DE102014002420A1

DE102014002420A1 - Stromtreibersystem für eine Magnetspule technisches Gebiet

Info

Publication number: DE102014002420A1
Application number: DE201410002420
Authority: DE
Inventors: Juergen Schaefer; Christian SCHWEIKERT
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2014-08-28
Also published as: CN104006203A; US9528625B2; US20140238494A1; CN104006203B

Abstract

Es wird ein Stromtreibersystem für ein Magnetventil beschrieben. Bei einer Ausführungsform weist das Stromtreibersystem einen Vortreiber auf, um einen Steuereingang eines Transistors zu steuern, der mit einem elektrischen Eingang eines Magnetventils gekoppelt ist. Der Transistor speist elektrische Leistung in das Magnetventil ein, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Das Stromtreibersystem weist ferner einen Signalgenerator auf, um ein Kleinsignal zu erzeugen und das Kleinsignal an den elektrischen Eingang des Magnetventils auszugeben. Die elektrische Leistung, die dem Magnetventil durch das Kleinsignal zugeführt wird, ist wesentlich kleiner als die elektrische Leistung, die durch den Transistor zugeführt wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Das Stromtreibersystem weist ferner eine Messeinheit auf, um eine Antwort auf das Kleinsignal an dem elektrischen Eingang des Magnetventils zu messen.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen, die Magnetventile aufweisen, kann es für eine effiziente Verbrennung vorteilhaft sein, die Stromzufuhr zu einem Magnetventil zeitlich präzise zu steuern. Schwankungen der Parameter der Verbrennung, wie Temperatur, Druck und Alterung der Bauteile, können den Zeitablauf beeinflussen. Daher besteht Bedarf an einer genauen Steuerung von Magnetventilen.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel weist ein Stromtreibersystem für ein Magnetventil einen Vortreiber auf, um einen Steuereingang eines Transistors zu steuern, der mit einem elektrischen. Eingang eines Magnetventils gekoppelt ist. Der Transistor speist elektrische Leistung in das Magnetventil ein, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Das Stromtreibersystem weist ferner einen Signalgenerator auf, um ein Kleinsignal zu erzeugen und das Kleinsignal an den elektrischen Eingang des Magnetventils auszugeben. Die elektrische Leistung, die dem Magnetventil durch das Kleinsignal zugeführt wird, ist wesentlich kleiner als die elektrische Leistung, die durch den Transistor zugeführt wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Das Stromtreibersystem weist ferner eine Messeinheit auf, um eine Antwort auf das Kleinsignal an dem elektrischen Eingang des Magnetventils zu messen.
Die obige Kurzdarstellung dient ausschließlich der Veranschaulichung und ist in keiner Weise als einschränkend auszulegen. Zusätzlich zu den veranschaulichenden Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen, die oben beschrieben wurden, werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale aus den Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Merkmale dieser Offenbarung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch umfassender ersichtlich. Die Offenbarung wird nun mit zusätzlichen Einzelheiten anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei es sich versteht, dass diese Zeichnungen mehrere Ausführungsformen gemäß der Offenbarung zeigen und daher nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend anzusehen sind.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, die ein Magnetventil und ein Stromtreibersystem zum Zuführen von Strom zu dem Magnetventil aufweist.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Magnetventils in einem geschlossenen Zustand.
3 zeigt das Magnetventil von 2 in einem offenen Zustand.
4 zeigt ein Spannungsprofil an einem Magnetventil, wenn es angesteuert wird.
5 zeigt eine Ausführungsform einer Steuerschaltung des Stromtreibersystems von 1.
6 veranschaulicht die Funktionsweise einer Kleinsignalanalyse, die in der in 5 dargestellten Steuerschaltung verwendet wird.
7 zeigt ein Spannungsprofil an einem Magnetventil während eines Verbrennungszyklus.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Magnetventils gemäß einer ersten Ausführungsform.
9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Magnetventils gemäß einer zweiten Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche ebenfalls Teil der Beschreibung sind. Sofern nicht anders vermerkt, kann in der Beschreibung aufeinander folgender Zeichnungen auf Merkmale aus einer oder mehreren der vorhergehenden Zeichnungen Bezug genommen werden, um einen klareren Kontext und eine stichhaltigere Erläuterung der aktuellen beispielhaften Ausführungsform zu liefern. Die beispielhaften Ausführungsformen, die in der ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und Ansprüchen beschrieben sind, sind jedoch nicht als einschränkend auszulegen. Es können andere Ausführungsformen verwendet und andere Änderungen vorgenommen werden, ohne von der Grundidee oder dem Schutzbereich des hier dargelegten Gegenstands abzuweichen. Es versteht sich, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, die hier allgemein beschrieben und in den Figuren dargestellt sind, in einer großen Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet, ersetzt, kombiniert, geteilt und gestaltet werden können.
1 ist ein Blockschaltbild, welches ein Modul 1 zeigt, das ein Magnetventil 12, welches Teil einer Brennkraftmaschine 100 ist, und ein Stromtreibersystem 2. zum Zuführen von Strom zu dem Magnetventil 12 aufweist. Das Stromtreibersystem 2 weist eine Steuerschaltung 10, eine Treiberschaltung 11 und eine Rückkopplungsschaltung 13 auf. Die Steuerschaltung 10 und die Treiberschaltung 11 sind über Signalleitungen CMD und DIA miteinander gekoppelt. Signale, welche über die Signalleitungen CMD übertragen werden, werden durch die Steuerschaltung 10 ausgegeben und durch die Treiberschaltung 11 empfangen. In der entgegengesetzten Richtung werden Signal, welche über die Signalleitungen DIA übertragen werden, durch die Treiberschaltung 11 gesteuert und durch die Steuerschaltung 10 empfangen. Ferner treibt die Treiberschaltung 11 über einen Ausgang 3 des Stromtreibersystems 2 in das Magnetventil 12 Strom. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Ausgang 3 nur einen Ausgangsanschluss für den Strom zu dem Magnetventil 12 auf, während der Strom von dem Magnetventil 12 in einen Masseanschluss 150 fließt, der außerhalb des Stromtreibersystems 2 angeordnet ist. Bei einer alternativen Ausführungsform weist der Ausgang 3, wie unter Bezugnahme auf 5 erläutert werden wird, zwei Ausgangsanschlüsse auf, einen für den Strom zu dem Magnetventil 12 und einen für den Strom von dem Magnetventil 12.
