencial eléctrico mas bajo, en un segundo punto de conexión (108) un potencial eléctrico medio y en un tercer punto de conexión (100) un potencial eléctrico más alto, estando configurado el segundo punto de conexión (108) para llevar a cabo el acoplamiento sobre un primer electrodo (112) del elemento piezoeléctrico (102); - un elemento de conmutación de carga (114), que conecta un segundo electrodo (113) del elemento piezoeléctrico (102) con el tercer punto de conexión (110) de la fuente de tensión eléctrica (104); y - un elemento de conmutación de descarga (118), que conecta el segundo electrodo (113) del elemento piezoeléctrico (102) con el primer punto de conexión de la fuente de tensión eléctrica (106), - caracterizado porque el potencial eléctrico más bajo del primer punto de conexión (106) de la fuente de tensión eléctrica (104) es un potencial de masa (120) del motor de combustión interna

La presente invención se refiere a un circuito de activación y a un procedimiento de activación para un elemento 5 piezoeléctrico para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los dispositivos de activación para elementos piezoeléctricos son empleados, por ejemplo, en los sistemas de inyección de combustible de un vehículo automóvil. Los elementos piezoeléctricos sirven como componentes de 10 regulación, estando basada la capacidad de funcionamiento del sistema de inyección de combustible en una activación exacta de los componentes de regulación con una corriente eléctrica de control.

En la publicación DE 10 2004 037 720 A1 se ha descrito un circuito de activación para un componente de regulación, en el que se lleva a cabo la activación de un elemento piezoeléctrico, que mueve, por ejemplo, una aguja de una válvula de inyección, con objeto de provocar una inyección de combustible en una cámara de combustión del motor de 15 combustión interna.

En la publicación DE 10 2004 058 671 A1 se divulga otro circuito eléctrico para llevar a cabo la activación de elementos piezoeléctricos, especialmente de una instalación para la inyección de combustible de un vehículo automóvil, que presenta circuitos en serie de elementos piezoeléctricos y transistores de selección, que están conectados en paralelo entre sí. El lado secundario de un convertidor de tensión eléctrica continua está conectado con un condensador tampón 20 a través de un diodo, cuyo condensador tampón proporciona un potencial de funcionamiento de hasta 330 V inclusive de tensión eléctrica continua frente a un potencial de masa del vehículo automóvil. El potencial de funcionamiento puede ser enviado a los ánodos del elemento piezoeléctrico a través de transistores de conmutación, que pueden ser activados de forma cíclica, seleccionándose respectivamente un elemento piezoeléctrico por medio de los transistores de selección. En este caso están dispuestos dos transistores de conmutación, que están conectados en serie, cuyo punto 25 común de conexión está acoplado con un ánodo del elemento piezoeléctrico, que debe ser activado, y uno de los cuales está previsto, respectivamente, para llevar a cabo la carga y, recíprocamente, la descarga del ánodo del elemento piezoeléctrico. En este caso se encuentra en el cátodo el potencial de masa.

Se conoce por la publicación DE 199 03 555 A1 un circuito de activación para un elemento piezoeléctrico para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna. Este dispositivo 30 comprende una fuente de tensión eléctrica, que proporciona diferentes niveles de tensión eléctrica en una pluralidad de puntos de conexión.

Los puntos de conexión están unidos con el elemento piezoeléctrico a través de una unidad de control para la conmutación.

Si ahora se lleva a cabo la carga de uno de los elementos piezoeléctricos a través del transistor de conmutación, que 35 está previsto para llevar a cabo la carga, entonces el elemento piezoeléctrico actúa sobre la aguja de una válvula de inyección y es inyectado combustible en la cámara de combustión del motor de combustión interna. Cuando se produce la subsiguiente descarga, a través del transistor de conmutación, que está previsto para llevar a cabo la descarga, el elemento piezoeléctrico provoca el retorno de la aguja de la válvula de tal manera, que la válvula se vuelve a cerrar.

