DE19645062B4

DE19645062B4 - Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspulenanordnung

Info

Publication number: DE19645062B4
Application number: DE19645062A
Authority: DE
Inventors: Barry John Dunstable Ensten
Original assignee: Motorola Ltd
Current assignee: Motorola Solutions UK Ltd
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2016-11-01
Also published as: GB9522800D0; GB2306679A; DE19645062A1; US5861746A; GB2306679B

Abstract

Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und einen Zylinderspulen-Anker (5), der 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 den Anker (5) in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylinderspule (4) zu halten;
Bereitstellen (50) eine Zugstromsignals (27) an der zweiten Zylinderspule (40), wobei das Zugstromsignal eine Vielzahl von Stromspitzen (19) aufweist, von denen jede eine messbare Anstiegszeit (21) hat;
Speichern (58, 60) eines Wertes, der die Anstiegszeit für eine Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen darstellt;
Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinderspule (4);
Messen der Anstiegszeit jeder der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40) und Bestimmen (90), wenn die Anstiegszeit einer Stromspitze sich gegenüber einer gespeicherten Anstiegszeit um einen vorbestimmten Betrag ändert, was anzeigt, dass der...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und einen Zylinderspulen-Anker umfasst, der sich zwischen den ersten und zweiten Zylinderspulen bewegt.

Aus der EP 0 400 389 A2 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem ein Haltestromsignal an der Zylinderspule bereitgestellt wird;
an dieser Zylinderspule ein Anzugstromsignal bereitgestellt wird, wenn die Zylinderspulenanordnung sich im geöffneten Zustand befindet;
die Abfallzeiten oder Anstiegszeiten von Stromspitzen bei getakteter Steuerung des Spulenstroms gemessen werden und das Schließen durch Auswerten der Abfall- oder Anzugszeiten des Stromes erkannt wird, wobei zum Vergleich auch vorangegangene Abfall- oder Anstiegszeiten herangezogen werden können, und der Zustand der Zylinderspulenanordnung als „geschlossen" dann angenommen wird, wenn die zuletzt gemessenen Zeiten von den früher gepeicherten Zeiten um einen bestimmten vorgegebenen Betrag abweichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren derart auszubilden, dass der geschlossene Zustand der Zylinderspulenanordnung noch einfacher zu erkennen ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 und 10 angegebene erfindungsgemäße Lehre gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist die Zylinderspulenanordnung eine erste und eine zweite Spule auf, an die das Haltestromsignal und das Anzugstromsignal derart gegeben werden, dass das Haltesignal nach Anlegen des Anzugstromsignals entfernt wird und dann durch Vergleich der Anstiegszeiten der Stromsignale Beginn und Beendigung der Bewegung des Ankers der Zylinderspulenanordnung festgestellt werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Zylinderspulenanordnung gemäß der Erfindung;
2 schematisch Stromsignale, die jeweils in den beiden Zylinderspulen der 1 erzeugt werden;
3 eine detailliertere Darstellung eines Stromsignals, das in einer Zylinderspule der 1 erzeugt wird;
4 Wellenformen zur Erläuterung des Betriebs der Zylinderspulenanordnung der 1, und
5A und 5B ein Flussdiagramm, das das Verfahren des Erkennens des Schließens gemäß der Erfindung angibt.
Betrachtet man zuerst 1, so umfasst eine Zylinderspulenanordnung 2 erste und zweite Zylinderspulen 4, 40, einen Zylinderspulen-Anker 5, der zwischen diesen beweglich ist und eine Zylinderspulentreiberschaltung 7 zur Steuerung des jeweiligen Öffnens und Schließens des Ankers an den ersten und zweiten Zylinderspulen. Die Zylinderspulentreiberschaltung 7 erkennt auch das Schließen der ersten und zweiten Zylinderspule 4, 40.
Der Anker 5 wird zwischen der ersten und zweiten Zylinderspulen durch Steuern des Stroms in den jeweiligen Zylinderspulen bewegt. Um die Zeitgebungsgenauigkeit einer solchen Zwei-Zylinderspulen-Anordnung zu verbessern, trägt eine der Zylinderspulen ein Haltestromsignal und die andere Spule trägt ein Anzug- bzw. Zugstromsignal (siehe 2). Das Haltestromsignal hält den Anker 5 in einer geschlossenen Position in Bezug auf die Zylinderspule, die das Haltestromsignal trägt, bis das Zugstromsignal einen erforderlichen Wert erreicht hat. Nach einer vorbestimmten Zeit wird das Haltestromsignal entfernt (bei 15 in 2) und der Anker 5 bewegt sich in Richtung der anderen Zylinderspule unter der Kraft des Zugstromsignals. Somit gewährleistet das Haltestromsignal, dass sich der Anker 5 nicht bewegt, bevor sich das Zugstromsignal stabilisiert hat.
Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine konstante "AUS" Zeit Pulsbreitenmessungstechnik (PWM), um den Strom in den ersten und zweiten Zylinderspulen 4, 40 zu steuern und das Schließen der Zylinderspulen zu erkennen. Das heißt, die Stromsignale, die an die ersten und zweiten Zylinderspulen geliefert werden, umfassen jeweils eine Serie von Stromspitzen, wobei jede Stromspitze eine messbare Anstiegszeit und eine konstante Abklingzeit hat, wenn der Strom für eine konstante vorbestimmte Zeit abgeschaltet wird.
Die Zylinderspulentreiberschaltung 7 umfasst eine Prozessoreinheit 6, bei der es sich um einen Mikroprozessor oder eine ASIC Steuerung handeln kann, eine erste Treiberschaltung 9 zum Ansteuern der ersten Zylinderspule 4 und eine zweite Treiberschaltung 11 zum Ansteuern der zweiten Zylinderspule 40.
Die erste Treiberschaltung 9 umfasst erste und zweite Schalter 16, 18 und einen Messwiderstand 12, der in Serie mit der ersten Zylinderspule 4 geschaltet ist. Ein Anschluss der ersten Zylinderspule 4 ist mit einem Batterieversorgungsspannungsanschluss V_B verbunden und ein Anschluss des Messwiderstands 12 ist mit einem Referenzspannungsanschluss verbunden. Eine Rückführungsdiode 14 ist über der ersten Zylinderspule 4 und dem ersten 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.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Schalter MOSFET-Transistoren. Eine der Stromelektroden und die Steuerelektrode des ersten Schalters ist mit ersten und zweiten Ausgängen der Pegelschiebeschaltung 8 verbunden. Die Steuerelektrode des zweiten Schalters 18 bildet dessen Steuereingang.
Ein Vergleicher 10 hat einen ersten Eingang zur Aufnahme eines ersten (NiedrigI) oder eines zweiten (HochI) Referenzstromsignals in Abhängigkeit vom Zustand eines dritten Schalters 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 Prozessoreinheit 6 gesteuert. Die Amplitude des ersten Referenzstromsignals (NiedrigI) ist kleiner als die Amplitude des zweiten Referenzstromsignals (HochI).
Die zweite Treiberschaltung 11 steuert die zweite Zylinderspule 40 an, wobei ein Anschluss mit dem Batterieversorgungsspannungsanschluss V_B verbunden ist. Die zweite Treiberschaltung 11 ist identisch mit der ersten Treiberschaltung 9 und Bauteile, 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 öffnet oder schließt, in Abhängigkeit davon, ob das Signal am Steuereingang hoch oder niedrig ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst der zweite Schalter 18 einen MOSFET-Transistor, so dass der zweite Schalter 18 geschlossen ist, wenn das Steuersignal am Steuereingang niedrig (das heißt weniger als 3 Volt) ist, und offen ist, wenn das Steuersignal am Steuereingang hoch (das heißt wesentlich mehr als 3 Volt) ist.
In dem Fall, wenn der Anker 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 der Anker 5 in Ruhe an der zweiten Zylinderspule 40 befindet und ein Zugstromsignal in der ersten Zylinderspule 4 erzeugt werden soll, steuert die Prozessoreinheit 6 den dritten Schalter 20 so, dass das zweite Referenzstromsignal (HochI) zum ersten Eingang des Vergleichers 10 geliefert wird.
Wenn der erste Schalter 16 und der zweite Schalter 18 geschlossen sind, 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 (HochI) 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 erreicht. Wenn der Strom in der Spule 4 das Referenzstromsignal erreicht, besteht im Ausgangssignal am Ausgang des Vergleichers 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 abgeschaltet. 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 Rückführdiode 14 und klingt langsam ab. Nach einer vorbestimmten Zeit, die als konstante Abklingzeit oder AUS-Zeit bekannt ist, liefert 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 geschlossen, wenn der zweite Schalter 18 offen ist und geschlossen im Ansprechen auf die PWM-Steuersignale, die durch die Prozessoreinheit 6 erzeugt werden. Wenn jedoch der Haltestrom oder der Zugstrom durch die Prozessoreinheit 6 abgeschaltet wird (siehe 2), wird der erste Schalter 16 durch die Prozessoreinheit 6 geöffnet. Wenn dieses passiert, 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.