Ein Rückkopplungssignal FBIN wird von dem Magnetventil 12 zu der Rückkopplungsschaltung 13 zurückgeführt. Bei einer Ausführungsform ist FBIN proportional zu der Spannung an Eingängen des Magnetventils 12. Die Rückkopplungsschaltung 13 gibt ein Signal FBOUT an die Treiberschaltung 11 aus. Die Treiberschaltung 11 empfängt über das Signal FBOUT Rückkopplungsinformationen zum Steuern des Stroms, der in das Magnetventil 12 fließt. Die Steuerschaltung 10 gibt die CMD-Signale aus, welche die Treiberschaltung 11 anweisen, auf der Basis des Zustands der CMD-Signale und auf der Basis des Rückkopplungssignals FBOUT Strom über den Ausgang 3 auszugeben. Der Strom, der von der Treiberschaltung 11 geliefert wird, fließt über den Ausgang 3 in das Magnetventil 12, was bewirkt, dass das Magnetventil öffnet, so dass Fluid durch das Magnetventil 12 strömt, um in einen Brennraum der Brennkraftmaschine 100 eingespritzt zu werden. Die zeitliche Steuerung des Fluidstroms kann wichtig sein, um eine effiziente Verbrennung in der Brennkraftmaschine 100 sicherzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen, wie etwa der in 1 dargestellten Ausführungsform, ist die Steuerschaltung 10 als ein Mikrocontroller implementiert. Gemäß solchen Ausführungsformen kann die Steuerschaltung 10 dafür ausgelegt sein, eine oder mehrere Anweisungen auszuführen, um den Beginn und das Ende eines Einspritzzyklus über die CMD-Signale zu steuern. Die Treiberschaltung 11 kann einen Regler aufweisen, welcher den Strom durch das Magnetventil regelt. Die Regelung kann auf einem Modell basieren, welches, neben anderen Parametern, einen Parameter für die Impedanz des Magnetventils enthält. Der induktive Anteil der Impedanz des Magnetventils kann einen starken Einfluss auf einen Steuerungsalgorithmus haben, da fehlerhafte Werte für die Induktivität des Magnetventils 12 zur Folge haben können, dass die Einspritzung von Fluid entweder zu früh oder zu spät erfolgt, was zu einer weniger effizienten Verbrennung führen kann. Daher kann eine genaue Schätzung oder genaue Messung der Impedanz eines Magnetventils helfen, eine Verbrennung effizienter zu gestalten.
In anderen, hier nicht dargestellten Beispielen kann der Regler in der Steuerschaltung 10 auf der Basis von Anweisungen implementiert sein, die durch einen Mikrocontroller ausführbar sind. Solche Anweisungen können einen Steuerungsalgorithmus beinhalten, der auf einem oder mehreren Modellen des Magnetventils 12 basiert.
Die Induktivität des Magnetventils 12 kann sich während seines Betriebs ändern, insbesondere wenn sich der Durchfluss von Fluid durch das Magnetventil 12 ändert. Die Bewegung eines Kolbens des Magnetventils bewirkt, dass das Fluid eine Gegenkraft auf den Kolben ausübt. Diese Kraft kann eine Änderung der Induktivität des Ventils verursachen. Anders ausgedrückt, die Impedanz ist während eines Einspritzzyklus möglicherweise nicht stabil. Ferner können Änderungen anderer Parameter, wie Temperatur und Druck, ebenfalls die Induktivität des Magnetventils 12 ändern. Die Parameter von Magnetventilen können auch durch das Alter beeinflusst werden, was zu unterschiedlichen Wirkungsgraden der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Alter der Magnetventile führen kann.
Ferner kann die Induktivität des Magnetventils 12 einen Hinweis auf den Fluss von Fluid. geben. Es kann eine Änderung der Induktivität des Aktors detektiert werden. Dies liefert eine direkte Rückinformation von dem Ventil darüber, wann das Magnetventil 12 öffnet oder schließt. Falls die Treiberschaltung 11 nicht über die Information verfügt, dass ein Ventil geschlossen ist, sollte die Treiberschaltung nicht den Befehl geben, das Ventil wieder zu öffnen. Somit ist der früheste Zeitpunkt, zu dem das Ventil wieder geöffnet werden kann, in diesem Fall unbekannt. Es kann eine vorbestimmte Wartezeit zwischen dem geöffneten Zustand und dem geschlossenen Zustand eingefügt werden. Diese Wartezeit kann jedoch die Funktion der Brennkraftmaschine beeinträchtigen.
Das Signal FBIN kann Informationen über den Strom oder die Spannung an dem Magnetventil 12 liefern. Eine genauere Steuerung ist jedoch möglich, falls die Steuerung auf weiteren Informationen basiert, welche einen Hinweis auf die aktuelle Impedanz des Magnetventils geben.
Gemäß den Techniken dieser Offenbarung weist das Stromtreibersystem 2 Mittel auf, um Parameter der Impedanz des Magnetventils 12 zu messen, und Mittel, um die jeweiligen Messergebnisse zu der Steuerschaltung 10 zu übertragen. Einzelheiten dieser Funktion werden unter Bezugnahme auf 5 erläutert werden.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Magnetventils 12. Das Magnetventil 12 weist ein Gehäuse 130, eine Spule 121, eine erste Feder 122, eine zweite Feder 123, einen Magnetanker 124, eine Eingangsöffnung 131, eine Ausgangsöffnung 132, eine Nadel 125, einen Behälter 127 und elektrische Eingänge 126 auf. Die erste Feder 122 erstreckt sich zwischen dem oberen Teil des Gehäuses 130 und dem Magnetanker 124. Das Gehäuse 130 weist zwei Öffnungen 131 und 132 auf, welche auch Öffnungen des Behälters 127 sind. Die Öffnung 131 ist eine Eingangsöffnung, und die Öffnung 132 ist eine Ausgangsöffnung. Die Eingangsöffnung 131 ist mit einem Fluidtank verbunden (in 2 nicht dargestellt), welcher Fluid wie etwa Benzin enthält. Dieser Fluidtank kann Teil eines Common-Rail-Systems sein, in welchem Fluid unter einem hohen Druck, z. B. 1000 bar, gespeichert ist. Der Druck bewirkt, dass Fluid in den Behälter 127 des Magnetventils 12 gedrückt wird, so dass der Behälter 127 mit Fluid gefüllt wird.
Die elektrischen Eingänge 126 sind mit den Enden der Drähte der Spule 121 verbunden. Einer der elektrischen Eingänge 126 ist mit dem Ausgang 3 verbunden, der in 1 dargestellt ist, und der andere von den elektrischen Eingängen 126 ist mit dem Masseanschluss 150 verbunden, der ebenfalls in 1 dargestellt ist. 2 zeigt das Magnetventil 12 in einem Zustand, in welchem kein Strom an die elektrischen Eingänge 126 angelegt wird, so dass kein Strom durch die Spule 121 fließt. Daher ist der magnetische Fluss in dem Magnetventil 12 null. In diesem Zustand üben sowohl die erste Feder 122 als auch die zweite Feder 123 eine Kraft auf den Magnetanker 124 aus, wobei die erste Feder 122 eine nach unten gerichtete Kraft und die zweite Feder 123 eine nach oben gerichtete Kraft ausübt. Da die erste Feder 122 stärker als die zweite Feder 123 ist, befindet sich der Magnetanker 124 in einer unteren Position.
Da die Nadel 125 mit dem Magnetanker 124 verbunden ist, wird die Nadel 125 ebenfalls in ihre untere Position gedrückt. Somit verschließt die Nadel 125 die Ausgangsöffnung 132, so dass kein Fluid durch die Ausgangsöffnung 132 hindurch aus dem Behälter 127 austritt.
3 zeigt das Magnetventil 12 von 2 in einem geöffneten Zustand. Über die elektrischen Eingänge 126 wird in die Spule 121 Strom getrieben, wodurch die Umgebung der Spule 121 magnetisiert wird. Das Magnetfeld zieht den Magnetanker 123 nach oben, so dass die auf den Magnetanker 123 einwirkenden, nach oben gerichteten Kräfte größer als die nach unten gerichteten Kräfte sind. Dies bewirkt, dass sich die Nadel 125 ebenfalls nach oben bewegt, wobei sie die Ausgangsöffnung 132 öffnet, so dass Fluid aus dem Behälter 127 das Magnetventil 12 durch die Ausgangsöffnung 132 hindurch verlässt und in einen Brennraum der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 100 eintritt.
