CN107771244B

CN107771244B - 温度测量装置

Info

Publication number: CN107771244B
Application number: CN201680037416.8A
Authority: CN
Inventors: P.巴比耶; J.罗谢尔
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2020-12-22
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: FR3038053B1; CN107771244A; FR3038053A1; WO2016206810A1; US10859446B2; US20180180490A1

Abstract

本发明公开一种温度测量装置（31），其用于测量构件（32）的温度，所述构件包括：借助控制信号进行控制的部件（33），所述控制信号至多在至少一个有限的活动间隔期间是活动的，并且通过两根导线（34，35）将所述控制信号传送到所述部件（33）；温度测量机构（50），所述温度测量机构与所述部件并联地连接到所述两根导线；以及二极管（51），所述二极管连接在连接到同一根导线的所述部件的端子和测量机构的端子之间，以便允许仅在第一方向（S1）上的电流流入所述部件，通过在所述活动间隔以外在第二方向（S2）上流动的电流进行温度测量，所述第二方向（S2）与所述第一方向（S1）相反。

Description

温度测量装置

技术领域

本发明涉及一种温度测量装置。

背景技术

温度往往会影响构件的行为。因此，构件的温度的测量对于这种构件的控制单元可以是有用的，通常用于调节对构件的控制。

此类构件包括至少一个受控部件。该部件通过至少两根导线连接到控制单元，以便能够接收来自控制单元的控制信号。

为了提供温度测量，已知的是，将温度测量机构添加到构件附近或者将其集成到构件中。这种测量机构通常需要添加至少两根导线，以便为测量机构供电并执行温度测量。不利地，这些导线和相关连接件被添加到用于控制的导线中。

受控部件通常具有一定的电阻，电阻通常随温度而变化。因此，能够且已知通过观察这个电阻值来估计温度。这有利地使得能够再利用控制电路并且不需要添加任何导线。但是，该部件适于构件的功能，因此不具有对随温度变化的电阻的良好的敏感性。因此，这种方法通常不能实现非常准确的温度测量。

因此，例如在构件是喷射器的应用的情况下，喷射器末梢或喷嘴处的温度会影响所喷射的液体的粘度，这会改变所喷射液体的流率。因此，知道温度是有用的，因为根据流率，使得能够校正喷射的持续时间，以便于喷射给定质量的液体。

如果构件是喷射器，则受控部件是该喷射器的线圈。该线圈（主要是电感性的）被优化用于使针发生移动以选择性地阻挡喷射器的喷嘴。另外，此电阻的值具有的量级接近于接线和连接件的电阻的值的量级，因此电阻测量受到接线和连接件的影响。由于干扰的累积，观察到用于确定喷射器温度的线圈的电阻产生大约+/- 20℃的精度，这个精度在预期的应用方面是很低的。

本发明提供了一种新颖的温度测量装置，它没有现有技术的缺点，因为它允许添加测量机构，从而能实现精度的明显提高，而且在控制单元和构件之间不需要额外的导线。

发明内容

本发明涉及一种温度测量装置，其用于测量构件的温度，所述构件包括：借助控制信号进行控制的部件，所述控制信号至多在至少一个有限的活动间隔期间是活动的，并且通过两根导线将所述控制信号传送到所述部件；温度测量机构，所述温度测量机构与所述部件并联地连接到所述两根导线；以及二极管，所述二极管连接在连接到同一根导线的所述部件的端子和测量机构的端子之间，以便允许仅在第一方向上的电流流入所述部件，通过在所述活动间隔以外在第二方向上流动的电流进行温度测量，所述第二方向与所述第一方向相反。

根据另一个特征，所述测量机构和所述二极管设置在所述构件中。

根据另一个特征，所述测量机构是热敏电阻，并且其中，所述部件的电阻与所述热敏电阻的电阻相比是能够忽略的。

根据另一个特征，所述热敏电阻具有可变电阻，优选是负温度系数NTC类型的或正温度系数PTC类型的热敏电阻。

根据另一个特征，该构件是喷射器，以及该部件是线圈。

根据另一个特征，所述装置还包括：控制单元，其在与所述部件相对的一侧上连接到所述两根导线，并且包括开关机构，所述开关机构能够选择性地在控制模式和测量模式之间进行切换，在所述控制模式中，在所述活动间隔期间，所述控制信号借助在所述第一方向上流动的电流通过所述两根导线传送到上述部件；在所述测量模式中，在所述活动间隔之外，测量电流在所述第二方向上在所述两根导线中和所述测量机构中流动。

