CN1369063A - 尤其用于控制内燃机喷油嘴的执行元件装置 - Google Patents

Abstract

尤其是用于控制内燃机喷油嘴的执行元件装置(1),具有可电激活的执行元件(6),用于激活执行元件(6)的功率开关(7),用于经过控制线路(5)从外部控制单元(2,3)接收用于控制功率开关(7)的控制信号的控制输入端(4),用于采集运行状态的、在输入侧与执行元件(6)和/或功率开关(7)相连的诊断电路(8),其中,控制输入端(4)与至少一个第一开关元件(SW1,SW2,SW3)连接,以便影响电输入性能,并且诊断电路(8)在输出侧与第一开关元件(SW1,SW2,SW3)连接,以便根据运行状态来影响输入性能,并由此使外部控制单元(2,3)经过控制线路(5)实现远距离诊断。

Description

尤其用于控制内燃机喷油嘴的执行元件装置

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的、尤其是用于控制内燃机喷油嘴的执行元件装置。

具有喷油设备的内燃机是已知的，在这些喷油设备中，通过由具有功率晶体管的末级所电气控制的执行元件来操作喷油嘴，其中，所述末级是与执行元件分开地实施的，并且该末级经电缆与此执行元件连接。

此外，末级被集成到执行元件中的执行元件也是已知的，由此取消了执行元件和末级之间的电缆连接，使得可以将执行元件经控制线路直接与发动机控制装置相连。于是在发动机控制装置中，仅还需要一个线路驱动器来代替末级，其中，线路驱动器能够识别发动机控制装置和执行元件之间的控制线路上的故障。在控制线路中断或短路的情况下，发动机控制装置因此可以立即采取合适的措施。但是，通过发动机控制装置中的线路驱动器来诊断集成到执行元件中的末级的故障是不可能的。

因此已知一种所谓的智能执行元件，这种执行元件具有用于监控执行元件和末级的运行状态的诊断能力。因此在这种智能执行元件装置的运行过程中譬如能够识别与地电位或蓄电池电压的短路、执行元件中的中断、末级的失效或供电电压的损失等。为此，将一种诊断电路集成到执行元件中，由该诊断电路测量输出电流和输出电压，并且与给定的参考值进行比较。在识别出故障时，诊断电路则在一个单独的线路上给出相应的信号到发动机控制装置上。

这种智能执行元件的缺点是如下事实，即为了将运行状态反馈到发动机控制装置上而需要一个单独的线路。

因此本发明所基于的任务是创造一种具有集成末级和诊断能力的智能执行元件装置，其中，为了将运行状态反馈到发动机控制装置上，单独的线路是不必要的。

从上述公知的智能执行元件装置出发，通过权利要求1的特征来解决该任务。

本发明包括如下的普通工程学，即通过无论如何都存在的控制线路向发动机控制装置传输智能执行元件装置的运行状态，使得可以舍弃用于反馈运行状态的单独线路。

在此，尤其通过根据当前的运行状态影响执行元件装置的输入性能来实现向发动机控制装置反馈智能执行元件装置的运行状态。在此和在下文应一般性地理解输入性能这种概念，它包括在智能执行元件装置的控制输入端上的全部状态量，这些状态量可以由发动机控制装置经过控制线路来采集，并由此实现从智能执行元件装置向发动机控制装置进行反馈。

在本发明的一种变型中，通过改变控制输入端4的输入阻抗来实现输入性能的依赖于状态的变化。为此譬如可以经过电阻和开关元件将智能执行元件装置中的控制线路与地电位连接。然后，发动机控制装置可以测量控制线路上的线路电阻，并且从中求出执行元件装置的运行状态。为了代替电阻，也可以经过譬如象电容器或电感那样的其它部件将控制线路与地电位或蓄电池电压相连接。也可以按多个等级来改变执行元件装置的输入阻抗，以便能够给发动机控制装置发出多种运行状态信号。譬如可以如此来实现这一点，即执行元件装置中的控制线路经过多个电阻和相应的开关元件与地电位相连，其中各个电阻具有不同的电阻值。

然而，除了输入性能的上述无源的变化之外，有源地影响输入性能也是可能的。譬如可以通过将执行元件装置中的控制线路经过一个开关元件与蓄电池电压相连接来实现运一点。发动机控制装置则从控制线路上的电压识别出智能执行元件装置的运行状态。只要执行元件装置的实时运行要求允许的话，也可以通过在控制线路上进行双向的数据传输来实现向发动机控制装置反馈执行元件装置的运行状态。在数字式数据传输时，这譬如在全双工或半双工运行的范围内是可能的。与此相反，在执行元件装置和发动机控制装置之间进行模拟式数据传输时，可以在不同于由发动机控制装置所生成控制信号的另外频段中传输所述的反馈信号。此时可以以简单的方式通过相应调谐的带通滤波器来实现控制信号与反馈信号的分离。