4 zeigt eine Spannungskurve der Spannung zwischen den elektrischen Eingängen 126, die in den 2 und 3 dargestellt sind, über der Zeit. Die Spannung ist ein Ergebnis des dem Magnetventil zugeführten Stroms und der Impedanz des Magnetventils. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 wird Strom durch das Stromtreibersystem aktiv in das Magnetventil getrieben, was die Spannung an den elektrischen Eingängen 126 des Magnetventils erhöht. Bei t3 wird das Stromtreibersystem inaktiv, so dass dem Magnetventil kein weiterer Strom zugeführt wird, was eine Abnahme der Spannung verursacht. Bei t4 (mit einem Kreis a markiert) bewirkt aufgrund der Bewegung des Magnetankers ein Rückstrom, dass sich die Spannung zeitweilig wieder erholt, bis die Spannung erneut abnimmt. Bei einer Ausführungsform des Magnetventils ändert sich die Induktivität im Verlaufe eines Einspritzzyklus im Wesentlichen um 15%. Bei einer Ausführungsform hat der Verbrennungszyklus eine Länge von im Wesentlichen 4 bis 6 Millisekunden. Bei anderen Ausführungsformen kann sich die Induktivität um mehr oder weniger als 15% ändern, und der Verbrennungszyklus kann eine Länge von mehr oder weniger als 4 bis 6 Millisekunden haben.
4 verdeutlicht, dass eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt t3, zu dem der Strom ausgeschaltet wird, und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Schließens des Magnetventils vorhanden ist. Diese Verzögerung ist auf die Impedanz der Trägheit der mechanischen Bauteile in dem Magnetventil zurückzuführen. Den Zeitpunkt t4 zu bestimmen, bedeutet zu bestimmen, wann das Magnetventil schließt. Indem diese Information der in 1 dargestellten Treiberschaltung 11 zur Verfügung gestellt wird, wird ein effizienter zeitlicher Ablauf des Verbrennungsprozesses ermöglicht.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Vortreibers 15, eines Endtreibers 40 und des Magnetventils 12. Der Vortreiber 15 und der Endtreiber 40 sind Teil des in 1 dargestellten Stromtreibersystems 12. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst das Stromtreibersystem nicht den Endtreiber, sondern der Endtreiber gehört zu einem von dem Stromtreibersystem getrennten Objekt. Bei einer Ausführungsform ist der Vortreiber, welcher Teil des Stromtreibersystems ist, eine Signalleitung zu dem Endtreiber.
Das Magnetventil 12 wird bei dieser Ausführungsform durch einen Widerstand 21 und eine Induktionsspule 22 repräsentiert, welche in Reihe geschaltet sind. Bei einer Ausführungsform ist der Vortreiber 15 in eine integrierte Schaltung integriert, welche von den Bauteilen des Endtreibers 40 getrennt ist, wobei die Bauteile des Endtreibers 40 als diskrete Bauteile implementiert sind.
In 5 sind die Elemente des Vortreibers 15 als zwei separate funktionale Komponenten dargestellt. Diese zwei Komponenten können jedoch in einigen Beispielen zu derselben integrierten Schaltung gehören, welche auch weitere Elemente des Vortreibers 15 enthalten kann, die in dieser Figur nicht dargestellt sind. In noch anderen Beispielen können die Elemente des Vortreibers 15 separate Komponenten aufweisen, wie in dem Beispiel von 5 dargestellt.
Die in 5 dargestellte Ausführungsform eines Vortreibers 15 weist einen ersten Spannungsregler 37 und einen zweiten Spannungsregler 38 auf, welche jeweils eine Spannung von 7 Volt (V) ausgeben. Der Vortreiber 15 weist ferner einen ersten Pegelumsetzer 36, einen zweiten Pegelumsetzer 39, eine erste Gleichrichterdiode 51, eine zweite Gleichrichterdiode 52, einen ersten high-seitigen Vortreiber 33, einen zweiten high-seitigen Vortreiber 35, eine erste Zenerdiode 41, eine zweite Zenerdiode 42, einen Signalgenerator 17, eine Kopplungseinrichtung 16, eine Antwortmesseinheit 18, eine Rückkopplungsschaltung 13 und einen low-seitigen Vortreiber 34 auf. Der Vortreiber 15 weist die Ausgänge BBx, GBx, SGx, DHx, GHx, SHx, BHx und GHx und die Eingänge sens+_x und sens–_x auf.
Der erste Spannungsgenerator 37 ist mit der Anode der ersten Gleichrichterdiode 51 verbunden, deren Kathode mit dem Ausgang BBx verbunden ist. Der erste Spannungsgenerator 37 erzeugt eine Gleichspannung VREG von 7 V. Der Pegelumsetzer 36 empfängt ein Signal hs_boost und gibt ein Steuersignal an den ersten high-seitigen Vortreiber 33 aus, wobei der erste high-seitige Vortreiber 33 einen NMOS-Transistor 331 und einen PMOS-Transistor 332 aufweist. Die Gates der Transistoren 331 und 332 sind mit dem Ausgang des Pegelumsetzers 36 verbunden. Die Transistoren 331 und 332 sind in Reihe geschaltet, so dass die Source des Transistors 332 mit der Kathode der ersten Gleichrichterdiode 51 verbunden ist und die Source des Transistors 331 mit dem Ausgang SGx verbunden ist. Beide Drains der Transistoren 331 und 332 sind mit dem Ausgang GBx verbunden. Die erste Zenerdiode 41 ist zwischen die Source und das Drain des Transistors 331 geschaltet. Ein Eingang der Antwortmesseinheit 18 ist mit dem Ausgang SGx verbunden.
Der Signalgenerator 17 gibt, wenn er eingeschaltet wird, ein periodisches Rechtecksignal aus, welches eine Spitze-Spitze-Spannung von 500 mV und eine Frequenz von 100 kHz aufweist. Die Kopplungseinrichtung 16 ist als ein Kondensator mit zwei Elektroden ausgeführt, wobei eine erste der Elektroden mit einem ersten Ausgang des Signalgenerators 17 verbunden ist und die zweite der Elektroden mit dem Ausgang SGx verbunden ist. Der zweite Ausgang für den Signalgenerator 17 ist mit dem Ausgang DLx verbunden. Der Signalgenerator 17 ist bei dieser Ausführungsform dafür ausgelegt, das Potential am Ausgang DLx als Referenzpotential zu verwenden und das Potential an seinem ersten Ausgang zu ändern, um das periodische Signal zu erzeugen. Der low-seitige Vortreiber 34 ist als ein Umrichter ausgeführt, welcher durch die Knoten VREG und SLx versorgt wird und welcher ein Eingangssignal Is empfängt, und von dem ein Ausgang mit dem Ausgang GLx des Vortreibers 15 verbunden ist.