3 zeigt eine Darstellung des Stromsignals (sowohl Zug- als auch Haltesignal), das in der ersten Zylinderspule 4 aufgebaut wird. Wie man sieht, umfasst das Stromsignal eine Vielzahl von Spitzen 19, wobei jede Spitze eine Anstiegszeit 21 und eine Abklingzeit 23 hat.
Der Betrieb der zweiten Treiberschaltung 11 und der zweiten Zylinderspule 40 ist identisch zum Betrieb der ersten Treiberschaltung 9 und der ersten Zylinderspule 4.
4 zeigt die Wellenformen beim Betrieb der Zylinderspulenanordnung 2, wobei sich der Anker anfänglich in einer geschlossenen Position an der zweiten Zylinderspule 40 befindet. Über eine Zeit wird ein Haltestromsignal 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 Schalter 18 der ersten Treiberschaltung 9 geliefert. 4 zeigt auch eine Darstellung der Geschwindigkeit des Ankers 5.
Wie man aus 4 erkennt, bleibt, während der Anker 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-Steuersignals 29 dargestellt wird, auf einem ziemlich konstanten anfänglichen Wert. Wenn sich der Anker jedoch zu bewegen beginnt (zur Zeit T1) und seine Geschwindigkeit zunimmt, wird eine rückwärtsgerichtete Elektromotorische Kraft (EMF) durch den Anker erzeugt, was zu einem plötzlichen Anstieg der geforderten Anstiegszeit führt. Wenn die Anstiegszeit zunimmt, nimmt die Breite des PWM-Pulses zu. Somit liefert die Breite des PWM-Pulses eine Anzeige der Geschwindigkeit des Ankers.
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 mehrerer PWM-Pulse, abhängig von der Betriebsfrequenz der PWM-Pulse und der Geschwindigkeit des Ankers.
Wenn der Anker zum Stillstand kommt und sich die zweite Zylinderspule 40 in der geschlossenen Position befindet (zur Zeit T2), 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 anfänglichen Wert zurück.
Die Erfindung verwendet die Tatsache, dass die Breite des PWM-Pulses, die auch die Anstiegszeit darstellt, eine Anzeige der Ankergeschwindigkeit liefert und dass daher Änderungen in der Ankergeschwindigkeit, beispielsweise die Änderung, wenn der Anker sich zuerst bewegt und die Änderung, wenn der Anker in der geschlossenen Position zum Stillstand kommt, erkannt werden können durch eine Überwachung der Breite der PWM-Pulse. Die Genauigkeit beim Messen des Schließens der Zylinderspulenanordnung ist durch die PWM-Betriebsfrequenz festgelegt.
Ein Verfahren zur Erkennung des Schließens der Zylinderspulenanordnung wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und auch das in den 5A und 5B gezeigte Flussdiagramm beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass sich der Zylinderspulen-Anker 5 zu Beginn in der geschlossenen Position an der zweiten Zylinderspule 40 befindet. Wenn es gewünscht ist, auch eine Bestimmung durchzuführen, wann sich der Anker 5 von der ersten Zylinderspule in die geschlossenen Position an der zweiten Zylinderspule 40 bewegt, so muss der folgende Betrieb nur für die erste und zweite Treiberschaltung 9, 11 und erste und zweite Zylinderspulen 4, 40 umgekehrt werden.
Das Verfahren beginnt bei Schritt 50 für die erste Zylinderspule 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.
Im 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, prüft die Prozessoreinheit 6 im Schritt 74 einen (nicht gezeigten) internen Speicher, um zu sehen, ob der Haltestrom entfernt wurde: das heißt, um zu sehen, ob das Ende des Haltestrompulses erreicht wurde. Wenn der Haltestrom entfernt wurde, 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 im Schritt 84 abgelaufen ist, stellt die Prozessoreinheit 6 die zweite Zylinderspule 40 wieder über den zweiten Schalter 180 im Schritt 86 an. Die Prozessoreinheit 6 springt dann zurück zum 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 Haltestroms anzuzeigen und startet einen (nicht gezeigten) internen Zähler, der verwendet wird, um die Übergangszeit zu berechnen; das heißt, die Zeit, die der Anker 5 benötigt, um sich von der zweiten Zylinderspule 40 zur ersten Zylinderspule 4 zu bewegen.