影响输入性能的上述方式的共同点在于，智能执行元件装置中的控制输入端是与可控制的开关元件连接的。在此，通过在输出侧与开关元件的控制输入端相连的诊断电路来进行输入性能的控制，以便根据运行状态来影响执行元件装置的输入性能。

在本发明的一种优选的实施形式中，诊断电路由一个比较单元和一个连接在其后的逻辑电路组成。在此，比较单元在输入侧与末级和/或与执行元件本身连接，并且在这些测量点上测量电流和/或电压。然后在比较单元中将测量值与给定的参考值进行比较，以便分析执行元件装置的运行状态。然后，比较单元在输出侧控制逻辑电路，此逻辑电路再根据运行状态来激活位于执行元件装置的控制输入端上的多个开关元件，并由此确定控制输入端上的输入阻抗。

按本发明的智能执行元件装置特别有利地适合用在内燃机喷油设备中，其中，尤其应提及的是共轨(Common-Rail)喷油设备。但本发明不局限于这个使用领域。更确切地说，也可以将智能执行元件的本发明原理应用于另外的技术领域，这种智能执行元件具有经过无论如何都存在的控制线路进行远距离诊断的能力。

在从属权利要求中讲述了本发明另外的有利改进方案，或者在以下结合对本发明的有利实施形式的说明并借助附图来详述本发明另外的有利改进方案。所展示的：

图1为具有发动机控制装置的本发明智能执行元件装置的电路图。

图1中所示的电路图展示了用于控制内燃机喷油嘴的一种本发明的智能执行元件装置1。

以下首先说明电路的结构性构造，以便随后根据电路构造的说明来阐述本发明装置的作用方式。

经过具有线路驱动器3的仅示意性地表示的发动机控制装置2来控制执行元件装置1，其中线路驱动器3允许完整地诊断涉及中断和对地电位或运行电压发生低欧姆短路的线路状况。执行元件装置1具有经过控制线路5与线路驱动器3相连接的一个控制输入端4，用于连接到发动机控制装置2上。

在此，通过带有励磁线圈6的执行元件进行喷油嘴的机械操作，其中励磁线圈6的一个接头与蓄电池电压U_B连接，而另一个接头与末级晶体管7的漏极接头连接。末级晶体管7的源极接头直接与地电位连接，使得在末级晶体管7接通时激活执行元件，并且因而也激活喷油嘴。末级晶体管7的栅极接头与控制输入端4连接，使得线路驱动器3可以控制末级晶体管7。

除此之外，控制输入端4经过由一个第一电阻R1＝10kΩ和一个第一开关SW1组成的串联电路与地电位连接，使得通过开关SW1可以改变控制输入端4的输入电阻。

此外控制输入端4经过由一个第二电阻R2＝100kΩ和一个第二开关SW2组成的串联电路与地电位连接，使得根据两个开关SW1、SW2的位置以多个等级来改变输入电阻。

最后还安排了一个第三开关SW3，此开关SW3通过一个接头与蓄电池电压U_B相连，并且通过另一接头与第一开关SW1同第一电阻R1的连接点相连接，使得控制输入端4经过由第一电阻R1和第三开关SW3组成的串联电路与蓄电池电压U_B相连接，以便可以将用于发出运行状态信号的控制输入端4施加到蓄电池电压U_B上。

为了控制三个开关SW1、SW2和SW3，安排了由一个比较单元9和一个逻辑电路10组成的诊断电路8。

逻辑电路10具有与三个开关SW2、SW1和SW3的控制输入端相连的三个数字式输出端P7、P8和P9。除此之外，逻辑电路10还具有与蓄电池电压连接的一个电流供应接头V_CC和与地电位连接的一个地电位接头GND。最后，逻辑电路10还具有决定三个输出端P7、P8和P9上的输出信号的三个数字式输入端P1、P2和P3。

比较单元9具有三个测量输入端I_检测、U_检测和IN_检测，以便采集执行元件装置的运行状态。测量输入端IN_检测与控制输入端4连接，并由此采集发动机控制装置2的控制信号。与此相反，测量输入端U_检测与末级晶体管7的漏极接头连接，并由此采集末级晶体管7上的电压，而测量输入端I_检测被接到励磁线圈6同末级晶体管7的连接点上，并由此间接地确定通过末级晶体管7和因而也通过励磁线圈6的电流。除此之外，比较单元9还具有与蓄电池电压连接的一个电流供应接头V_CC和与地电位连接的一个地电位接头GND。比较单元9在内部将经过测量输入端I_检测、U_检测和IN_检测接收的测量值与给定的参考值进行比较，并且根据比较结果在三个数字式输出端P4、P5和P6上输出相应的数字式信号，其中输出端P4、P5和P6与逻辑电路10的输入端P1、P2和P3连接。