Der zweite Spannungsregler 38 gibt eine Spannung von 7 V an seinem Ausgang aus, welcher mit der Anode der zweiten Gleichrichterdiode 52 verbunden ist. Die Kathode der zweiten Gleichrichterdiode 52 ist mit dem Ausgang BHx verbunden. Der zweite Pegelumsetzer 39 empfängt ein Signal hs_vbat und gibt ein Steuersignal an den zweiten high-seitigen Vortreiber 35 aus, wobei der zweite high-seitige Vortreiber 35 einen NMOS-Transistor 333 und einen PMOS-Transistor 334 aufweist. Die Gates der Transistoren 333 und 334 sind mit dem Ausgang des zweiten Pegelumsetzers 39 verbunden, die Transistoren sind in Reihe geschaltet, so dass die Source des Transistors 334 mit der Kathode der zweiten Gleichrichterdiode 52 verbunden ist und die Source des Transistors 333 mit dem Ausgang SHx verbunden ist. Die Drains der Transistoren 333 und 334 sind mit dem Ausgang GHx verbunden.
Der Endtreiber 40 weist einen ersten high-seitigen Schalter 23, einen zweiten high-seitigen Schalter 26 und einen low-seitigen Schalter 24, einen Shunt-Widerstand 25, einen ersten Kondensator 43, einen zweiten Kondensator 46, eine erste Diode 28, eine zweite Diode 44 und eine dritte Diode 45 auf. Bei dieser Ausführungsform sind die high-seitigen Schalter MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Jedoch können bei anderen Ausführungsformen andere Transistoren wie etwa bipolare Transistoren (z. B. bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (Insulated-Gate Bipolar Transistors, IGBTs)) verwendet werden.
Der erste high-seitige Schalter 23 ist als n-Kanal-Leistungs-MOSFET mit einer integrierten Freilaufdiode ausgeführt. Das Gate des ersten high-seitigen Schalters 23 ist mit dem Ausgang GBx des Vortreibers 15 verbunden, während sein Drain mit dem Versorgungsknoten Vboost verbunden ist, welcher eine Versorgungsspannung von 82 V liefert. Die Source des ersten high-seitigen Schalters 23 ist mit dem Knoten HSK verbunden. Der erste Kondensator 43 ist zwischen den Ausgang BBx und den Ausgang SGx des Vortreibers 15 gekoppelt.
Der zweite high-seitige Schalter 26 ist als n-Kanal-Leistungs-MOSFET mit einer integrierten Freilaufdiode ausgeführt. Das Gate des zweiten high-seitigen Schalters 26 ist mit dem Anschluss GHx verbunden, während sein Drain mit dem Versorgungsknoten Vbat verbunden ist, welcher eine Fahrzeugbatterie-Versorgungsspannung von 14 V liefert. Die Versorgungsspannung kann während des Betriebs des Fahrzeugs variieren und kann sich im Falle eines Laststoßes, welcher eine plötzliche Änderung einer Last sein kann, auf eine Spannung von 40 V erhöhen. Die Source des zweiten high-seitigen Schalters 26 ist mit dem Anschluss SHx verbunden. Der zweite Kondensator 46 ist zwischen den Ausgang BHx und den Ausgang SHx des Vortreibers 15 gekoppelt. Die Anode der ersten Diode 28 ist mit Masse verbunden, und die Kathode der ersten Diode 28 ist mit dem Knoten HSK verbunden. Die Anode der dritten Diode 45 ist mit dem Anschluss SHx verbunden, und die Kathode ist mit dem Knoten HSK verbunden. Der zweite Kondensator 46 ist zwischen die Anschlüsse BHx und SHx gekoppelt. Dementsprechend sind der zweite high-seitige Schalter und der erste high-seitige Schalter mit einem der elektrischen Eingänge des Magnetventils gekoppelt.
Das Magnetventil 12 weist zwei Anschlüsse auf, welche in 2 als elektrische Verbindungen bezeichnet sind. Einer dieser Anschlüsse ist mit dem Knoten HSK verbunden, der andere Anschluss ist mit dem Knoten LSK verbunden. Das elektrische Verhalten des Magnetventils 12 kann in 5 durch eine Reihenschaltung des Widerstands 21 und der Induktionsspule 22 zwischen den zwei Anschlüssen des Magnetventils 12 dargestellt werden.
Der low-seitige Schalter 24 ist als n-Kanal-Leistungs-MOSFET mit einer integrierten Freilaufdiode ausgeführt. Das Gate des low-seitigen Schalters 24 ist mit dem Anschluss GLx verbunden, und sein Drain ist mit dem Knoten LSK verbunden. Der Knoten LSK ist außerdem mit dem Anschluss DLx und der Kathode der zweiten Diode 44 verbunden, deren Anode mit dem Spannungsversorgungsknoten Vboost verbunden ist. Der Shunt-Widerstand 25 ist zwischen den Ausgang SLx des Vortreibers 15 und Masse geschaltet.
Falls das Eingangssignal hs_boost ”Low” ist, gibt der Pegelumsetzer 36 eine Spannung von 0 V aus, was bewirkt, dass der Transistor 332 leitend wird. Dies führt dazu, dass die Spannung an dem Knoten GBx ansteigt und auch der high-seitige Schalter 23 leitend wird, was eine Kopplung des Spannungsversorgungsknotens Vboost mit dem Knoten HSK bewirkt.
Wenn das Signal hs_boost ”High” ist, gibt der Pegelumsetzer 36 eine Spannung von 89 V aus, was den Transistor 331 einschaltet und den Transistor 332 ausschaltet. Dann liegt die Spannung am Ausgang GBx auf demselben Potential wie die Spannung am Ausgang SGx, so dass der erste high-seitige Schalter 23 ausgeschaltet wird. Die Spannung am Knoten HSK fällt ab und kann infolge der Induktion des Magnetventils sogar unter 0 V fallen, z B. auf –2 V. Demzufolge liegt die Spannung am Knoten HSK zwischen –2 V und 89 V.
Der Ausgang BBx wird durch den ersten Kondensator 43 verstärkt. Wenn die Spannung an dem Knoten HSK bei –2 V liegt, wird der Ausgang BBx durch den ersten Spannungsregler 37 auf 7 V erhöht. Wenn der erste high-seitige Treiber 23 wieder eingeschaltet wird, wird die Spannung am Knoten HSK auf 82 V gebracht, und der erste Kondensator 43 verstärkt die Spannung am Ausgang BBx auf 89 V. Da der Transistor 332 von dem Knoten BBx versorgt wird, steuert der erste Vortreiber 33 dann den Ausgang GBx über den Transistor 332 auf 89 V.
Falls das Signal hs_vbat auf eine niedrige Spannung gesetzt wird, gibt der Pegelumsetzer 39 eine Spannung von 0 V aus, so dass der PMOS-Transistor 334 des zweiten high-seitigen Schalters eingeschaltet wird, was bewirkt, dass die Spannung an dem Anschluss GHx auf 21 V geht. Infolgedessen wird der zweite high-seitige Schalter 26 eingeschaltet, so dass die Spannung an HSK 14 V erreicht.
Der Ausgang BHx wird durch den zweiten Kondensator 46 verstärkt. Wenn die Spannung an dem Ausgang BHx eine Diodenspannung unterhalb des internen Spannungsreglers 38 ist, wird der Ausgang BHx durch den zweiten Spannungsregler 38 auf 7 V erhöht. Wenn der zweite high-seitige Treiber 26 wieder eingeschaltet wird und die Spannung am Ausgang BHx auf 14 V gebracht wird, verstärkt der zweite Kondensator 46 die Spannung am Ausgang BHx auf 21 V. Dies ermöglicht, dass der zweite Vortreiber 35 den Ausgang GHx über den Transistor 334 auf 21 V steuert.