根据另一个特征，所述装置还包括校正模式，所述校正模式能够根据热模型校正温度测量。

本发明还涉及包括这种测量装置的一部分的构件。

本发明还涉及此类构件和此类测量装置。

附图说明

通过下文参照附图作为指导内容提供的更详细的描述，将更清楚地看出本发明的其它特征、细节和优点，其中：

- 图1描绘了根据现有技术的一个实施例的包括构件和控制单元的组件，

- 图2描绘了根据本发明的一个实施例的相同组件，其被完善成包括温度测量装置。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的装置1，其包括构件2及其控制单元9。构件2包括部件3，部件3的端子各自连接到导线4、5。这两根导线4、5在其另一端连接到控制单元9。

控制单元9能够产生控制信号，该控制信号能够控制部件3。控制单元9对部件3的控制的特征在于，它使用两根导线4、5，并且它不是持续活动的。因此，控制单元9传送给构件2的控制信号仅在部分时间中是活动的，这段时间被称为活动时间并且包括至少一个活动间隔。每个所述活动间隔都是有限的，因为它不是持续的。因此，所述活动间隔空出没有控制信号的至少一个间隔。

控制信号可以是不一定持续的任何信号。它可能是一种编码的数字型控制信号，这两根导线被用作总线或串行链路。在应用于喷射器的情况下，控制信号包括脉冲序列。对应于喷射顺序的每个脉冲序列使用根据脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）进行调制的电流。在两个脉冲序列之间，在零处信号是不活动的。因此，活动间隔对应于一个脉冲序列，而两个脉冲序列之间的持续时间对应于空闲间隔。

控制单元9能够向构件2传送控制信号。根据所图示的实施例，这通过开关机构来实现，该开关机构包括由第一开关12，LS和第二开关13，HS组成的半桥。第一开关12，LS使得能够选择性地使地线11与第二导线5连接。该连接由控制单元9通过输入点17控制，通常信号的高电平控制闭合。第二开关13，HS使得能够选择性地将电压源10，V与第一导线4连接。该连接由控制单元9通过输入点18控制，通常信号的高电平控制闭合。如果开关12、13中的至少一个断开，则不存在电压。如果两个开关12、13同时闭合，则在两根导线4、5之间并因此也在部件3的端子处存在电压V。如果部件3允许，则建立通过部件3和两根导线4、5的电流。应用至点17、18的两个控制一起帮助产生应用至部件3的控制信号。

通常，在喷射器的情况下，“使能（enable）”信号通过点17被应用至开关12、13中的一个，此处是应用至开关12，并且“控制”信号通过点18被应用至另一个开关，此处是应用至开关13。使能信号在部件3的整个使用持续期间（即通常在脉冲序列期间）控制闭合。控制信号在需要启动部件3时控制闭合。因此，根据大致再现应用至点17处的信号的分布图，将电压V应用至部件3的端子处。

装置1的控制单元9还包括续流二极管14，FWD，其从地线11连接到第一导线4与第二开关13之间的连接点，以及齐纳二极管15，ZD，其从地线11连接到第二导线5与第一开关12之间的连接点。

装置1的控制单元9还可以可选地包括组件16，该组件16包括电阻器和运算放大器。电阻器串联连接在第一开关12和地线11之间。电阻器的两个端子中的每一个都连接到运算放大器的输入端，该运算放大器的输出端连接到测量点19。因此，点19处的测量值表示电阻器端子处的电压降，且因此，由于电阻器的值是精确已知的，所以可以估计在电阻器中以及因此在导线4、5和部件3中流动的电流。例如在喷射器的情况下，使用此电流测量值的读数进行伺服控制。

图2示出了根据本发明的装置31，其包括构件32及其控制单元39。

该第二装置31基本上与第一装置1相同。附图标记31-49表示与相应附图标记1-19指定的元件相同的元件，只是数字分别加上了30。这些元件分别执行相同的功能。

因此，构件32包括部件33，部件33的端子各自连接到导线34、35。这两根导线34、35在其另一端处连接到控制单元39。控制单元39能够产生控制信号，该控制信号能够控制部件33。控制单元39对部件33的控制的特征在于，它使用两根导线34、35，并且它不是持续活动的。因此，控制单元39传送给构件32的控制信号仅在部分时间中是活动的，这段时间被称为活动时间，并且包括至少一个活动间隔。每个所述活动间隔都是有限的，因为它不是持续的。因此，所述活动间隔空出没有控制信号的至少一个间隔。

