DE19645062A1

DE19645062A1 - Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule

Info

Publication number: DE19645062A1
Application number: DE19645062A
Authority: DE
Inventors: Barry John Ensten
Original assignee: Motorola Ltd
Current assignee: Motorola Solutions UK Ltd
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2016-11-01
Also published as: DE19645062B4; GB2306679B; GB2306679A; US5861746A; GB9522800D0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Zylinderspulen werden häufig verwendet, um Kraftstoff in Au tomotoren einzuspritzen, um elektronische Übertragungen zu steuern, und manchmal um Bremsen zu betätigen. Alle solche Zylinderspulen verwenden einen Zylinderspulentreiber, der be wirkt, daß Strom in die Zylinderspule zu vorbestimmten Zeiten geschickt wird, um die Position der Zylinderspulenarmatur zu steuern und somit das Öffnen und das Schließen der Zylinder spule.

In vielen Anwendungen ist es wünschenswert, daß das Schließen der Zylinderspule genau erkannt werden kann. Eine Schlie ßungserkennung gestattet es beispielsweise, die Operation der Zylinderspule zu verifizieren, eine Fehlerdiagnose durchzu führen, und es kann der Leistungsverbrauch in der Last redu ziert werden, indem adaptiv die Zeit der Spulenerregung auf das Minimum gesteuert wird, das notwendig ist, damit sich die Zylinderspulenarmatur bewegt. Eine genaue Schließerkennung hat insbesondere Vorteile bei Einspritzzylinderspulen für Au tos. Durch ein Erkennen des Schließens der Zylinderspule kön nen mechanische Lecks im Einspritzsystem gemessen und kompen siert werden, um somit die Motorsteuerung zu verbessern.

Die Vorteile einer Schließungserkennung sind wohl bekannt, wobei jedoch Anordnungen für die Implementierung einer Schließungserkennung bisher recht teuer waren.

Die europäische Patentanmeldung EP-A-0400389 beschreibt eine Zylinderspulenschließungserkennungsanordnung, die die Tatsa che verwendet, daß wenn eine Zylinderspulenarmatur sich in die geschlossenste Stellung bewegt, sich die Induktanz der Zylinderspule erhöht, was die Abklingzeit des Stromes in der Spule erhöht. Die Anordnung erkennt daher die Schließung der Zylinderspule durch ein Erkennen des Ansteigens der Abkling zeit.

Es ist somit wünschenswert, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule zu schaffen, das einfacher und billiger zu implementieren ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren angegeben zur Erkennung des Schließens einer Zylin derspule in einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und eine Zylinderspulenarmatur, die sich zwischen den ersten und zweiten Zylinderspulen bewegt, umfaßt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellung eines Haltestromsignal an der ersten Zy linderspule, um die Zylinderspulenarmatur in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylinderspule zu hal ten;
Bereitstellung eines Zugstromsignals an der zweiten Zy linderspule, wobei das Zugstromsignal eine Vielzahl von Stromspitzen aufweist, wobei jede der Stromspitzen eine meß bare Anstiegszeit hat;
Speicherung eines Wertes, der die Anstiegszeit für eine Stromspitze aus der Vielzahl der Stromspitzen kennzeichnet;
Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinder spule;
Messen der Anstiegszeit jedes der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule und Bestimmung, wann die Anstiegszeit einer Stromspitze sich gegenüber der gespeicherten Anstiegs zeit um einen vorbestimmten Betrag ändert, der anzeigt, daß die Zylinderspulenarmatur begonnen hat, sich in Richtung der zweiten Zylinderspule zu bewegen;
Fortsetzen der Messung der Anstiegszeit jedes der Strom spitzen in der zweiten Zylinderspule; und
Bereitstellen einer Anzeige, daß sich die Zylinderspu lenarmatur in einer geschlossenen Position mit der zweiten Zylinderspule befindet, wenn die Anstiegszeit einer Strom spitze zurückkehrt auf den im wesentlichen gleichen Wert, der als Anstiegszeit gespeichert ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen für das Erkennen des Schließens einer ersten Zylinderspule in einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und eine Zylinderspulenarma tur, die sich zwischen den ersten und zweiten Zylinderspulen bewegt, umfaßt, wobei die Zylinderspulenanordnung weiterhin einen Schalter umfaßt, der in Serie mit der zweiten Zylinder spule zwischen einem Versorgungsspannungsanschluß und einem Referenzspannungsanschluß verbunden ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines Haltestromsignals in der ersten Zy linderspule, um die Zylinderspulenarmatur in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylinderspule zu hal ten;
Bereitstellen eines PWM-Steuersignals am Schalter, um das Öffnen und Schließen des Schalters so zu steuern, daß ein Zugstromsignal, das eine Vielzahl von Stromspitzen umfaßt, in der zweiten Zylinderspule aufgebaut wird, wobei jede der Stromspitzen eine meßbare Anstiegszeit aufweist, die von der Breite des entsprechenden Pulses des PWM-Steuersignals ab hängt;
Speichern eines Wertes, der die Breite eines PWM-Steuer signalpulses für einen aus der Vielzahl der Stromspitzen dar stellt;
Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinder spule;
Messen der Breite des PWM-Steuersignalpulses von jeder der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule und Bestimmung, wann die gemessene Breite sich gegenüber der gespeicherten Breite um einen vorbestimmten Betrag ändert, der anzeigt, daß die Zylinderspulenarmatur begonnen hat, sich in Richtung auf die zweite Zylinderspule zu bewegen;
Fortsetzung der Messung der Breite des PWM-Steuersignal pulses für jede der Stromspitzen in der zweiten Zylinder spule; und
Bereitstellen einer Anzeige, daß sich die Zylinderspu lenarmatur in einer geschlossenen Position mit der zweiten Zylinderspule befindet, wenn die gemessene Breite eines PWM- Steuersignalpulses zu einem Wert zurückkehrt, der im wesent lichen der gespeicherten Breite entspricht.