现在接着根据上述的结构性电路构造来阐述本发明执行元件装置的作用方式。

为了阐明电路功能，在下表中示出了不同运行状态的测量输入端I_检测、U_检测和IN_检测上的信号，开关SW1、SW2和SW3的位置，以及控制输入端4的输入电阻。标记″G″在此意味着，相应的开关是闭合的，而标记″O″相当于断开的开关。

	运行状态	IN检测＝P6	I检测＝P4	U检测＝P5	SW1＝P8	SW2＝P9	SW3＝P7	输入阻抗
									1	无故障	低	低	高	G	O	O	10kΩ
高	高	低	G	O	O	10kΩ
							2	无电压			低	低	低	O	O	O	很大
高	低	低	O	O	O	很大
									3	执行元件中断	低	低	低	O	O	O	很大
高	低	低	O	O	O	很大
							4	末级不接通			低	低	高	G	O	O	10kΩ
高	低	高	G	G	O	100kΩ
									5	短路末级/执行元件	低	高	低	O	O	G	10kΩ通向UB
高	高	低	G	O	O	10kΩ

现在首先说明执行元件装置1的、在表格的开头两行中所示的无故障运行。在由发动机控制装置2激活执行元件时，线路驱动器3经过控制线路5给出一个由测量输入端IN_检测所测量的高电平到控制输入端4上。末级晶体管7在此接通，使得测量输入端U_检测的电位下降到地电位，并且相应地具有一个低电平。与此相反，测量输入端I_检测具有一个高电平，因为励磁线圈6基于接通的末级晶体管7是流过电流的。比较单元9的输出端P4、P5和P6以及逻辑电路10的输入端P1、P2和P3则相应地具有值P4＝P1＝高，P5＝P2＝低，和P6＝P3＝高。逻辑电路10然后根据施加在输入端P1、P2和P3上的信号按照下表决定输出端P7＝P9＝低和P8＝高，即开关SW1闭合，而开关SW2和SW3是闭合的。

在此运行状态下控制输入端4的输入电阻R_IN为R_IN＝R1＝10kΩ。

P1＝P4	P2＝P5	P3＝P6	P7	P8	P9
						低	低	低	低	低	低
低	低	高	低	低	低
						低	高	低	低	高	低
低	高	高	低	高	高
						高	低	低	高	低	低
高	低	高	低	高	低
						高	高	低	无所谓	无所谓	无所谓
高	高	高	无所谓	无所谓	无所谓

在未激活但是无故障的状态下，与此相反地有一个低电平位于控制输入端4上，使得末级晶体管7截止。这导至测量输入端I_检测表现为一个低电平，因为没有电流流过励磁线圈6。与此相反，在测量输入端U_检测上出现蓄电池电压和因此出现一个高电平，而测量输入端IN_检测接收所述的控制信号，并且因此同样具有一个低电平。逻辑电路10的输入端因此具有逻辑值P4＝P1＝低，P5＝P2＝高，和P6＝P3＝低，使得在逻辑电路10的输出端上按上列的表格输出值P7＝P9＝低和P8＝高，即当开关SW2和SW3是闭合时，开关SW1是闭合的。控制输入端4的输入电阻R_IN相应地为R_IN＝R1＝10kΩ。

现在接着说明在蓄电池电压失效时执行元件装置1的运行性能。在此情况下，在逻辑电路10的输出端P7、P8和P9上基于电压失效而出现一个低电平，使得所有的开关SW1、SW2和SW3是断开的。与此相应地，控制输入端4的输入电阻R_IN等于末级晶体管的输入电阻，即是很高欧姆的。

如果与此相反地中断了励磁线圈6的话，电流则不能流过励磁线圈6，并且测量输入端I_检测始终具有一个低电平。此外在此故障情况下，测量输入端U_检测始终位于地电位上，并且因此具有一个低电平。信号P1＝低、P2＝低因此位于逻辑电路10的输入端上，而输入端P3取决于控制输入端4。逻辑电路10按上列的表格从中计算出输出信号P7＝P8＝P9＝低，使得所有的开关SW1、SW2和SW3断开。在此情况下，象在以上所述的蓄电池电压损失时那样，控制输入端4上的输入电阻是很高欧姆的。