有利地利用所述至少一个空闲间隔（其中未使用导线34、35）来通过再利用所述导线34、35以执行至少一次温度测量。

控制单元39能够向构件32传送控制信号。根据所图示的实施例，这通过开关机构来实现，该开关机构包括由第一开关42，LS1和第二开关43，HS1组成的第一半桥。第一开关42，LS1使得能够选择性地将地线41与第二导线35连接。该连接由控制单元通过输入点47控制，通常信号的高电平控制闭合。第二开关43，HS1使得能够选择性地将电压源40，V与第一导线34连接。该连接由控制单元通过输入点48控制，通常信号的高电平控制闭合。如果开关42、43中的至少一个断开，则不存在电压。如果两个开关42、43同时闭合，则在两根导线34、35之间并因此也在部件33的端子处存在电压V。如果部件33允许，则建立通过部件33和两根导线34、35的电流，且其沿着电流的第一方向S1。应用至点47、48的两个控制一起帮助产生应用至部件33的控制信号。

通常，在喷射器的情况下，“使能”信号通过点47被应用至开关42、43中的一个，这里是应用至开关42，并且“控制”信号通过点48被应用至另一个开关，这里是应用至开关43。使能信号在部件33的整个使用持续期间（即通常在一个脉冲序列期间）控制闭合。控制信号在需要启动部件33时控制闭合。因此，根据大致再现应用至点47处的信号的分布图，将电压V应用至部件33的端子处。

装置31的控制单元39还包括续流二极管44，FWD，其从地线11连接到第一导线34与第二开关43之间的连接点，以及齐纳二极管45，ZD，其从地线41连接到第二导线35与第一开关42之间的连接点。

装置31的控制单元39还可以可选地包括组件36，该组件36各方面都与先前针对装置1所描述的组件16相同。

根据本发明，装置31还包括温度测量机构50。该测量机构50与部件33并联地连接在两根导线34，35之间。装置31还包括二极管51，D1。该二极管51连接在部件33的端子和测量机构50的端子之间，这两个端子连接到两根导线34、35中的同一根导线。该二极管51连接并定向成允许电流仅在电流流动的第一方向S1上通过部件33，首先根据图示流入第一导线34中，然后流入第二导线35中。

因此，二极管51可以连接到第二导线35并且定向成从部件33朝向测量机构50，如图所示。可选地，二极管51可以连接到第一导线34，但是相反地定向成从测量机构50朝向部件33。

此类布置有利地使得能够通过向部件33发送控制信号来控制部件33，如先前参照图1所述。由于该控制信号仅使用在第一电流流动方向S1上的电流，所以二极管51允许控制信号电流通过。假设测量机构50的存在不会改变控制信号向部件33的传送，下文将进一步进行解释。因此，根据本发明的装置31使得能够以与根据现有技术的装置1控制部件3的方式相同的方式控制部件33。

有利地，可以注意到，只有在控制信号实际存在的一个或多个活动间隔期间，这两根导线34、35才由控制单元39所使用。

除了活动间隔，即在空闲间隔期间，能够再利用这两根导线34、35。于是能够在多个空闲间隔中的至少一个期间使电流在构件32中流动，而不会干扰对部件33的控制。另外，经由导线34、35在与第一方向S1相反的第二方向S2上流入构件32的任何电流都不会流入部件33中，因为它被二极管51阻挡。因此，此类电流仅在测量机构50中流动，且使得能够进行温度测量。

根据本发明的装置31因此允许仿效根据现有技术的装置1并且按照与根据现有技术的装置1相同的模式控制部件33、3，并且另外，在导线34、35并不用于控制部件33的多个空闲间隔之一期间，再利用这些导线34、35以实施温度测量，而不需要添加额外的导线。