Con objeto de poder llevar a cabo la inyección de conformidad con un perfil de inyección deseado en un instante, 40 definido del modo más exacto posible, con una dosificación precisa, es deseable que la válvula pueda ser abierta y cerrada del modo más rápido posible por medio del elemento piezoeléctrico, con una carrera tan grande como sea posible. Por lo tanto, en los circuitos de activación conocidos se utiliza un potencial de funcionamiento tan elevado como sea posible, con objeto de llevar a cabo la descarga del ánodo del elemento piezoeléctrico, con el fin de poder generar de este modo una señal de activación con la mayor amplitud posible y con una elevada pendiente del flanco. 45

Sin embargo, el potencial máximo de funcionamiento, que debe ser empleado, está limitado en este caso por una resistencia dieléctrica máxima del elemento piezoeléctrico, puesto que podría producirse una destrucción del elemento piezoeléctrico cuando sean aplicadas tensiones situadas por encima de este valor. Por otra parte, el empleo de tensiones más elevadas requiere un mayor coste a la hora de llevar a cabo el cableado y las conexiones por medio de un enchufe y, así mismo, puede conducir a un empeoramiento de la compatibilidad electromagnética del circuito de 50 activación de tal manera, que se genera un gasto adicional para llevar a cabo el apantallado sobre el circuito de activación propiamente dicho, así como también sobre otros dispositivos electrónicos en el vehículo.

La tarea, en la que está basada la presente invención, consiste, por lo tanto, en conseguir un circuito de activación, que alcance una carrera de mayor tamaño y una mayor velocidad de cierre y de apertura de la aguja de la válvula y, por lo tanto, que posibilite la configuración variable del perfil de inyección, de acuerdo con las necesidades, con una mayor 55 amplitud de variación, sin que el potencial de funcionamiento tenga que ser aumentado por encima de un valor máximo establecido.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

Como solución se propone, de conformidad con la invención, un circuito de activación para un elemento piezoeléctrico para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna con las características de la reivindicación 1. Por otra parte se proporciona un procedimiento de activación para llevar a cabo la activación de un elemento piezoeléctrico para la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de 5 combustión interna, que presenta las etapas que están contenidas en la reivindicación 9 independiente.

Otras configuraciones de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes.

Una idea esencial de la invención consiste en que, no solamente se carga y se descarga de forma cíclica unipolar el elemento piezoeléctrico sino que, por el contrario, durante un ciclo de inyección se invierte la polaridad de la tensión eléctrica, que debe ser aplicada por medio del circuito de activación sobre los electrodos del elemento piezoeléctrico. 10

De este modo se presenta, por un lado, la ventaja de que se agranda la magnitud de la diferencia entre los valores de la tensión eléctrica, afectados por su signo, que tienen que poder ser aplicados en ambos sentidos, respectivamente durante un proceso de inyección, sobre el elemento piezoeléctrico. De este modo, se aumenta la carrera mecánica alcanzable de la válvula de inyección, sin que sea necesario aumentar la magnitud máxima de la tensión eléctrica que es aplicada en un instante arbitrario sobre el elemento piezoeléctrico. 15

Otra ventaja esencial consiste en que aumenta la pendiente del flanco de la señal de la corriente eléctrica de activación, lo cual posibilita una apertura y un cierre más rápidos de la válvula y, por lo tanto, una fijación más precisa del instante en que se produce la inyección. La mayor pendiente del flanco permite, así mismo, regular con una gran exactitud la tensión eléctrica, que es aplicada respectivamente sobre el elemento piezoeléctrico y, por lo tanto, la desviación mecánica del elemento y la cantidad del combustible inyectado. 20

De conformidad con un punto de vista general de la invención, se proporciona un circuito de activación para un elemento piezoeléctrico para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, cuyo circuito de activación comprende una fuente de tensión eléctrica, que proporciona un potencial eléctrico mas bajo, medio y, respectivamente, más alto en un primer, en un segundo y en un tercer punto de conexión, estando configurado el segundo punto de conexión para llevar a cabo el acoplamiento sobre un primer electrodo del 25 elemento piezoeléctrico, comprende un elemento de conmutación de la carga, que conecta un segundo electrodo del elemento piezoeléctrico con el tercer punto de conexión de la fuente de tensión eléctrica,...

1. Circuito de activación (100) para un elemento piezoeléctrico (102) para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, que comprende:

- una fuente de tensión eléctrica (104), que proporciona en un primer punto de conexión (106) un potencial eléctrico mas 5 bajo, en un segundo punto de conexión (108) un potencial eléctrico medio y en un tercer punto de conexión (100) un potencial eléctrico más alto, estando configurado el segundo punto de conexión (108) para llevar a cabo el acoplamiento sobre un primer electrodo (112) del elemento piezoeléctrico (102);

- un elemento de conmutación de carga (114), que conecta un segundo electrodo (113) del elemento piezoeléctrico (102) con el tercer punto de conexión (110) de la fuente de tensión eléctrica (104); y 10

- un elemento de conmutación de descarga (118), que conecta el segundo electrodo (113) del elemento piezoeléctrico (102) con el primer punto de conexión de la fuente de tensión eléctrica (106),

- caracterizado porque el potencial eléctrico más bajo del primer punto de conexión (106) de la fuente de tensión eléctrica (104) es un potencial de masa (120) del motor de combustión interna.