Das Verfahren zur Erkennen des Schließens einer ersten Zylin derspule gemäß der vorliegenden Erfindung hat alle Vorteile der bekannten Techniken der Schließungserkennung, die oben ausgeführt wurden, aber da es einfach implementiert werden kann, beispielsweise in spezifischen logischen Schaltungen ASIC (Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung) oder als Softwarelösung, stellt die vorliegende Erfindung eine Lösung mit niedrigen Kosten dar.

Darüberhinaus verwendet die vorliegende Erfindung drei Mes sungen der Anstiegszeit oder Breite des PWM-Steuersignalpul ses für die Erkennung des Schließens, was Fehler durch Änderungen in der Leistungsversorgung ausschließt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß der Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Be zugnahme auf die begleitenden Diagramme beschrieben:

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Zylinderspulenan ordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Stromsignale, die jeweils in den beiden Zylinderspulen der Fig. 1 erzeugt werden;

Fig. 3 ist eine detailliertere Darstellung eines Stromsig nals, das in einer Zylinderspule der Fig. 1 erzeugt wird;

Fig. 4 zeigt Wellenformen, die nützlich sind bei der Erläute rung des Betriebs der Zylinderspulenanordnung der Fig. 1; und

die Fig. 5A und 5B zeigen ein Flußdiagramm, das das Ver fahren des Erkennens des Schließens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Betrachtet man zuerst Fig. 1, so umfaßt eine Zylinderspulen anordnung 2 erste 4 und zweite 40 Zylinderspulen, eine Zylin derspulenarmatur 5, die dazwischen beweglich ist und eine Zy linderspulentreiberschaltung 7 zur Steuerung des Öffnens und Schließens der ersten 4 und zweiten 40 Zylinderspulen. Die Zylinderspulentreiberschaltung 7 erkennt auch das Schließen der ersten 4 und zweiten 40 Zylinderspule gemäß einer bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Zylinderspulenarmatur 5 wird zwischen der ersten 4 und zweiten 40 Zylinderspule durch Steuern der Stroms in den je weiligen Zylinderspulen bewegt. Um die Zeitgebungsgenauigkeit einer solchen Zwei-Zylinderspulen-Anordnung zu verbessern, tragt eine der Zylinderspulen ein Haltestromsignal und die andere Spule trägt ein Zugstromsignal (siehe Fig. 2). Das Haltestromsignal hält die Zylinderspulenarmatur 5 in einer geschlossenen Position in Bezug auf die Zylinderspule, die das Haltestromsignal trägt, bis das Zugstromsignal einen er forderlichen Wert erreicht hat. Nach einer vorbestimmten Zeit wird das Haltestromsignal entfernt (bei 15 in Fig. 2) und die Zylinderspulenarmatur 5 bewegt sich in Richtung der anderen Zylinderspule unter der Kraft des Zugstromsignals. Somit ge währleistet das Haltestromsignal, daß sich die Zylinderspu lenarmatur 5 nicht bewegt, bevor sich das Zugstromsignal sta bilisiert hat.

Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine konstante "AUS" Zeit Pulsbreitenmessungstechnik (PWM), um den Strom in den ersten 4 und zweiten 40 Zylinderspulen zu steuern und das Schließen der Zylinderspulen zu erkennen. Das heißt, die Stromsignale, die an die ersten 4 und zweiten 40 Zylinderspu len geliefert werden, umfassen jeweils eine Serie von Strom spitzen, wobei jede Stromspitze eine meßbare Anstiegszeit und eine konstante Abklingzeit hat, wenn der Strom für eine kon stante vorbestimmte Zeit abgeschaltet wird.

Die bevorzugte Zylinderspulentreiberschaltung 7 umfaßt eine Prozessoreinheit 6, bei der es sich um einen Mikroprozessor oder eine ASIC Steuerung handeln kann, eine erste Treiber schaltung 9 zum Ansteuern der ersten Zylinderspule 4 und eine zweite Treiberschaltung 11 für das Ansteuern der zweiten Zy linderspule 40.

Die erste Treiberschaltung 9 umfaßt erste 16 und zweite 18 Schalter und einen Meßwiderstand 12, der in Serie mit der er sten Zylinderspule 4 verbunden ist. Ein Ende der ersten Zy linderspule 4 ist mit einem Batterieversorgungsspannungsan schluß VB verbunden und ein Ende des Meßwiderstands 12 ist mit einem Referenzspannungsanschluß verbunden. Eine Rückfüh rungsdiode 14 ist über der ersten Zylinderspule 4 und dem er sten Schalter 16 angeordnet. Eine Pegelschiebeschaltung 8 ist zwischen der Prozessoreinheit 6 und dem ersten Schalter 16 angeordnet. Ein Steuereingang des zweiten Schalters 18 ist mit der Prozessoreinheit 6 verbunden.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die ersten 16 und zweiten 18 Schalter MOSFET-Transistoren. Eine der Stromelek troden und die Steuerelektrode des ersten Schalters ist mit ersten und zweiten Ausgängen der Pegelschiebeschaltung 8 ver bunden. Die Steuerelektrode des zweiten Schalters 18 bildet den Steuereingang des zweiten Schalters 18.