在希望测量构件32的一个点的温度的应用的情况下，有利地，将测量机构50布置成尽可能靠近所述点并且因此靠近构件32或者甚至更好地布置在构件32中。二极管51可以布置在任何地方。但是，如果偏移，则需要两根连接线。因此，由于二极管51与测量机构50的连接，并且为了减少导线的目的，二极管51也有利地布置在构件32附近，或者甚至更好地布置在构件32中。

从上述内容可以看出，本发明有利地使得能够不更改任何接线和连接，只需要对构件32进行轻微的改动，包括将测量机构50和二极管51集成在构件32附近，或者甚至更好地集成在构件32中。

根据一个实施例，测量机构50是热敏电阻T。热敏电阻是特别适用于测量温度的电阻器。热敏电阻因其精度和随温度而变的良好的电阻分辨率而著称。因此电阻的测量提供了温度的精确测量。例如，通过应用欧姆定律获得电阻的确定：R = U/I，R是电阻，U是电压，以及I是电流。在测量流经热敏电阻T的电流并确定热敏电阻T的端子处的电压之后，实现该应用。

热敏电阻T本质上具有可变电阻。但是，为了提供良好的温度测量分辨率，该电阻通常很高。根据一个有利的实施例，热敏电阻T的电阻的变化区间选择成使得，与热敏电阻T的电阻相比，部件33的电阻是可忽略的。通常，可忽略的指至少等于100的比值。

因此，有利的是，如先前所假设的，在第一方向S1上流动的电流主要在电阻较低的部件33中流动，并且部件33的控制不受热敏电阻T的存在的影响。

根据另一个特征，热敏电阻T具有可变电阻，并且通常是负温度系数NTC类型的或者正温度系数PTC类型的热敏电阻。

在本发明的背景下，良好地选择的这种测量机构50，T使得能够以±1℃的量级的精度执行温度测量。

如已经在优选的应用示例中详细描述的，构件32是喷射器INJ，并且部件33是线圈。这种线圈使布置在喷射器INJ的喷嘴中的针移动，以便于控制开口截面并由此控制喷射液体的流率。知道直接影响液体粘度的温度使得能够校正所喷射液体的量。

此类喷射器可以是布置在进气管中或直接布置在燃烧发动机的汽缸中的燃料喷射器。

此类喷射器也可以是布置在催化转化器上游的排气管中的还原剂喷射器。此类喷射器通常形成选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）系统的一部分。

更通常地，本发明适用于包括由两根导线不持续地控制的部件33的任何构件32。因此，可以选择电磁阀，该电磁阀通过发送到其线圈的控制信号来间歇性地进行控制。

如前所述，根据本发明的装置31还包括控制单元39。该控制单元39在与部件33相对的一侧上连接到两根导线34、35。

该控制单元39包括能够选择性地在控制模式和测量模式之间进行切换的开关机构42、43、52、53。

只要开关42、43中的至少一个闭合，则控制模式是有效的。在该模式中，如前所述，控制信号借助于两根导线34、35传送到部件33。该传送使用在第一方向S1上流动的电流。根据定义，这种传送是在活动间隔期间执行的。控制模式的各个方面均再现根据现有技术的装置1的唯一的操作模式。

根据本发明的装置31还允许在测量模式下进行操作。通过额外开关52、53的存在，形成由第一开关52，LS2和第二开关53，HS2构成的第二半桥，使得能够进行该测量模式。有利地，第一半桥42、43和第二半桥52、53以排斥的方式进行控制（同时闭合两个开关）。第二半桥52、53相对于第一半桥42、43是相反的。

因此，第一开关52，LS2使得能够选择性地将地线41与第一导线34连接。该连接由控制单元39通过输入点54控制，通常信号的高电平控制闭合。第二开关53，HS1使得能够选择性地将电压源40，V与第二导线35连接。该连接由控制单元39通过输入点55控制，通常信号的高电平控制闭合。如果开关52、53中的至少一个断开，则不存在电压。如果两个开关52、53同时闭合，则在两根导线34、35之间以及因此在构件32并且因此在测量机构50的端子处存在电压V（或者更确切地，-V）。于是建立通过测量机构50和两根导线34、35的电流。然而，由于开关52、53相对于开关42、43是反向的，所以该电流被建立在与第一方向S1相反的第二方向S2上。有利地，同时应用至点54、55的两个控制一起帮助产生在测量机构50中流动的电流。