Gewöhnlich wird, wenn einer der high-seitigen Schalter 23 und 26 eingeschaltet wird, der low-seitige Schalter 24 ebenfalls eingeschaltet, indem eine niedrige Spannung an das Signal Is angelegt wird, was bewirkt, dass der low-seitige Vortreiber 34 eine hohe Spannung am Ausgang GLx ausgibt, so dass der low-seitige Treiber 24 Strom leitet.
Die Rückkopplungsschaltung 13 empfängt zwei Signale von den Eingängen sens+x und dem Eingang sens–x. Die Spannungsdifferenz zwischen diesen Eingängen ist ein Maß für den Strom, der durch das Magnetventil 12 fließt. Die Rückkopplungsschaltung 13 misst die jeweilige Spannungsdifferenz und gibt ihr Messergebnis über das Signal FBOUT an die Treiberschaltung 11 aus, die in 1 dargestellt ist. Die Rückkopplungsschaltung 13 stellt einen ersten Rückkopplungsweg zum Bereitstellen eines Messwertes für einen Strom durch das Magnetventil 12 zur Verfügung. Bei einer weiteren Ausführungsform liefert der erste Rückkopplungsweg einen Messwert einer Spannung an Eingängen des Magnetventils 12. Die Treiberschaltung 11 fungiert als ein Regler, um den Strom durch das Magnetventil 12 zu regeln.
Der Knoten HSK kann durch den ersten high-seitigen Treiber 23 auf 82 V oder durch den zweiten high-seitigen Treiber 26 auf 14 V gesteuert werden, so dass das Spannungsprofil Stufen aufweisen kann.
Wenn der Signalgenerator 17 eingeschaltet wird, gibt er ein periodisches Rechtecksignal aus, das eine Frequenz von 100 kHz und eine Spitze-Spitze-Amplitude von 500 mV aufweist. Die Kopplungseinrichtung koppelt dieses Signal mit dem Ausgang SBx, wodurch eine periodische Spannung mit dem elektrischen Potential am Knoten HSK gekoppelt wird. Das resultierende elektrische Potential, insbesondere das Übergangsverhalten am Knoten HSK, hängt von der Gesamtimpedanz der Last ab, die mit dem Knoten HSK verbunden ist.
Der Signalgenerator 17 erzeugt ein Kleinsignal. Die elektrische Leistung, welche dem Magnetventil 12 zugeführt wird, ist gleich dem Strom durch das Magnetventil 12, multipliziert mit der Spannung zwischen HSK und LSK. Die elektrische Leistung, die durch das Kleinsignal dem Magnetventil zugeführt wird, ist wesentlich kleiner als die elektrische Leistung, die durch den Transistor zugeführt wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist. Zum Beispiel kann die elektrische Leistung, die durch den Transistor dem Magnetventil zugeführt wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist, mindestens zehnmal so groß sein wie die elektrische Leistung, die durch das Kleinsignal dem Magnetventil zugeführt wird. Daher wird das Magnetventil nicht geöffnet. Vielmehr bleibt das Magnetventil im Wesentlichen geschlossen, wenn das Kleinsignal an den elektrischen Eingang des Magnetventils angelegt wird, so dass das Kleinsignal während der Zeit angelegt werden kann, wenn der Transistor 23 ausgeschaltet ist.
In dem angegebenen Beispiel werden elektrische Eingänge mit Spannungssignalen angesteuert, welche zwischen 0 V und 82 V variieren. Somit beträgt die Amplitude 82 V, was viel ist im Vergleich zu der Amplitude von 0,5 V des Kleinsignal. In einigen Beispielen ist die Spannungsamplitude an den elektrischen Eingängen des Magnetventils mehr als 30mal so groß wie die Amplitude des Kleinsignal. Bei dieser Ausführungsform wird der Signalgenerator 17 nur eingeschaltet, wenn der erste high-seitige Schalter 23 und der zweite high-seitige Schalter 26 ausgeschaltet sind, so dass die Impedanz der Last am Knoten HSK durch die Impedanz des Magnetventils 12 dominiert wird. Die Spannungskurve hängt stark von der Impedanz des Magnetventils und daher von dem induktiven Teil der Impedanz des Magnetventils 12 ab.
Die Frequenzantwort auf das eingekoppelte periodische Signal wird durch die Antwortmesseinheit 18 gemessen. Die Antwortmesseinheit 18 kann eine Spannungsmesseinheit und einen Signalprozessor zum Berechnen einer Fouriertransformation des Spannungssignals am Ausgang BSx aufweisen. Weitere Ausführungsformen der Antwortmesseinheit 18 werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren erläutert. Die Antwortmesseinheit 18 gibt einen Messwert für die Impedanz des Magnetventils 12 aus.
Die Antwortmesseinheit 18 stellt einen zweiten Rückkopplungsweg zu dem Regler zum Bereitstellen eines Messwertes für die Antwort auf das eingekoppelte Kleinsignal zur Verfügung.
Das induktive Verhalten des Magnetventils 12 wird detektiert, indem die Wechselstromantwort eines Resonanzkreises mit separater Erregung detektiert wird, wobei der Resonanzkreis durch die Induktivität des Aktors repräsentiert wird. Eine Änderung der Induktivität kann durch die Resonanzamplitude und die Resonanzphase detektiert werden. Die Zeit, zu der sich die Induktivität ändert, ist die Zeit des Öffnens oder Schließens des Ventils.
Bei einer Ausführungsform beträgt die Kapazität des Kondensators, welcher die Kopplungseinrichtung 16 bildet, 100 pF, während die Induktivität des Magnetventils 12 im Bereich von 50 μH liegt. Es ist zu erwarten, dass die Resonanzfrequenz im Bereich von 1 bis 10 MHz liegt, zum Beispiel zwischen 5 und 7 MHz. Die Spannung am Eingang der Antwortmesseinheit 18 wird bei einer Ausführungsform mit einer Abtastfrequenz von 200 MHz abgetastet, was ein ausreichendes Oversampling liefert.
Bei einer Ausführungsform kann der Vortreiber 15 weitere Funktionen bereitstellen, wie etwa eine Anstiegsratensteuerung, Vortreiber für zusätzliche Magnetventile, einen Batteriespannungsmonitor und Testlogik.
6 zeigt Einzelheiten einer Ausführungsform der Antwortmesseinheit 18. Die Antwortmesseinheit 18 weist einen Komparator 180, einen Zähler 181 und einen Spitzenwertschätzer 182 auf. Der Komparator 180 weist einen invertierenden Eingang auf, welcher mit dem Ausgang DLx des Vortreibers 15 verbunden ist, und einen nichtinvertierenden Eingang, welcher mit dem Ausgang SGx des Vortreibers 15 verbunden ist, wie in 5 dargestellt.