Ein Vergleicher 10 hat einen ersten Eingang zur Aufnahme ei nes ersten (NiedrigI) oder eines zweiten (HochI) Referenz stromsignals in Abhängigkeit vom Zustand eines dritten Schal ters 20, einen zweiten Eingang zum Empfang eines Signals, das den Strom darstellt, der durch den Meßwiderstand 12 fließt, und einen Ausgang, der mit der Prozessoreinheit 6 verbunden ist. Der Zustand des dritten Schalters 20 wird durch die Pro zessoreinheit 6 gesteuert. Die Amplitude des ersten Referenz stromsignals (NiedrigI) ist kleiner als die Amplitude des zweiten Referenzstromsignals (HochI).

Die zweite Treiberschaltung 11 steuert die zweite Zylinder spule 40 an, wobei ein Ende mit dem Batterieversorgungsspan nungsanschluß VB verbunden ist. Die zweite Treiberschaltung 11 ist identisch mit der ersten Treiberschaltung 9 und Bau teile, die denen der ersten Treiberschaltung 9 entsprechen, sind mit derselben Bezugszahl, die mit Zehn multipliziert wurde, gekennzeichnet.

Es wird nun der Betrieb der ersten Treiberschaltung 9 und der ersten Zylinderspule 4 beschrieben.

Die Prozessoreinheit 6 liefert ein Steuersignal, das PWM-Pulse umfaßt, um den Eingang des zweiten Schalters 18 zu steuern, wobei das Steuersignal den zweiten Schalter 18 öff net oder schließt, in Abhängigkeit davon, ob das Signal am Steuereingang hoch oder niedrig ist. In der bevorzugten Aus führungsform umfaßt der zweite Schalter 18 einen MOSFET-Tran sistor und der zweite Schalter 18 ist daher geschlossen, wenn das Steuersignal am Steuereingang niedrig (das heißt weniger als 3 Volt) ist, und er ist offen, wenn das Steuersignal am Steuereingang hoch (das heißt wesentlich mehr als 3 Volt) ist.

In dem Fall, wenn die Zylinderspulenarmatur 5 sich in Ruhe an der ersten Zylinderspule 4 befindet und ein Haltestromsignal in der ersten Zylinderspule 4 errichtet werden soll, steuert die Prozessoreinheit 6 den dritten Schalter 20, so daß das erste Referenzstromsignal (Niedrig I) zum ersten Eingang des Vergleichers 10 geliefert wird. Für den Fall, wenn sich die Zylinderspulenarmatur 5 in Ruhe an der zweiten Zylinderspule 40 befindet und ein Zugstromsignal in der ersten Zylinder spule 4 erzeugt werden soll, so steuert die Prozessoreinheit 6 den dritten Schalter 20 so, daß das zweite Referenzstrom signal (HochI) zum ersten Eingang des Vergleichers 10 gelie fert wird.

Wenn der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 18 ge schlossen sind, so fließt Strom durch die Spule 4 und den Meßwiderstand 12 und die Spule 4 wird angeschaltet. Der Strom in der Spule 4 wird über dem Meßwiderstand 12 gemessen und durch den Vergleicher 10 entweder mit dem ersten (NiedrigI) oder zweiten (Hoch I) Referenzstromsignal verglichen, abhängig vom Zustand des dritten Schalters 20. Der Strom fließt durch die Spule 4, bis der Strom in der Spule den Pegel des ersten (NiedrigI) oder zweiten (HochI) Referenzstromsignals er reicht. Wenn der Strom in der Spule 4 das Referenzstromsignal erreicht, so besteht im Ausgangssignal am Ausgang des Ver gleichers 10 ein Übergang, der durch die Prozessoreinheit 6 erkannt wird. In Erwiderung auf das Erkennen eines Übergangs erzeugt die Prozessoreinheit 6 ein PWM-Steuersignal, um den zweiten Schalter 18 zu öffnen und die Spule 4 wird abgeschal tet. Die Zeit, während Strom durch den zweiten Schalter 18 fließt, ist als Anstiegszeit oder AN-Zeit bekannt.

Wenn der zweite Schalter 18 offen ist, fließt der Strom in der Spule 4 durch den ersten Schalter 16 und die Rückführdi ode 14 und klingt langsam ab. Nach einer vorbestimmten Zeit, die als konstante Abklingzeit oder AUS-Zeit bekannt ist, lie fert die Prozessoreinheit 6 ein PWM-Steuersignal, um den zweiten Schalter 18 zu schließen und der Zyklus wiederholt sich. Ein (nicht gezeigter) Zähler kann verwendet werden, um die AUS-Zeit zu stoppen.

