CN101558221A - 用于控制电磁阀的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明介绍用于控制电磁阀的方法和装置。检测阀门的温度。根据阀门的温度对阀门进行控制和/或给它提供电流。

Description

用于控制电磁阀的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制特别是汽车中的电磁阀的方法和一种装置。
为了对流体，例如燃油，和/或与废气后处理相结合使用的流体，例如水状的尿素溶液进行计量通常使用电磁阀。特别是在废气后处理系统中的应用中这些阀门要经受很高的温度负荷。这增加了待计量的流体的精确计量的困难，因为当温度变化时计量量也发生变化。若不规定进行诊断，则阀门的状况就不清楚。这样控制单元通常就没有下述信息，即阀门是否过载，阀门是否被堵，或者排出的量是否与应计量流体的所希望的量相符。通常规定对这些条件进行评估，并且根据这个评估规定针对这些效应的相应的控制。
发明内容
本发明的优点
采用本发明的装置可使电磁阀可靠运行，并且能对它进行诊断。特别是能考虑温度对计量的影响，并且能提早地识别和避免阀门可能的损坏。此外，可检测阀门，特别是阀针的运动过程，将其用于对阀门的准确控制，并且因此用于准确地计量流体。通过下述措施产生这些优点，即检测阀门的温度，并且在对阀门进行触发和/或给阀门提供电流时考虑它的温度。
若温度最佳化地提供电流是特别有利的。这样就可避免对阀门所不希望的，或者甚至是不允许的加热。在温度最佳化地提供电流的范围内规定如此地提供电流，即对阀门的加热尽可能的小。在这种情况中要忍受阀门的计量特性变坏。这样特别是可能会出现阀门的打开和闭合的延迟。
若是通过一种变化的触发来减少由于温度最佳化的触发所引起的这些变化则是特别有利的。这样就可通过更长时间的供电来补偿延迟的打开。
通过对流过阀门的电流的计算和在阀门上的电压的分析就可简单地测量出电阻，并且因此检测出温度。
附图说明
附图中示出了本发明的一些实施例，下面对这些实施例进行更加详细的说明。这些附图是：
图1：根据本发明的装置的主要部件的方框图。
图2：流过阀门的电流和时间的关系曲线图。
图3：根据本发明的装置的详细图。
具体实施方式
图1示出一个用于控制电磁阀的装置的主要部件。阀门用附图标记100表示。这个阀门通过一个第一开关装置110-也叫做高侧开关(High-Side-Schalter)-和一个电源115的一个第一接头连接。此外该阀门100通过一个也叫做低侧开关(Low-Side-Schater)的第二开关装置120和一个电流测量装置130与该电源的一个第二接头135连接。
第一开关110由一个电流控制装置142触发，第二开关装置由一个计量控制装置144触发。电流控制装置142和计量控制装置144是控制器140的主要部件。原则上也可规定计量触发装置控制第一开关装置110，电流控制开关触发第二开关装置120。在这种情况中应修改其它不同部件的设置，例如电流测量装置130和空运行装置，和/或熄灭装置。
在阀门100和第一开关装置110之间的一个连接点上一个由一个第一电阻160和一个第二电阻170构成的分压器和电源电压的第二接头连接。此外这个点通过一个空运行二极管162和电源电压的第二接头连接。连接点165给电压检测装置152提供信号。
在一个简化的实施形式中规定，取消分压器，并且分接电源的接头115上的电压。
优选地设计为欧姆电阻的电流测量装置130的两个接头到达一个电流检测装置154。电压检测装置152和电流检测装置154形成一个分析装置150的主要部件。
在所示的实施例中阀门通过高侧末极/低侧末极进行触发。在这种情况中按照电流控制，和/或电流调节给第一开关装置提供电流。也就是说如此地选择给第一开关装置110提供电流，从而一个规定的电流流过阀门。对通过阀门的电流的调节例如是通过具有一定频率的脉宽调制的信号的可变化的脉冲-停止-比例决定的。
这就是说电流控制装置142是如此地触发第一开关装置的，给阀门提供所希望的电流。提供电流主要是通过单个阶段中的电流值定义的，特别是通过时刻T2和T3之间的起动电流，和/或通过时刻T4/T5之间的保持阶段中的保持电流定义的。此外，提供电流还通过在其余的阶段中的电流的增加和电流降低定义的。