Der Komparator 180 gibt ein Signal Compout aus, ein binäres Signal, welches anzeigt, ob die Spannung an dem nichtinvertierenden Eingang höher oder niedriger als die Spannung an dem invertierenden Eingang des Komparators 180 ist. Das Signal Compout wird von dem Zähler 181 empfangen, welcher auch ein Taktsignal clk empfängt. Der Zähler erhöht einen Zählwert für jede neue ansteigende Taktflanke. Jedes Mal, wenn sich das Signal Compout ändert, wird der Zähler auf eins gesetzt. Dementsprechend zählt der Zähler die Anzahl der Taktzyklen zwischen Signaländerungen des Signals Compout. Der Zähler 181 gibt den Zählwert an den Spitzenwertschätzer 182 aus, welcher den höchsten Zählwert als das Signal ”out” ausgibt. Die Antwortfrequenz am Ausgang SGx ist gleich der Frequenz von clk mal ”out” mal 2.
Die Schaltungen, die in 6 schematisch dargestellt sind, sind eine Implementierung, welche nur eine geringe Anzahl von Bauteilen erfordert und dementsprechend flächeneffizient ist. Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Signalgenerator ein Taktsignal mit einer Anstiegsflanke und einer Abfallflanke, wobei die Abfallflanke 100 μs nach der Anstiegsflanke folgt. Die Reaktion beinhaltet eine Sinuswelle mit einer Amplitude, die sich mit der Zeit verkleinert, und einer Frequenz im Megahertzbereich, z B. von 5 MHz.
Bei einer Ausführungsform beträgt die Zählfrequenz clk des Zählers 200 MHz, was ein ausreichendes Oversampling gewährleistet. Bei einer Ausführungsform werden die Einspritzungen der Verbrennung mit einer Frequenz von 200 Hz wiederholt, was einer Periode von 5 ms entspricht. Der Signalgenerator gibt ein Rechtecksignal mit einer Frequenz von 100 kHz aus, d. h. mit einer Periode von 10 μs. Die Frequenzantwort liegt im Bereich von 5 MHz, d. h. hat eine Periode von ca. 200 ns. Das Signal wird im Zähler 181 mit einer Abtastfrequenz von 200 MHz bzw. einer Taktperiode von 5 ns analog-digital-umgewandelt.
7 zeigt Spannungs- und Stromkurven an Knoten der in 5 dargestellten Schaltung während eines Verbrennungszyklus. Die obere Kurve zeigt den Strom durch das Magnetventil, die zweite Kurve die Spannung des Signals hs_boost, die dritte das Signal hs_bat, die vierte Kurve das Signal Is, die sechste die Spannung an dem Knoten d_boost, die siebente Kurve die Spannung am Knoten d_gnd und die unterste Kurve das von dem Signalgenerator ausgegebene Spannungssignal. Das Ansteuern des Magnetventils beginnt mit Voreinspritzungen, bei denen der low-seitige Treiber eingeschaltet wird und bei denen der erste high-seitige Treiber während eines ersten Impulses eingeschaltet wird. Dem ersten Impuls folgen ein zweiter und ein dritter Impuls, bei denen der zweite high-seitige Schalter eingeschaltet wird. Die Voreinspritzungen bewirken, dass ein mittelgroßer Strom in das Magnetventil fließt.
Die gestrichelten Linien in 7 geben eine Option an, bei welcher der low-seitige Schalter 24 früher eingeschaltet wird, so dass Freilaufstrom nicht nur durch die Diode 28, sondern auch durch die Diode 44 fließt, so dass das Magnetventil 12 schneller schließt.
Nach den Voreinspritzungen werden die high-seitigen Schalter und der low-seitige Schalter ausgeschaltet, so dass der Strom auf null abfällt.
Danach beginnen die Haupteinspritzungen mit dem gleichzeitigen Einschalten des low-seitigen Treibers und des zweiten high-seitigen Treibers. Danach wird der zweite high-seitige Treiber ausgeschaltet, gefolgt von zwei Pulsen, während derer der erste high-seitige Treiber wieder eingeschaltet wird. Diese Pulse bewirken, dass ein kleiner Strom in das Magnetventil fließt. Nach diesen Impulsen wird der erste high-seitige Schalter mit sechs Pulsen aktiviert, so dass sich der Strom auf einen maximalen Pegel erhöht. Nachdem der maximale Pegel erreicht worden ist, wird der zweite high-seitige Schalter während elf aufeinander folgender Pulse eingeschaltet. Während dieser Pulse fällt der Strom auf niedrigere Pegel ab.
Nach den elf Pulsen werden die high-seitigen Schalter und der low-seitige Schalter ausgeschaltet, so dass die Spannung wieder auf null fällt. Die Nacheinspritzungen beinhalten die drei Pulse, die durch das Signal hs_bat verursacht werden, so dass ein kleiner Strom durch das Magnetventil fließt.
Es ist anzumerken, dass die Ausführungsform von 7 ein Beispiel einer Nacheinspritzungsperiode zeigt. Der Signalgenerator wird während dieser Nacheinspritzungen ebenfalls eingeschaltet.
Die Folge von Impulsen und die resultierende Stromkurve basieren auf einem Modell des Magnetventils, und es wird davon ausgegangen, dass sie Kraftstoffeinspritzungen liefern, welche eine effiziente Verbrennung gewährleisten. Um die Induktivität des Magnetventils zu messen, werden durch den Signalgenerator periodische Signale erzeugt. Sie werden erzeugt, wenn zu derselben Zeit keiner der high-seitigen Schalter eingeschaltet ist, der low-seitige Schalter eingeschaltet ist und der aktuelle Wert der Induktivität für die Steuerschaltung von Interesse ist. Dies ist insbesondere während der Haupteinspritzungen der, Fall. Ein Messen der Impedanzwerte während der Zeit zwischen den high-seitigen Schaltimpulsen kann der Treiberschaltung während der Haupteinspritzungen Rückkopplungsinformationen liefern, so dass die Treiberschaltung Rückkopplungsinformationen über die Induktivität des Magnetventils empfangen kann, um die Steuerung der Impulse anzupassen.
Zum Beispiel ist die Folge von Signalen hs_boost, hs_bat und Is die standardmäßige Folge, welche in der Treiberschaltung für ein Magnetventil gespeichert ist, welches standardmäßige Parameter aufweist. In einem Beispiel zeigt eine Messung, dass die Induktivität des Magnetventils größer als der standardmäßige Induktivitätsparameter ist. Dies kann dahingehend interpretiert werden, dass es bedeutet, dass die Reaktion des Magnetventils träger ist als gemäß dem Standardmodell. Somit wird die Impulszahl für die high-seitigen Impulse verringert, doch die Länge jedes Impulses wird vergrößert, was zu einer Einspritzkurve führt, welche als effizient bestimmt worden ist.
8 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Magnetventils durch ein Stromtreibersystem gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Stromtreibersystem weist einen Vortreiber zum Steuern eines Steuereingangs eines Transistors auf, wobei der Transistor dazu bestimmt ist, mit einem elektrischen Eingang des Magnetventils gekoppelt zu werden. Das Verfahren weist als Schritt 81 den Schritt des Erzeugens eines Kleinsignal auf. In Schritt 82 wird das Kleinsignal an den elektrischen Eingang des Magnetventils ausgegeben. Schritt 83 beinhaltet das Messen einer Antwort auf das eingekoppelte Kleinsignal an dem elektrischen Eingang des Magnetventils.