Der erste Schalter 16 ist normalerweise während der Zeit ge schlossen, wenn der zweite Schalter 18 offen ist und ge schlossen in Erwiderung auf die PWM-Steuersignale, die durch die Prozessoreinheit 6 erzeugt werden. Wenn jedoch der Halte strom oder der Zugstrom durch die Prozessoreinheit 6 abge schaltet wird (siehe Fig. 2), wird der erste Schalter 16 durch die Prozessoreinheit 6 geöffnet. Wenn dies passiert, so steuert die Pegelschiebeschaltung 8 den ersten Schalter 16 in seinen linearen Bereich, indem sie ein Spannungssignal von ungefähr 3 Volt an seinen Steuereingang anlegt. Der Strom in der Zylinderspule 4 fließt durch den ersten Schalter 16 und die Rückführdiode 14 und klingt sehr schnell ab, da er den ersten Schalter 16 als eine hohe Impedanz sieht.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Stromsignals (sowohl Zug- als auch Haltesignal), das in der ersten Zylinderspule 4 auf gebaut wird. Wie man sieht, umfaßt das Stromsignal eine Viel zahl von Spitzen 19, wobei jede Spitze eine Anstiegszeit 21 und eine Abklingzeit 23 hat.

Der Betrieb der zweiten Treibeschaltung 11 und der zweiten Zylinderspule 40 ist identisch zum Betrieb der ersten Trei berschaltung 9 und der ersten Zylinderspule 4.

Bezieht man sich auf Fig. 4, die Wellenformen zeigt, die nützlich für das Verstehen des Betriebs der Zylinderspulenan ordnung 2 sind, wenn sich die Zylinderspulenarmatur anfäng lich in einer geschlossenen Position mit der zweiten Zylin derspule 40 befindet. Über eine Zeit wird ein Haltestromsig nal 25 in der zweiten Zylinderspule 40, ein Zugstromsignal 27 in der ersten Zylinderspule 4, und ein PWM-Steuersignal 29 durch die Prozessoreinheit 6 aufgebaut und zum zweiten Schal ter 18 der ersten Treiberschaltung 9 geliefert. Fig. 4 zeigt auch eine Darstellung der Geschwindigkeit der Zylinderspulen armatur 5.

Wie man aus Fig. 4 sehen kann, bleibt, während die Zylinder spulenarmatur 5 stationär bleibt (zwischen T0 und T1), die geforderte AN-Zeit oder Anstiegszeit des Zugstromsignals 27, die auch durch die Breite 33 des PWM-Pulses des PWM-Steuer signals 29 dargestellt wird, auf einem ziemlich konstanten anfänglichen Wert. Wenn sich die Zylinderspulenarmatur jedoch zu bewegen beginnt (zur Zeit T1) und die Geschwindigkeit der Zylinderspulenarmatur zunimmt, wird eine rückwärtsgerichtete Elektromotorische Kraft (EMF) durch die Zylinderspulenarmatur erzeugt, was zu einem plötzlichen Anstieg der geforderten An stiegszeit führt. Wenn die Anstiegszeit zunimmt, nimmt die Breite des PWM-Pulses zu. Somit liefert die Breite des PWM- Pulses eine Anzeige der Geschwindigkeit der Armatur.

In Abhängigkeit von der Batteriespannung kann diese Änderung der Anstiegszeit leicht einen Faktor zwei aufweisen. Die Änderung der Anstiegszeit durch die rückwärtsgerichtete EMF kann nur während eines PWM-Pulses anhalten oder während me hrerer PWM-Pulse, abhängig von der Betriebsfrequenz der PWM- Pulse und der Geschwindigkeit der Armatur.

Wenn die Armatur zum Stillstand kommt und sich die zweite Zylinderspule 40 in der geschlossenen Position befindet (zur Zeit T2), so kehrt die Anstiegszeit im wesentlichen zu ihrem Wert zurück, wie er zwischen der Zeit T0 und T1 gemessen wurde, und somit kehrt die Breite des PWM-Pulses auf den an fänglichen Wert zurück.

Die vorliegende Erfindung verwendet die Tatsache, daß die Breite des PWM-Pulses, die auch die Anstiegszeit darstellt, eine Anzeige der Armaturengeschwindigkeit liefert und daß da her Änderungen in der Armaturengeschwindigkeit, beispielsweise die Änderung, wenn die Armatur sich zuerst bewegt und die Änderung, wenn die Armatur in der geschloss enen Position zum Stillstand kommt, erkannt werden können durch eine Überwachung der Breite der PWM-Pulse. Die Genauig keit beim Messen des Schließens der Zylinderspule ist durch die PWM-Betriebsfrequenz festgelegt.

Ein Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 und auch das in den Fig. 5A und 5B gezeigte Flußdiagramm beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß sich die Zylinderspulenarmatur 5 zu Beginn in der geschlossenen Position an der zweiten Zylinderspule 40 befin det. Wenn es gewünscht ist, auch eine Bestimmung durch zuführen, wann sich die Zylinderspulenarmatur 5 von der er sten Zylinderspule in die geschlossenen Position an der zweiten Zylinderspule 40 bewegt, so muß der folgende Betrieb nur für die erste 9 und zweite 11 Treiberschaltung und erste 4 und zweite 40 Zylinderspulen umgekehrt werden.

Das Verfahren beginnt bei Schritt 50 für die erste Zylinder spule 4 und bei Schritt 70 für die zweite Zylinderspule 40. Schritt 50 und Schritt 70 werden gleichzeitig durchgeführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die sich aus Schritt 70 ergebenden Aktivitäten zuerst beschrieben, wiewohl in Wirklichkeit die Aktionen, die von Schritt 50 und Schritt 70 herrühren, sich zur gleichen Zeit ereignen.