通过计量控制装置144如此地触发第二开关装置，即在一定的时刻开始计量，并且在一定的时刻结束计量，并且因此在一定的时刻计量流体的一定的量。计量的这些时刻和这些时间段是通过一个上级的控制装置根据内燃机的运行状态或者根据废气后处理系统的状态规定的。主要是通过计量控制装置144来控制电流提供的开始和/或结束的时刻。
由分析电路150检测和分析流过阀门的电流I以及位于该阀门上的电压U。在图2中示范性地示出了在计量周期期间，也就是在借助阀门计量流体期间的电流提供的电流曲线。在时刻T0开始给阀门提供电流。也就是说无论是高侧开关还是低侧开关都是接通的。一直到时间点T2电流是增加的。在时刻T2时电流达到第一电流级。这个电流级也叫做起动电流级。这个电流级是如此选择的，即阀门可靠地过渡到新的终端位置。在时刻T1阀门到达它的终端位置。这样做的结果是阀门的电感发生变化，并且因此电流的增升也发生变化。根据在电压保持不变的情况下电感的这种变化，并且与此相联系地电流的增加也发生变化，通过对电流曲线的分析就可识别这个时刻T1。直到时刻T3通过第一开关装置对电流进行如此的控制，即它保持在它的触发水平。
在时刻T2和T3之间时线圈处于饱和。在这个范围内借助欧姆定律，根据流过的电流和存在的电压优选地计算出线圈的温度。为此要求无论是在线圈上的电压还是流过线圈的电流是已知的。
在时刻T3和T4之间电流降低到线圈的保持电流。这个数值是如此选择的，使阀门保持在它的位置。这意味着阀门保持开着，并且通过第一开关装置如此地调节电流，即电流重新几乎保持恒定。通过电流从保持电流下降，阀门上的损耗功率下降，并且阀门不会过热。
在时刻T5时供电结束，这就是说两个开关装置被打开，并且电流直到时刻T6降到零值。由于机械惯性的原因阀针重新达到它的起始位置需要某些时间。又是通过对电流曲线的分析得到这个时刻。这个测量过程和时刻T1求出转换时刻相类似。在时刻T7之后通常电流为零值，或者为另一规定的数值。从这个时刻起可将补偿值(Offset-Werte)和系列测量值进行平衡。在时刻T7之后计量周期结束。
在图3中更详细地示出了用于阀门的控制单元。该控制单元包括控制器140和分析装置150。已在图1中示出的部件用相应的附图标记表示。所示的控制单元可作为硬件单元实现，或者作为由处理器执行的控制方法实现，或者作为混合形式实现。
连接点165上的电压和电流测量装置130上的电压到达电压检测装置152和电流检测装置154。电流检测装置和电压检测装置优选地设计为A/D转换器。这个转换器将瞬时存在的信号转换成和相应的电压值或电流值相当的数字信号。
由一个DMA 200-也叫做直接存储器访问(Direkt-Memory-Access)-将电流检测装置154或电压检测装置154检测到的电流值和/或电压值写入到一个存储器210中。优选地规定DMA 200作为程序结构实现。
此外，优选地规定第一存储器210、第二存储器和一个执行程序的未示出的计算机集成到处理器中。
为了交换数据，第一存储器210、DMA 200和一个第二存储器220通过一个数据总线250彼此连接。此外，第一存储器210和第二存储器220与地址总线240连接。第二存储器220和状态机(State Machine)230交换信号。这个状态机又给电流控制装置142和计量控制装置144提供相应的信号。
在第二存储器220中存储的数据通过状态机230到达控制器140，这个控制器相应地触发开关装置110和120。
A/D转换器152、154和DMA 200也可以叫做读入装置。状态机230和控制装置140也可以叫做控制装置。DMA 200、状态机230、分析装置150和控制器140一起组成一个接口。优选地这些部件是一个控制仪的组成部件。
有关在阀门上的电压U，和/或流过阀门的电流I的输入数值通过电压检测装置152或电流检测装置154按时触发地由模拟信号转换为数字信号。数字化是借助模拟/数字转换器完成的。这些转换器组成电流检测装置和电压检测装置的主要部件。DMA 200在一定的时刻，也就是按时触发地将数字化的信号写进第一存储器210中。因此在存储器210中存入电压和/或电流的信号关于时间或者角位置的曲线。在这种情况中可以规定，整个计量周期上的所有数值，也就是从时刻T0直到明显的时刻T7之后都是按固定的间隔存入的。
在一个方案中规定仅定义单个的测量窗口。在这些测量窗中将测量值存入到第一存储器210中。也就是说将测量数值只在这样的区域中存入，即这些区域是感兴趣的，并且它们的曲线表示喷射过程的特征。为此规定，根据从预计要出事故的预期时刻或者角位置出发定义测量窗口的开始和结束。这样例如可以规定，期待时刻前的一个固定值的时刻定义为测量窗口的开始。开始后的一个固定时间的时刻用作测量窗口的结束。