建立通过测量机构50的这个电流使得可以通过知道其电阻/温度特性，通过同时测量该测量机构50的端子处的电压和流经它的电流来确定测量机构50的电阻，并且因此确定其温度。

应用至测量机构50的端子的电压是已知的，它是电源40的电压V。

可以在电路的任何地方测量电流，并且例如有利地在控制单元39中进行测量。类似于前面描述的组件16，组件56是测量该电流的可能的机构。此类组件56可以串联位于电路上的任何点处，并且例如如图所示，串联在地线41和开关52之间。组件56包括电阻器和运算放大器。电阻器串联连接在第一开关52和地线41之间。电阻器的两个端子中的每一个都连接到运算放大器的输入端，该运算放大器的输出端连接到测量点57。因此，点57处的测量值表示电阻器端子处的电压降，且因此，由于电阻器的电阻值是精确已知的，所以能够估计在电阻器中以及因此在导线34、35和测量机构50中流动的电流。

控制单元39因此可以通过控制点54、55的信号以闭合开关52、53，有利地在空闲间隔期间并且在第二电流方向S2上建立测量机构50中的电流，以便不会影响部件33。通过在点57处执行测量来测量该电流。电压V是已知的。欧姆定律的应用使得可以知道测量机构50的电阻，并因此知道温度。

测量装置31使得能够测量该测量机构50的温度。然而，往往在构件32的不可能或不希望放置测量机构50的位置处需要温度测量。

因此，对于喷射器而言，在喷嘴的端部处需要温度（测量）。而不可能将测量机构50准确地放置在该位置处。

因此，有利地，可以使用热模型。此类热模型考虑到测量机构50相对于需要进行温度测量的点（例如，喷嘴）的位置的位置，且由此使得能够在空间上并且需要时在时间上校正温度测量。

装置31可进一步包括校正模块，其应用所述热模型以便于校正在测量机构50处执行的温度测量，以估计期望点处的温度测量。

本发明进一步涉及包括集成在所述构件32中的测量装置31的一部分的构件32。经过改动的此构件32包括通过增加测量机构50和二极管51所改动的根据现有技术的构件2。

本发明还包括一个组件，该组件包括构件32和测量装置31的其余部分，即构件32和控制单元39，其中可选地包括或不包括导线34、35。

Claims

1.一种温度测量装置（31），其用于测量构件（32）的温度，所述构件包括：借助控制信号进行控制的部件（33），所述控制信号至多在至少一个有限的活动间隔期间是活动的，并且通过两根导线（34，35）将所述控制信号传送到所述部件（33），其特征在于，它还包括温度测量机构（50），所述温度测量机构与所述部件（33）并联地连接到所述两根导线（34，35）；以及二极管（51），所述二极管连接在连接到同一根导线的所述部件（33）的端子和测量机构（50）的端子之间，以便允许仅在第一方向（S1）上的电流流入所述部件（33），通过在所述活动间隔以外在第二方向（S2）上流动的电流进行温度测量，所述第二方向（S2）与所述第一方向（S1）相反。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置（31），其中，所述测量机构（50）和所述二极管（51）设置在所述构件（32）中。

3.根据权利要求1所述的温度测量装置（31），其中，所述测量机构（50）是热敏电阻（T），并且其中，所述部件（33）的电阻与所述热敏电阻（T）的电阻相比是能够忽略的。

4.根据权利要求3所述的温度测量装置（31），其中，所述热敏电阻（T）具有可变电阻。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的温度测量装置（31），还包括：控制单元（39），其在与所述部件（33）相对的一侧上连接到所述两根导线（34，35），并且包括开关机构（42，43，52，53），所述开关机构能够选择性地在控制模式和测量模式之间进行切换，在所述控制模式中，在所述活动间隔期间，所述控制信号借助在所述第一方向（S1）上流动的电流通过所述两根导线（34，35）传送到上述部件（33）；在所述测量模式中，在所述活动间隔之外，测量电流在所述第二方向（S2）上在所述两根导线（34，35）中和所述测量机构（50）中流动。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的温度测量装置（31），其还包括校正模式，所述校正模式能够根据热模型校正温度测量。

7.根据权利要求4所述的温度测量装置（31），其中，所述热敏电阻（T）具有负温度系数NTC或正温度系数PTC。

8.一种包括根据权利要求1至4中的任一项所述的温度测量装置（31）的构件（32）。