In Schritt 70 wird die zweite Zylinderspule 40 angeschaltet: die Prozessoreinheit 6 schließt den ersten Schalter 160 über die Pegelschiebeschaltung 80, schließt den zweiten Schalter 180 und stellt den dritten Schalter 200 so ein, daß das erste Referenzstromsignal, NiedrigI, an den Vergleicher 100 gelegt wird. Wenn der Strom in der Zylinderspule 40 den Pegel des ersten Referenzstromsignals, NiedrigI, erreicht, so wird ein Übergang beim Ausgangssignal am Ausgang des Vergleichers 100 erzeugt.

Wenn im Schritt 72 ein Übergang erkannt wird, so prüft die Prozessoreinheit 6 im Schritt 74 einen (nicht gezeigten) in ternen Speicher, um zu sehen, ob der Haltestrom entfernt wurde: das heißt, um zu sehen, ob das Ende des Haltestrom pulses erreicht wurde. Wenn der Haltestrom entfernt wurde, so geht die Prozessoreinheit 6 zum Schritt 76, ansonsten geht sie zum Schritt 82. Im Schritt 82 öffnet die Prozessoreinheit 6 den zweiten Schalter 180, um die zweite Zylinderspule 40 für die vorbestimmte Zeit, die Abklingzeit, auszuschalten. Der Strom in der zweiten Zylinderspule 40 klingt durch den ersten Schalter 160 und die Rückführdiode 140 ab.

Nachdem die vorbestimmte Abklingzeit in Schritt 84 abgelaufen ist, stellt die Prozessoreinheit 6 die zweite Zylinderspule 40 wieder über den zweiten Schalter 180 in Schritt 86 an. Die Prozessoreinheit 6 springt dann zurück zu Schritt 72, wo sie auf einen anderen Übergang am Ausgang des Vergleichers 100 wartet, und der Zyklus wiederholt sich.

Wenn die Prozessoreinheit 6 den Schritt 76 erreicht, wurde der Haltestrom weggenommen und das Ende des Haltestrompulses wurde erreicht. Die Prozessoreinheit 6 schaltet die zweite Zylinderspule 40 über den ersten Schalter 160 und den zweiten Schalter 180 aus. Wie vorher beschrieben wurde, steuert die Pegelschiebeschaltung 80 den ersten Schalter 160 in seinen linearen Bereich, was bewirkt, daß der Strom in der zweiten Zylinderspule 40 schnell auf Null abklingt. Der Schritt 78 setzt ein (nicht gezeigtes) Ende-des-Haltens-Flag in der Prozessoreinheit 6, um dem Schritt 68 den Zustand des Hal testroms anzuzeigen und startet einen (nicht gezeigten) in ternen Zähler, der verwendet werden wird, um die Über gangszeit zu berechnen; das heißt, die Zeit, die die Zylin derspulenarmatur 5 benötigt, um sich von der zweiten Zylin derspule 40 zur ersten Zylinderspule 4 zu bewegen.

Im Schritt 50 wird die erste Zylinderspule 4 angeschaltet: die Prozessoreinheit 6 schließt zuerst Schalter 16 über die Pegelschiebeschaltung 8, schließt den zweiten Schalter 18 und setzt den dritten Schalter 20 so, daß das zweite Referenz stromsignal, HochI, an den Vergleicher 10 angelegt wird. Wenn der Strom in der ersten Zylinderspule 4 den Pegel des zweiten Referenzstromsignals, HochI, erreicht, so wird ein Übergang des Ausgangssignal am Ausgang des Vergleichers 10 erzeugt.

Wenn im Schritt 52 eine Übergang erkannt wird, so prüft die Prozessoreinheit 6 im Schritt 54 einen (nicht gezeigten) in ternen Speicher, um zu sehen, ob dies der erste Übergang am Ausgang des Vergleichers 10 ist. Wenn es der erste Übergang ist, dann geht die Prozessoreinheit 6 zu Schritt 62, anson sten geht sie zu Schritt 56.

Im Schritt 56 prüft die Prozessoreinheit 6 einen (nicht gezeigten) internen Speicher, um zu sehen, ob dort schon eine mittlere Anstiegszeit für die erste Zylinderspule 4 gespeichert ist. Wenn eine mittlere Anstiegszeit gespeichert ist, so aktualisiert die Prozessoreinheit 6 in Schritt 58 die mittlere Anstiegszeit, um die aktuelle Anstiegszeit in den Mittelwert aufzunehmen. Wenn keine mittlere Anstiegszeit gespeichert ist, so setzt die Prozessoreinheit 6 in Schritt 60 die mittlere Anstiegszeit auf die aktuelle Anstiegszeit.

Die Prozessoreinheit 6 geht dann zu Schritt 62, wo sie die erste Zylinderspule 4 über den zweiten Schalter 18 für die vorbestimmte Abklingzeit ausschaltet. Am Ende der vorbe stimmten Abklingzeit, Schritt 64, schaltet die Prozessorein heit 6 im Schritt 66 die erste Zylinderspule 4 über den zweiten Schalter 18 an.