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Magnetventils gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Verfahren beginnt mit einem Verfahrensschritt 90, in welchem ein erster Parameter eingestellt wird. Der erste Impedanzparameter beinhaltet einen Wert für die Induktivität des Magnetventils. Dieser Wert kann aus einer Menge von Standardwerten der Induktivität abgeleitet sein, die aus einem Modell für ein standardmäßiges Magnetventil abgeleitet sind oder aus einer früheren Messung des in das Fahrzeug eingebauten Magnetventils abgeleitet sein können. Im folgenden Schritt 91 wird dem Magnetventil entsprechend dem ersten Impedanzparameter Strom zugeführt. Schritt 92 beinhaltet drei Teilschritte, welche den Schritten 81, 82 und 83 entsprechen. Dies bedeutet, dass ein Kleinsignal erzeugt wird, das Kleinsignal in den elektrischen Eingang des Magnetventils eingekoppelt wird und eine Antwort auf das eingekoppelte Kleinsignal an dem elektrischen Eingang des Magnetventils gemessen wird. Schritt 92 kann nach, während oder abwechselnd mit dem Schritt 91 angewendet werden. Auf Schritt 92 folgt Schritt 93, in welchem der Impedanzparameter aus der gemessenen Antwort berechnet wird. Der Impedanzparameter enthält auch einen Wert für die Induktivität. Im folgenden Schritt 94 wird bestimmt, ob die gemessene Impedanz gleich dem ersten Impedanzparameter ist. Ist dies der Fall, fährt das Verfahren mit Schritt 91 fort, andernfalls fährt das Verfahren mit Schritt 95 fort, in welchem der erste Impedanzparameter mit dem gemessenen Impedanzparameter überschrieben wird. Danach fährt das Verfahren mit Schritt 91 fort.
Der gemessene Impedanzparameter wird zu der Treiberschaltung 11 übermittelt, welche bei einer ersten Ausführungsform den Zeitpunkt bestimmt, zu dem das Ventil schließt oder schließen wird, um zur richtigen Zeit Befehle an den Endtreiber zu senden, um dem Ventil wieder Strom zuzuführen. Das Ansteuern des Ventils zur richtigen Zeit führt zu weniger Wartezeit zwischen Verbrennungszyklen und daher zu einer effizienteren Verbrennung. Bei einer zweiten Ausführungsform bestimmt die Treiberschaltung, dass der Impedanzparameter ständig niedrigere Werte aufweist als erwartet. Die Treiberschaltung 11 sendet Änderungen des Stromprofils, um die geänderten Impedanzparameter zu kompensieren. Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform gewährleistet eine Selbstkalibrierung der Treiberschaltung 11 des Magnetventils.
Das Verfahren ermöglicht eine Kompensation von Impedanzänderungen, insbesondere Induktivitätsänderungen, des Magnetventils. Eine Ausführungsform kann wie folgt zusammengefasst werden: Die AC-(Wechselstrom-)Messung wird nur verwendet, wenn die Spule der Einspritzdüse nicht erregt ist und die high-seitigen Treiber-MOSFETs geschaltet werden und keine Freilaufdiode leitet. Der Schwingkreis wird alle 10 μs mit Spannungsstufen von 500 mV aktiviert. Der Schwingkreis reagiert dann mit einer gedämpften Sinusschwingung, wobei die Antwortfrequenz mit der Ankerposition gemäß der folgenden Beziehung verknüpft ist:
L_{Einspritzdüse} = f(Ankerposition)
In einem oder mehreren Beispielen können die hier beschriebenen Funktionen wenigstens teilweise hardwaremäßig implementiert werden, wie etwa durch spezielle Hardwarekomponenten oder einen Prozessor. Allgemeiner können die Techniken hardwaremäßig, durch Prozessoren, Software, Firmware oder irgendeine Kombination davon implementiert werden. Bei Implementierung in Software können die Funktionen auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als eine oder mehrere Anweisungen oder Code auf einem solchen übermittelt werden und durch eine auf Hardware basierende Verarbeitungseinheit ausgeführt werden. Zu computerlesbaren Medien können computerlesbare Speichermedien gehören, welche einem physisch greifbaren Medium wie etwa einem Datenspeichermedium entsprechen, oder Kommunikationsmedien, wozu ein beliebiges Medium gehört, welches eine Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort zu einem anderen ermöglicht, z B. gemäß einem Kommunikationsprotokoll. Auf diese Weise können computerlesbare Medien im Allgemeinen entsprechen (1) physisch greifbaren computerlesbaren Speichermedien, welche nicht flüchtig sind, oder (2) einem Kommunikationsmedium wie etwa einem Signal oder einer Trägerwelle. Datenspeichermedien können beliebige verfügbare Medien sein, auf die durch einen oder mehrere Computer oder einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um Anweisungen, Code und/oder Datenstrukturen zur Implementierung der in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken abzurufen. Ein Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Medium aufweisen.
Beispielsweise, und ohne Einschränkung hierauf, können solche computerlesbaren Speichermedien RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, magnetische Plattenspeicher oder andere magnetische Speichereinrichtungen, Flash-Speicher oder jedes andere Medium sein, das verwendet werden kann, um gewünschten Programmcode in der Form von Anweisungen oder Datenstrukturen zu speichern und auf das durch einen Computer zugegriffen werden kann. Außerdem kann jede Verbindung zutreffend als ein computerlesbares Medium, d. h. ein computerlesbares Übertragungsmedium, bezeichnet werden. Wenn zum Beispiel Anweisungen von einer Website, einem Server oder einer anderen entfernten Quelle unter Verwendung eines Koaxialkabels, eines Glasfaserkabels, eines verdrillten Adernpaares, einer digitalen Teilnehmerleitung (Digital Subscriber Line, DSL) oder drahtloser Techniken, wie etwa Infrarot, Funkwellen und Mikrowellen, übertragen werden, dann werden. das Koaxialkabel, das Glasfaserkabel, das verdrillte Adernpaar, DSL oder die drahtlosen Techniken, wie etwa Infrarot, Funkwellen und Mikrowellen, von der Definition des Mediums mit umfasst. Es versteht sich jedoch, dass computerlesbare Speichermedien und Datenspeichermedien nicht Verbindungen, Trägerwellen, Signale oder andere transiente Medien mit beinhalten, sondern dass sich der Begriff vielmehr auf nicht transiente, physisch greifbare Medien bezieht. Der Begriff ”Platte”, wie er hier verwendet wird, beinhaltet Kompaktplatte (Compact Disc, CD), Laserdisc, optische Platte, Digital Versatile Disc (DVD), Diskette und Blue-ray Disc, wobei ”Disks” Daten gewöhnlich magnetisch reproduzieren, während ”Discs” Daten optisch mit Lasern reproduzieren. Kombinationen der obigen Medien sind ebenfalls im Bedeutungsumfang von ”computerlesbare Medien” enthalten.