2. Circuito de activación (100) según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de tensión eléctrica (104) está 15 configurada para llevar a cabo la alimentación a partir de una red de corriente eléctrica continua (122), presentando el segundo punto de conexión (108) y el tercer punto de conexión (110) una polaridad frente al potencial de masa (120) igual que la de la red de corriente eléctrica continua (122).

3. Circuito de activación (100) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una tensión eléctrica (124) entre el potencial más alto y el potencial medio presenta una magnitud mayor que la de una tensión 20 eléctrica (126) entre el potencial medio y el potencial más bajo.

4. Circuito de activación (100) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la fuente de tensión eléctrica (104) comprende un convertidor de tensión eléctrica continua (200), de manera especial comprende un convertidor de bloqueo (200) o un convertidor de paso unipolar.

5. Circuito de activación (100) según la reivindicación 4, caracterizado porque el convertidor de tensión eléctrica 25 continua (200) comprende:

- un transformador (202) con un devanado primario (204) y con un primer devanado secundario (206) y un segundo devanado secundario (208);

- un circuito primario, que contiene un elemento de conmutación del circuito primario (210) y el devanado primario (204) del transformador (202); 30

- un primer circuito secundario, que contiene un primer elemento rectificador (212), un primer condensador (214) y el primer devanado secundario (206) del transformador (202); y

- un segundo circuito secundario, que contiene un segundo elemento rectificador (216), un segundo condensador (218) y el segundo devanado secundario (208) del transformador (202).

6. Circuito de activación (100) según la reivindicación 5, caracterizado porque el primer condensador (214) y el 35 segundo condensador (218) están conectados en serie:

- estando acoplados los extremos de conexión, que están conectados entre sí, de los condensadores (214, 218) con el segundo punto de conexión (108) de la fuente de tensión eléctrica;

y

- estando acoplados los otros extremos de conexión respectivos del primer condensador (214) y del segundo 40 condensador (218) con el primer punto de conexión (106) y, respectivamente, con el tercer punto de conexión (110) de la fuente de tensión eléctrica (104).

7. Circuito de activación (100) según la reivindicación 6, caracterizado porque la fuente de tensión eléctrica (104) comprende una unidad de regulación (220), para llevar a cabo la regulación de una tensión eléctrica total (222), entre el primer punto de conexión (106) y el tercer punto de conexión (110), cuya unidad de regulación está conectada sobre el 45 primer punto de conexión (106) y sobre el tercer punto de conexión (110) de la fuente de tensión eléctrica (104), de manera especial por medio de un divisor de la tensión eléctrica (224, 226) y activa, de forma cíclica, al elemento de conmutación del circuito primario (210) en función de la tensión eléctrica total (222).

8.Circuito de activación (100) según la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad de regulación (220) comprende una curva característica (228), que fija una correlación entre la tensión eléctrica total (222) y una duración de la 50 activación del elemento de conmutación del circuito primario (210) y, de manera especial, fija una correlación entre una tensión eléctrica de red (123), la tensión eléctrica total (222) y la duración de la activación.

9. Procedimiento de activación para la activación de un elemento piezoeléctrico (102) para llevar a cabo la inyección de combustible en una cámara de combustión de un motor de combustión interna, con las etapas siguientes:

- la provisión de un potencial de masa (120) del motor de combustión interna y de un potencial de funcionamiento 5 predeterminado;

- la fijación de un primer electrodo (112) del elemento piezoeléctrico (102) a un potencial medio predeterminado entre el potencial de masa y el potencial de funcionamiento;

- la aplicación del potencial de funcionamiento sobre un segundo electrodo (113) del elemento piezoeléctricos (102);

- la desconexión del segundo electrodo (113) del potencial de funcionamiento; y 10

- la aplicación del potencial de masa (120) sobre el segundo electrodo.

Siguen dos hojas de dibujos.