Im Schritt 68 prüft die Prozessoreinheit 6 das Ende-des-Hal tens-Flag, um zu sehen, ob es gesetzt ist. Wenn das Flag gesetzt ist, so springt die Prozessoreinheit 6 zum Schritt 88, wenn es nicht gesetzt ist, springt sie zu Schritt 52 und der Zyklus wiederholt sich.

Im Schritt 88 wartet die Prozessoreinheit 6 auf einen Über gang am Ausgang des Vergleichers 10. Im Schritt 90 prüft die Prozessoreinheit 6, ob die Stromanstiegszeit die gespeicherte mittlere Anstiegszeit um einen vorbestimmten Betrag, beispielsweise 50%, überschritten hat. Wenn diese den Mittel wert, um den vorbestimmten Betrag überschritten hat, geht die Prozessoreinheit 6 zum Schritt 92, wo sie das (nicht gezeigte) Armaturenbewegungsflag in der Prozessoreinheit setzt und zu Schritt 102 geht. Wenn sie den Mittelwert nicht um den vorbestimmten Betrag überschritten hat, so prüft die Prozessoreinheit 6 das Armaturbewegungsflag und vergleicht die aktuelle Anstiegszeit mit der gespeicherten mittleren Anstiegszeit. Wenn das Armaturbewegungsflag gesetzt ist und sich die Anstiegszeit innerhalb eines vorbestimmten Betrages, beispielsweise 20%, der gespeicherten mittleren Anstiegszeit befindet, wird angenommen, daß die Zylinderspulenarmatur angehalten hat und die Prozessoreinheit geht zu Schritt 96. Wenn entweder das Armaturbewegungsflag nicht gesetzt ist oder sich die Anstiegszeit nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs der gespeicherten mittleren Anstiegszeit befindet, so geht die Prozessoreinheit 6 zur Schritt 102.

Im Schritt 102 schaltet die Prozessoreinheit 6 dann die erste Zylinderspule 4 über den zweiten Schalter 18 für die vorbes timmten Abklingzeit aus. Am Ende der vorbestimmten Abkling zeit, Schritt 104, schaltet die Prozessoreinheit 6 im Schritt 106 über den zweiten Schalter 18 die erste Zylinderspule 4 ein. Die Prozessoreinheit 6 springt dann zu Schritt 88, um auf einen anderen Übergang am Ausgang des Vergleichers 10 zu warten.

Im Schritt 96 berechnet die Prozessoreinheit 6 die Übergangs zeit vom Schritt 78 bis zum Stoppen der Armatur im Schritt 94. Sie tut dies unter Bezugnahme auf einen (nicht gezeigten) internen Zähler und für die letzten drei Anstiegszeiten: das heißt, die Anstiegszeit der Stromspitze, während der bestimmt wurde, daß die Zylinderspulenarmatur angehalten hat, die ge stoppte Stromspitze und die Anstiegszeit der Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze vorausgeht und die Anstiegszeit der Stromspitze, die auf die aktuelle Spitze folgt. Diese letzten drei Anstiegszeiten, werden als ANSTIEG1, ANSTIEG2 beziehungsweise ANSTIEG3 bezeichnet, wobei ANSTIEG3 der neueste ist.

Es ist bekannt, daß die Armatur gestoppt haben muß, bevor AN STIEG3 startet, denn ansonsten würde ANSTIEG3 den Test in Schritt 94 nicht bestehen. Ebenso muß die Armatur beim Start von ANSTIEG2 sich bewegen, ansonsten hätte ANSTIEG2 den Test in Schritt 94 nicht bestanden. Somit ist es durch Vergleichen und durch das ins Verhältnis setzen der Längen von ANSTIEG1, ANSTIEG2 und ANSTIEG3 möglich, zu berechnen, wann in ANSTIEG2 die Armatur ihre Bewegung beendet hat. Die Zeit von Schritt 78 wird dann berechnet durch Untersuchen des internen Zählers, der im Schritt 78 gestartet wurde, und durch Zurückzählen zum Punkt in ANSTIEG2, wenn berechnet wurde, daß die Armatur gestoppt hat. Die Prozessoreinheit 6 geht dann zu Schritt 98, der einen PWM-Haltebereich implementiert.

Im PWM-Haltebereich öffnet und schließt die Prozessoreinheit 6, wenn ein Schließen erkannt wurde, den Schalter 8 so, daß Strom durch die Zylinderspule 4 fließt, um zu gewährleisten, daß die Zylinderspulenarmatur in der geschlossenen Position gehalten wird, bis es gewünscht wird, die Zylinderspule wie der zu öffnen. Um den Leistungsverbrauch zu vermindern, während die Zylinderspule geschlossen ist, kann der Pegel des Referenzstromsignals vermindert werden.

In den bevorzugten hier beschriebenen Ausführungsformen wurde eine Pulsweitenmeßanordnung (PWM) mit konstanter "AUS" Zeit verwendet, um den Strom in der Spule 4 zu steuern und für ein Erkennen des Schließens. Es wird jedoch deutlich, daß andere PWM-Schemata, wie beispielsweise mit konstanter Frequenz, ebenso verwendet werden können.