Anweisungen können durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, wie etwa eine oder mehrere Zentraleinheiten (Central Processing Units, CPUs), digitale Signalprozessoren (DSPs), Altzweck-Mikroprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), feldprogrammierbare Logikschaltungen (Field Programmable Logic Arrays, FPGAs), Mikroprozessoren, Mikrocontroller oder andere äquivalente integrierte oder diskrete logische Schaltungsanordnungen. Dementsprechend kann sich der Begriff ”Prozessor”, wie er hier verwendet wird, auf eine beliebige von den obigen Strukturen oder eine beliebige andere Struktur, die für eine Implementierung der hier beschriebenen Techniken geeignet ist, beziehen. Weiterhin kann in einigen Aspekten die hier beschriebene Funktionalität innerhalb dedizierter Hardware- und/oder Softwaremodule vorgesehen sein, die dafür konfiguriert sind, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Außerdem könnten die Techniken vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder einem oder mehreren Logikelementen implementiert sein.
Verschiedene Komponenten, Module oder Einheiten wurden in dieser Offenbarung beschrieben, um funktionale Aspekte von Vorrichtungen herauszustellen, die dafür konfiguriert sind, die offenbarten Techniken auszuführen; sie erfordern jedoch nicht unbedingt eine Realisierung durch verschiedene Hardware-Einheiten. Vielmehr können, wie oben beschrieben, verschiedene Einheiten in einer Hardware-Einheit kombiniert sein oder durch eine Sammlung zusammenwirkender Hardware-Einheiten vorgesehen sein, zu denen ein oder mehrere Prozessoren, wie oben beschrieben, in Verbindung mit geeigneter Software und/oder Firmware gehören. Es wurden verschiedene Beispiele beschrieben. Diese und weitere Beispiele liegen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche.

Claims

Stromtreibersystem für ein Magnetventil, welches aufweist: einen Vortreiber, um einen Steuereingang eines Transistors zu steuern, der mit einem elektrischen Eingang eines Magnetventils gekoppelt ist, wobei der Transistor dem Magnetventil elektrische Leistung zuführt, wenn der Transistor eingeschaltet ist; einen Signalgenerator, um ein Kleinsignal zu erzeugen und das Kleinsignal an den elektrischen Eingang des Magnetventils auszugeben, wobei eine Menge an elektrischer Leistung des Kleinsignal, die dem Magnetventil zugeführt wird, wesentlich kleiner als eine Menge der elektrischen Leistung ist, die dem Magnetventil durch den Transistor zugeführt wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist; und eine Messeinheit, um eine Antwort auf das Kleinsignal zu messen.
Stromtreibersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kleinsignal ein periodisches Signal ist.
Stromtreibersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3 wobei während der Zeit, in welcher der Transistor dem Magnetventil Strom zuführt, kein Kleinsignal in den elektrischen Eingang des Magnetventils eingekoppelt wird.
Stromtreibersystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 wobei die Kopplungseinheit aufweist: einen Kondensator, der eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, wobei die erste Elektrode mit einem Ausgang des Signalgenerators verbunden ist und wobei die zweite Elektrode mit dem elektrischen Eingang des Magnetventils verbunden ist.
Stromtreibersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messeinheit eine Frequenzantwort an dem elektrischen Eingang misst.
Stromtreibersystem nach Anspruch 5, wobei die Frequenzantwort innerhalb eines Bereichs von im Wesentlichen zwischen 1 und 10 MHz liegt.
Stromtreibersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Messeinheit aufweist: einen Komparator; und einen Zähler, der einem Ausgang des Komparators nachgeschaltet ist.
Stromtreibersystem nach Anspruch 1 bis 7, wobei der Vortreiber, der Signalgenerator und die Messeinheit monolithisch in einer integrierten Schaltung integriert sind.
Stromtreibersystem nach Anspruch 1, wobei die elektrische Leistung, die durch den Transistor dem Magnetventil zugeführt wird, wenn der Transistor eingeschaltet ist, mindestens zehnmal so groß wie die elektrische Leistung ist, die durch das Kleinsignal dem Magnetventil zugeführt wird.
Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 bis 9, wobei während der Zeit, in welcher der Transistor dem Magnetventil Strom zuführt, kein Kleinsignal in den Ausgang eingekoppelt wird.
Stromtreibersystem nach Anspruch 1 bis 10, welches ferner aufweist: einen Regler zum Regeln des Stroms durch das Magnetventil durch Steuerung des Vortreibers; einen ersten Rückkopplungsweg zu dem Regler zum Bereitstellen eines Messwertes für eine Spannung an dem elektrischen Eingang des Magnetventils und/oder für einen Strom durch das Magnetventil; und einen zweiten Rückkopplungsweg zu dem Regler zum Bereitstellen eines Messwertes für die Antwort auf das. Kleinsignal.
Stromtreiberschaltung nach Anspruch 11, wobei der Regler die Regelung auf der Basis eines Impedanzwertes des Magnetventils durchführt, wobei der Impedanzwert auf der gemessenen Antwort auf das Kleinsignal basiert.
Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 bis 12, wobei das Kleinsignal eine Frequenz im Bereich von 5 bis 10 MHz aufweist.
Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 bis 13, wobei die Messeinheit eine Abtasteinheit zum Abtasten der Antwort mit einer Abtastfrequenz zwischen 100 und 200 MHz aufweist.
Stromtreiberschaltung nach Anspruch 1 bis 14, wobei die Messeinheit eine Nulldurchgangs-Detektionseinheit aufweist.
Verfahren zur Steuerung eines Magnetventils, welches aufweist: Erzeugen eines Kleinsignal; Ausgeben des Kleinsignal an einen elektrischen Eingang des Magnetventils; Messen, unter Verwendung einer Messeinheit, einer Antwort auf das eingekoppelte Kleinsignal an dem elektrischen Eingang des Magnetventils.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Erzeugen des Kleinsignal das Erzeugen eines periodischen Signals beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, welches ferner aufweist: kein Einkoppeln eines Kleinsignal in den Ausgang während der Zeit, in welcher der Leistungstransistor dem Magnetventil Strom zuführt.
Verfahren zur Steuerung eines Magnetventils, welches aufweist: Bestimmen eines ersten Impedanzparameters auf der Basis einer Induktivität des Magnetventils; Zuführen von Strom, über einen Vortreiber, der einen Steuereingang eines Leistungstransistors steuert, zu dem Magnetventil gemäß dem ersten Impedanzparameter, wobei der Strom ein Kleinsignal aufweist; Messen einer Antwort auf das Kleinsignal des zugeführten Stroms an dem elektrischen Eingang des Magnetventils; Bestimmen eines zweiten Impedanzparameters auf der Basis der gemessenen Antwort; und Vergleichen des ersten Impedanzparameters mit dem zweiten Impedanzparameter.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei, falls die gemessene Impedanz nicht gleich dem ersten Impedanzparameter ist, der erste Impedanzparameter mit dem zweiten Impedanzparameter überschrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Kleinsignal ein kleines Spannungssignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19 bis 21, wobei das Kleinsignal ein kleines Stromsignal aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19 bis 22, welches ferner aufweist: Fortfahren, dem Magnetventil Strom gemäß dem ersten Impedanzparameter zuzuführen, nachdem der erste Impedanzparameter mit dem zweiten Impedanzparameter verglichen wurde.
Computerlesbares Medium, welches Anweisungen aufweist, die dafür ausgelegt sind, eine Recheneinrichtung zu veranlassen: ein Kleinsignal zu erzeugen; das Kleinsignal an einen elektrischen Eingang des Magnetventils auszugeben; unter Verwendung einer Messeinheit eine Antwort auf das eingekoppelte Kleinsignal an dem elektrischen Eingang des Magnetventils zu messen.