现在接着说明在末级晶体管不再接通的故障情况下的执行元件装置1的运行性能。在此情况下测量输入端U_检测始终位于蓄电池电压上，并且因此位于高电平上，而测量输入端I_检测具有一个低电平，因为再没有电流可以流过励磁线圈6。所以在此故障情况下，在逻辑电路10的输入端上出现信号P1＝P4＝低和P2＝P5＝高，而输入端信号P3取决于通过发动机控制装置2的控制。然后，按照上列的逻辑表格在输出端上出现P8＝高和P7＝低，使得开关SW1闭合，而开关SW3断开。与此相反，开关SW2的位置在此情况下取决于发动机控制装置的控制。在控制信号IN_检测＝低时，在逻辑电路10的输入端P3上同样地出现一个低电平，使得在逻辑电路10的输出端P9上出现一个低电平，并且开关SW2断开。在此故障情况下，执行元件装置1的输入电阻R_IN等于电阻R1＝10kΩ。与此相反，在执行元件装置1由发动机控制装置2控制时，测量输入端IN_检测具有一个高电平，使得一个高电平也位于逻辑电路10的输入端P3上。逻辑电路10的输出端P9则按照以上的逻辑表格具有一个高电平，使得开关SW2也闭合。控制输入端4上的内电阻R_IN则基本上等于电阻R2＝100Ω。

最后，现在来说明如下故障情况，在此故障情况下末级晶体管7短路，或者励磁线圈6与地电位接触。在此情况下，测量输入端U_检测位于地电位上，使得在比较单元9的输出端P5上和在逻辑电路10的输入端P2上也存在着一个低电平。由于末级晶体管7中的短路，测量输入端I_检测位于高电平上，使得在比较单元9的输出端P4上和在逻辑电路10的输入端P1上也出现一个高电位，而逻辑电路10的输入端P3上的信号取决于发动机控制装置2的控制。在控制线路5上的高电平时，在逻辑电路10的输入端P3上也出现一个高电平，使得逻辑电路10的输出端具有值P9＝低、P8＝高和P7＝低。与此相应，开关SW1是闭合的，而开关SW2和SW3是断开的。控制输入端4上的输入电阻R_IN则为R_IN＝10kΩ。与此相反，在控制线路5上的低电平时，在测量输入端IN_检测上和因此也在逻辑电路10的输入端P3上出现一个低电平。逻辑电路10的输出端则取值P9＝低、P7＝高、和P8＝低，使得开关SW3是闭合的，而开关SW1和SW2是断开的。蓄电池电压U_B则经过输入电阻R_IN＝R1＝10kΩ位于控制输入端4上。

因此，控制输入端4上的输入电阻R_IN或控制输入端4上的电压取决于执行元件装置1的运行状态，使得发动机控制装置2可以通过监控控制线路5而不用附加的线路就能求出执行元件装置1的运行状态。

本发明在其实施中不局限于以上所给出的优选实施例。更确切地说，在类型根本不同的实施方案中也可以设想利用所述解决方案的一定数量的变型。

Claims (6)

1.尤其是用于控制内燃机喷油嘴的执行元件装置(1)，具有

可电气激活的执行元件(6)，

用于激活所述执行元件(6)的功率开关(7)，

用于经控制线路(5)从外部控制单元(2，3)接收用于控制功率开关(7)的控制信号的控制输入端(4)，

用于采集运行状态的、在输入侧与执行元件(6)和/或功率开关(7)连接的诊断电路(8)，其特征在于，

所述控制输入端(4)与至少一个第一开关元件(SW1，SW2，SW3)连接，以便影响电输入性能，并且

所述诊断电路(8)在输出侧与所述第一开关元件(SW1，SW2，SW3)连接，以便根据运行状态来影响输入性能，并由此使外部控制单元(2，3)经过控制线路(5)实现远距离诊断。

2.按权利要求1的执行元件装置(1)，其特征在于，所述第一开关元件(SW1)将控制输入端(4)经过一个第一电阻(R1)与地电位连接。

3.按权利要求1或2的执行元件装置(1)，其特征在于，一种将控制输入端(4)经过一个第二电阻(R2)与地电位相连的第二开关元件(SW2)。

4.按权利要求3的执行元件装置(1)，其特征在于，所述第二电阻(R2)远远小于所述第一电阻(R1)。

5.按以上权利要求之一的执行元件装置(1)，其特征在于，一种将控制输入端(4)经过一个第三电阻(R1)与供电电压相连的第三开关元件(SW3)。

6.按以上权利要求之一的执行元件装置(1)，其特征在于，所述诊断电路(8)具有带有多个数字式输入端(P1，P2，P3)和输出端(P7，P8，P9)的逻辑电路(10)，并且具有带有多个模拟式输入端(IN_检测，U_检测，I_检测)和多个数字式输出端(P4，P5，P6)的比较单元(9)，用于控制逻辑电路(10)，

其中，所述比较单元(9)的模拟式输入端(IN_检测，U_检测，I_检测)与执行元件(6)和功率开关(7)连接，以便采集运行状态，

而所述逻辑电路(10)的数字式输出端(P7，P8，P9)各自与开关元件(SW1，SW2，SW3)中的一个相连，以便影响控制输入端(4)上的输入性能。

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