在另一方案中也可以规定，对于确定的时间段只存储一个或者多个数值。这样，在T4和T5之间的时间段内仅存储一个数值就够了。在T0和T2之间的时间段内存储多个数值，这样就能可靠地识别在其中线圈的电感发生变化的时刻T1。相应地在时刻T6和T7之间也存储多个数值，以通过对电流曲线的分析识别阀门的闭合。
通过对DMA 200的合适的设计或者编程本装置可和任何消耗器、电流曲线、电压曲线，并且和应用相适配。这就是说产生了一种很灵活的装置。这种装置因此也可成本有利地应用。
根据这些在第一存储器210中存储的电流数值一个未示出的处理器计算不同的特性参数，这些特性参数借助磁阀表示流体计量的特征。这就是说处理器包括一个分析装置，这个分析装置根据在第一存储器210中存储的电流和/或电压的曲线进行状态分析，和/或曲线分析。
这个曲线分析例如求出这样的时刻，即从此时刻起阀门允许流体流动，或者中止流体的流动。这些时刻也叫做打开时刻或BIP，或闭合时刻或EIP。除了这些时刻以外还可从电流和/或电压曲线中求出其它的表示喷射过程特征的时刻。
状态分析例如求出线圈的电阻。为此只需要在合适的时刻读入电流/电压数值。从电阻中优选地求出线的圈的温度，作为温度参数。此外还可检测不同的电流数值，和/或电压数值，以便检查阀门的按规定的功能。这样一个另外的数值就是所谓的补偿电压，和/或补偿电流。在计量周期结束时，或者计量周期前读入这些补偿电压和/或补偿电流。此外，保持电流的数值也可作为其它的参数读入。
根据这些参数和其它在此未详细叙述的参数，处理器计算出来表示计量特征的参数。为此，处理器包括评价装置。这些评价装置评价曲线分析和/或状态分析的结果。若所求出的数值和规定的数值不一致，则处理器对至少一个表示触发特征的控制参数进行修正。
在图2中所示的具有高侧和低侧开关的例子中规定，这两个开关之一在计量周期开始时也就是在时刻T0时是闭合的，在时刻T5时重新打开。第二开关在时刻T0时有一定时间，优选地直到时刻T3是闭合的，并且紧接着用一个脉宽调制的信号进行触发。所述已调制信号是通过它的占空比和它的频率定义的。从时刻T6至时刻T7第一开关短暂闭合，以便能检测闭合时刻。由处理器将这些时刻——从这些时刻起应开始提供电流，和结束提供电流——以及占空比规定的控制参数。也可替代地在结束处将持续时间规定为控制参数。这些表示计量特征的参数由处理器存储在第二存储器220中。
根据这些存储在第二存储器中的数值状态机230计算用于加载开关装置110和120的控制参数。这例如是如此进行的，即状态机根据第二存储器220的内容将两个开关装置的状态的时间或者角度位置的曲线传输到控制器140。然后控制器然后给开关装置110和120提供相应的触发信号。这个状态机230和控制器也叫做控制装置，并且在一个优选的方案中包括在控制仪中。
根据本发明规定下述方法方式。由至少一个开关装置构成的末级通过一个接口由处理器触发。在所述的实施形式中示出两个开关装置。但是也可仅规定一个开关装置，或者也可以还设置其它的开关装置。接口包括至少一个模拟/数字转换器以及DMA(Direkt Memory Access)。这个接口检测电压和/或电流，并且将电压和/或电流的曲线写入到处理器的第一存储器中。根据存储在处理器的第二存储器中的用于阀门的所希望的触发曲线，接口形成用于开关装置的触发信号。处理器与末级的类型无关地分析这些信号，并且计算所希望的触发曲线。该接口使处理器提供或者需要的数值和末级需要或者提供的信号相适配。
这就是说，处理器完全独立于所使用的末级或者所使用的线圈。反之也一样。使用这种处理器可以任何所希望的方式和方法触发每个任何消耗器。通过接口实现消耗器和处理器的适配，及相反。这个接口必须和两者相适配。这个接口仅包括模拟/数字转换器和一个小型的计算单元。这个计算单元承担DMA和状态机的功能。
阀门通常是用于在内燃机中的流体介质的计量。因为这些阀门通常是用在发动机的附近，或者在热的结构部件附近使用，例如用在废气侧翼(Abgastrakt)中，所以这些结构部件的热载荷很大。这种热载荷一方面是通过内燃机，或者配属于它的部件、如废气系统的加热，或者通过在阀门的线圈中通过对阀门的通电的自加热引起的。通过这种加热一方面使线图的内阻发生变化，另一方面在极端情况下可能会出现线圈的损伤甚至破坏。通过线圈内阻的变化，阀门的动态特性也发生变化，这样又影响了流体的计量。