Die zweispulige Zylinderspulenanorndung, wie sie hier beschrieben wurde, hat insbesondere Vorteile bei Kraftstoff einspritzanwendungen für Autos. Bei solchen Anwendungen bildet die Armatur ein Wechselventil, das sich zwischen den beiden Spulen vor- und zurück bewegt. Das Einspritzen des Kraftstoffs in den Motor wird durch die Bewegung des Wechselventils ausgelöst. Der Vorteil einer solchen Anordnung besteht darin, daß sie eine Nullpunktverlagerung derart auf weist, daß die Spulen nicht gegen einen Kraftstoffdruck ankämpfen müssen, der 100 MPa (Mega Pascal) betragen kann.

Bei Kraftstoffinjektoren ist es nur notwendig, das Schließen der Zylinderspule in nur einer Richtung festzustellen. Das heißt, es ist für die Prozessoreinheit 6 nicht immer notwendig, sowohl das Schließen der ersten 4 und der zweiten 40 Zylinderspulen zu bestimmen.

Das Schließerkennungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfind ung kann entweder in Software oder in Silikon, wie beispielsweise einem ASIC, implementiert werden. Die vorlieg ende Erfindung liefert somit eine billige Vorrichtung zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule. Da in der bevorzugten Ausführungsform das Schließen der Zylinderspule durch ein Überwachen der Änderungen in der Breite der PWM-Steuerpulse erkannt wird und die Genauigkeit durch die PWM-Betriebsfrequenz bestimmt wird, liefert die vorliegende Er findung ein genaues Verfahren für die Schließungserkennung. Dies ergibt merkliche Vorteile bei Anwendungen für Die selkraftstoffinjektoren für Autos, bei der die Zeitgebung der Zylinderspulenschließung und somit die Kraftstoffeinspritzung kritisch ist.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspu lenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und eine Zylinderspulenarmatur, die sich zwischen den ersten und zweiten Zylinderspulen bewegt, umfaßt, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Bereitstellen (70) eines Haltestromsignals (25) an der ersten Zylinderspule (4), um die Zylinderspulenarmatur (5) in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylin derspule (4) zu halten;
Bereitstellen (50) eine Zugstromsignals (27) an der zweiten Zylinderspule (40), wobei das Zugstromsignal eine Vielzahl von Stromspitzen (19) aufweist, wobei jede der Stromspitzen eine meßbare Anstiegszeit (21) aufweist;
Speichern (58, 60) eines Wertes, der die Anstiegszeit für eine Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen dar stellt;
Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinder spule (4);
Messen der Anstiegszeit jeder der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40) und Bestimmen (90), wenn die An stiegszeit einer Stromspitze sich gegenüber einer gespeicher ten Anstiegszeit um einen vorbestimmten Betrag ändert, was anzeigt, daß die Zylinderspulenarmatur begonnen hat, sich in Richtung der zweiten Zylinderspule (40) zu bewegen;
Fortsetzen der Messung der Anstiegszeit jeder der Strom spitzen (19) in der zweiten Zylinderspule (40); und
Bereitstellen einer Anzeige, daß sich die Zylinderspu lenarmatur in einer geschlossenen Position mit der zweiten Zylinderspule (40) befindet, wenn die Anstiegszeit einer Stromspitze (19) im wesentlichen zum selben Wert zurückkehrt, den die gespeicherte Anstiegszeit aufweist.

2. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung, wann die Anstiegszeit einer Stromspitze sich von der gespeicherten An stiegszeit um einen vorbestimmten Betrag unterscheidet, das Bestimmen umfaßt, wann die Anstiegszeit einer Stromspitze die gespeicherte Anstiegszeit um 50% übersteigt.

3. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Anzeige, daß sich die Zylinderspulenarmatur in einer geschlossenen Position befindet, das Bereitstellen einer sol che Anzeige umfaßt, wenn die Anstiegszeit einer Stromspitze zurückkehrt auf einen Wert innerhalb von 20% der gespeicher ten Anstiegszeit.

4. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jede Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen des Zugstromsignals eine konstante Abklingzeit hat.

5. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei das Haltestromsignal eine Vielzahl von Stromspitzen aufweist.

6. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß Anspruch 5, wobei die Vielzahl der Stromspitzen des Haltestromsignals eine konstante Abklingzeit hat.

7. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Amplitude der Stromspitzen der Zugstromsignals größer ist als die Amplitude der Strom spitzen des Haltestromsignals.

8. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bestimmens der Anstiegszeit für eine Stromspitze aus der Vielzahl der Stromspitzen das Messen der Anstiegszeit für eine vorbestimmte Zahl von Stromspitzen und das Bestimmen der mittleren Anstiegszeit für die vorbestimmte Zahl von Strom spitzen umfaßt, wobei die mittlere Anstiegszeit als gespeicherte Anstiegszeit gespeichert wird.

9. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspule gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Berechnens einer Übergangszeit um faßt, wobei die Übergangszeit die Zeit ist, vom Zeitpunkt, wenn die Zylinderspulenarmatur beginnt, sich zu bewegen bis zum Zeitpunkt, wenn sie ihre geschlossene Position erreicht, wobei der Berechnungsschritt folgende Schritte umfaßt:
Aufzeichnen der Startzeit, wenn der Haltestrom entfernt wird;
Bestimmen der Anstiegszeiten der Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze vorausgeht, und der Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze nachfolgt, von deren Anstiegszeit bestimmt wurde, daß sie im wesentlichen zum gespeicherten An stiegszeitwert zurückgekehrt ist;
Ins-Verhältnis-Setzen der bestimmten Anstiegszeiten der vorhergehenden, folgenden und gestoppten Stromspitzen, um eine Stopzeit zu bestimmen, wobei die Stopzeit die Zeit ist, wenn in der gestoppten Stromspitze die Zylinderspulenarmatur die geschlossenen Position erreicht; und
Verwenden der bestimmten Stopzeit und der aufgezeich neten Startzeit, um die Übergangszeit zu berechnen.

10. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer ersten Zylinderspule in einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und eine Zylinderspulenarmatur, die sich zwischen den ersten und zweiten Zylinderspulen bewegt, umfaßt, wobei die Zylinderspulenanordnung weiterhin einen Schalter umfaßt, der in Serie mit der zweiten Zylinderspule zwischen einem Versorgungsspannungsanschluß und einem Refer enzspannungsanschluß geschaltet ist, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
Bereitstellen (70) eines Haltestromsignals (25) an der ersten Zylinderspule (4), um die Zylinderspulenarmatur (5) in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylin derspule (4) zu halten;
Bereitstellen eines PWM-Steuersignals (29) am Schalter, um das Öffnen und Schließen des Schalters derart zu steuern, daß ein Zugstromsignal (27), das eine Vielzahl von Stromspitzen (19) aufweist in der zweiten Zylinderspule (40) auf gebaut wird, wobei jede der Stromspitzen (19) eine meßbare Anstiegszeit hat, die von der Breite des entsprechenden Pulses des PWM-Steuersignals (29) abhängt;
Speichern eines Wertes, der die Breite des PWM-Steuer signalpulses (29) für eine Vielzahl von Stromspitzen dar stellt;
Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinder spule (4);
Messung der Breite des PWM-Steuersignalpulses (29) für jede der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40) und Bestimmung, wenn die gemessene Breite um einen vorbestimmten Betrag von der gespeicherten Breite abweicht, was anzeigt, daß die Zylinderspulenarmatur begonnen hat, sich in Richtung der zweiten Zylinderspule (40) zu bewegen;
Fortsetzen der Messung der Breite des PWM-Steuersig nalpulses (29) für jede der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40); und
Bereitstellen einer Anzeige, daß sich die Zylinderspu lenarmatur in einer geschlossenen Position mit der zweiten Zylinderspule befindet, wenn die gemessene Breite eines PWM- Steuersignalpulses (29) im wesentlichen auf den gespeicherten Breitenwert zurückkehrt.

11. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß Anspruch 10, wobei der Schritt der Bestimmung, wann die gemessene Breite sich von der gespeicherten Breite um einen vorbestimmten Betrag unterscheidet, das Bestimmen umfaßt, wann die gemessene Breite die gespeicherte Breite um 50% übersteigt.

12. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Be reitstellens einer Anzeige, daß sich die Zylinderspulenarma tur in einer geschlossenen Position befindet, das Bereitstel len einer solche Anzeige umfaßt, wenn die gemessene Breite zurückkehrt auf einen Wert innerhalb von 20% der gespeicher ten Breite.

13. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß Anspruch 10, 11 oder 12, wobei jede Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen des Zugstromsignals eine konstante Abklingzeit hat.

14. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei die Zylinder spulenanordnung ferner einen Schalter umfaßt, der in Serie mit der ersten Zylinderspule zwischen dem Versorgungsspan nungsanschluß und dem Referenzspannungsanschluß verbunden ist, und wobei der Schritt des Bereitstellens eines Hal testromsignals folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines PWM-Steuersignals am Schalter in Serie mit der ersten Zylinderspule, um das Öffnen und Schließen des Schalters derart zu steuern, daß das Halte stromsignal, das eine Vielzahl von Stromspitzen aufweist, in der ersten Zylinderspule errichtet wird, wobei jede der Stromspitzen eine meßbare Anstiegszeit hat, die abhängt von der Breite des entsprechenden Pulses des PWM-Steuersignals.

15. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß Anspruch 14, wobei die Amplitude der Stromspitzen des Zugstromsignals größer ist als die Amplitude der Strom spitzen des Haltestromsignals.

16. Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinder spule gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Berechnens einer Über gangszeit umfaßt, wobei die Übergangszeit die Zeit ist, vom Zeitpunkt, wenn die Zylinderspulenarmatur beginnt sich zu bewegen bis zum Zeitpunkt, wenn sie ihre geschlossene Posi tion erreicht, wobei der Berechnungsschritt folgende Schritte umfaßt:
Aufzeichnen der Startzeit, wenn der Haltestrom entfernt wird;
Bestimmen der Breiten der PWM-Steuersignalpulse für die Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze vorausgeht und der Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze nachfolgt, von deren PWM-Steuersignalimpulsbreite bestimmt wurde, daß sie im wesentlichen zur gespeicherten Breite zurückgekehrt ist;
Ins-Verhältnis-Setzen der bestimmten PWM-Steuersig nalpulsbreiten der vorhergehenden, folgenden und gestoppten Stromspitzen, um eine Stopzeit zu bestimmen, wobei die Stopzeit die Zeit ist, wenn in der gestoppten Stromspitze die Zylinderspulenarmatur die geschlossenen Position erreicht; und
Verwenden der bestimmten Stopzeit und der aufgezeich neten Startzeit, um die Übergangszeit zu berechnen.