为了避免这种情况现在规定，检测阀门的温度，并且根据阀门的温度对阀门进行触发或者对阀门供电。在这种情况中规定，在静态时，也就是说特别是在时刻T2和T3之间测量在提供电流时的电流。在这种状态中阀门上的电压是已知的，或也对它进行测量。然后根据这种电流和电压确定线圈的内阻。根据该内阻和室温中的已知的内阻求出线圈的温度。为此例如可以规定一个特性曲线族。将线圈温度与内阻的关系存储在该特性曲线族中。可替代地规定，根据检测到的参数计算温度。现在根据这个存储的温度或者直接根据求出的内阻改变阀门的触发策略。一方面按这种意义改变触发策略，即对温度施加影响，另一方面规定如此方式地改变触发，即补偿温度对阀门特性的影响。
为了对温度施加影响例如规定温度最佳化地提供电流。这一点例如通过下述措施是可办到的，即在起动阶段，也就是直到时刻T3，选择比较小的电压或者比较小的电流增升。这样阀门的温度载荷变小了，对应地放慢打开磁阀。通过改变决定提供电流的单个的或者多个参数来影响温度。
通过缩短和/或延长触发来补偿由于温度较高所引起的阀门的变化的动态特性。此外还规定也是通过改变触发来补偿对动态特性的影响，所述影响基于给阀门温度最佳化地提供电流。这又是通过下述措施达到的，即相应地延长和/或缩短触发时间。
根据本发明规定在一定的运行状态，温度最佳地提供电流，也就是说如此地提供电流，即尽可能少地出现损耗热。特别是规定，当识别到温度大于阈值时，或者是线圈的内阻超过一定的数值时要进行这样的温度最佳的提供电流。这样做是特别有利的，因为温度最佳地提供电流通常有这样的后果，即阀门的开关时间，或者是影响计量的量的其它参数会发生变化，或者是触发变得更不准确。因此优选这种温度最佳化的提供电流只有在需要时才这样做。
此外特别有利的是，在提供电流时对特征时刻和电流数值进行检测，并且在触发时予以考虑。因此例如对阀门打开的时刻，和/或阀门闭合的时刻进行检测。这两个时刻基本上确定了计量的流体量。通过检测这些时刻可求出实际已计量的量。若这个量或者这些特征值与规定值不一致，则对触发进行修正，也就是说通过计量控制装置144进行相应的修正，也就是说将计量延长，缩短，和/或推迟一定的量。通过这一措施得出和校正阀门的基于较高温度而产生的变化，或者基于温度最佳化地提供电流所产生的变化。这就是说，根据电流和/或电压的数值求出阀门打开和/或闭合的时刻。然后将这些时刻用于修正触发。
总之这意味着特别是通过对流过阀门的电流和阀门上的电压的分析求出温度，并且在触发时对该温度予以考虑。在这种情况中改变计量，以纠正影响。这优选地通过计量控制装置144和通过对第二开关装置的控制进行。此外，根据温度，温度最佳化地提供电流。这优选地通过经电流控制装置142的相应的控制通过第一开关120的控制得以完成。

Claims (9)

1.用于控制电磁阀的方法，检测阀门的温度，其特征在于，根据阀门的温度触发阀门和/或对阀门提供电流。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，温度最佳地提供电流和/或进行触发。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，检测流过阀门的电流和/或检测在阀门上下降的电压。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，根据电流和/或电压的数值求出温度。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，根据电流和/或电压的数值求出阀门打开和/或闭合的时刻。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，将这些时刻用于修正触发。
7.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，通过改变触发减少通过温度最佳化地提供电流所引起的变化。
8.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，当所测得的温度和/或阀门的内阻超过阈值时进行温度最佳化的触发和/或提供电流。
9.用于控制电磁阀的装置，检测阀门的温度，其特征在于，根据阀门的温度对阀门进行触发和/或给阀门提供电流。
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