Im Schritt 50 wird die erste Zylinderspule 4 angeschaltet: die Prozessoreinheit 6 schließt zuerst den Schalter 16 über die Pegelschiebeschaltung 8, schließt den zweiten Schalter 18 und setzt den dritten Schalter 20 so, dass das zweite Referenzstromsignal, HochI, an den Vergleicher 10 angelegt wird. Wenn der Strom in der ersten Zylinderspule 4 den Pegel des zweiten Referenzstromsignals, HochI, erreicht, wird ein Übergang des Ausgangssignal am Ausgang des Vergleichers 10 erzeugt.
Wenn im Schritt 52 ein Übergang erkannt wird, prüft die Prozessoreinheit 6 im Schritt 54 einen (nicht gezeigten) internen 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 zum Schritt 62, ansonsten geht sie zum 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, aktualisiert die Prozessoreinheit 6 im Schritt 58 die mittlere Anstiegszeit, um die aktuelle Anstiegszeit in den Mittelwert aufzunehmen. Wenn keine mittlere Anstiegszeit gespeichert ist, so setzt die Prozessoreinheit 6 im Schritt 60 die mittlere Anstiegszeit auf die aktuelle Anstiegszeit.
Die Prozessoreinheit 6 geht dann zum Schritt 62, wo sie die erste Zylinderspule 4 über den zweiten Schalter 18 für die vorbestimmte Abklingzeit ausschaltet. Am Ende der vorbestimmten Abklingzeit, Schritt 64, schaltet die Prozessoreinheit 6 im Schritt 66 die erste Zylinderspule 4 über den zweiten Schalter 18 an.
Im Schritt 68 prüft die Prozessoreinheit 6 das Ende-des-Haltens-Flag, um zu sehen, ob es gesetzt ist. Wenn das Flag gesetzt ist, springt die Prozessoreinheit 6 zum Schritt 88, wenn es nicht gesetzt ist, springt sie zum Schritt 52 und der Zyklus wiederholt sich.
Im Schritt 88 wartet die Prozessoreinheit 6 auf einen Übergang 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 Mittelwert, um den vorbestimmten Betrag überschritten hat, geht die Prozessoreinheit 6 zum Schritt 92, wo sie das (nicht gezeigte) Ankerbewegungsflag in der Prozessoreinheit setzt und zum Schritt 102 geht. Wenn sie den Mittelwert nicht um den vorbestimmten Betrag überschritten hat, prüft die Prozessoreinheit 6 das Ankerbewegungsflag und vergleicht die aktuelle Anstiegszeit mit der gespeicherten mittleren Anstiegszeit. Wenn das Ankerbewegungsflag gesetzt ist und sich die Anstiegszeit innerhalb eines vorbestimmten Betrages, beispielsweise 20%, der gespeicherten mittleren Anstiegszeit befindet, wird angenommen, dass der Anker angehalten hat und die Prozessoreinheit geht zum Schritt 96. Wenn entweder das Ankerbewegungsflag nicht gesetzt ist oder sich die Anstiegszeit nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs der gespeicherten mittleren Anstiegszeit befindet, geht die Prozessoreinheit 6 zum Schritt 102.
Im Schritt 102 schaltet die Prozessoreinheit 6 dann die erste Zylinderspule 4 über den zweiten Schalter 18 für die vorbestimmte Abklingzeit aus. Am Ende der vorbestimmten Abklingzeit, Schritt 104, schaltet die Prozessoreinheit 6 im Schritt 106 über den zweiten Schalter 18 die erste Zylinderspule 4 ein. Die Prozessoreinheit 6 springt dann zum Schritt 88, um auf einen anderen Übergang am Ausgang des Vergleichers 10 zu warten.
Im Schritt 96 berechnet die Prozessoreinheit 6 die Übergangszeit vom Schritt 78 bis zum Stoppen des Ankers 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 der Anker angehalten hat, die gestoppte 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 der Anker gestoppt haben muss, bevor ANSTIEG3 startet, denn ansonsten würde ANSTIEG3 den Test im Schritt 94 nicht bestehen. Ebenso muss der Anker beim Start von ANSTIEG2 sich bewegen, ansonsten hätte ANSTIEG2 den Test im 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 der Anker seine Bewegung beendet hat. Die Zeit vom 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 der Anker gestoppt hat. Die Prozessoreinheit 6 geht dann zum 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 der Anker in der geschlossenen Position gehalten wird, bis gewünscht wird, die Zylinderspule wieder zu öffnen. Um den Leistungsverbrauch zu vermindern, während die Zylinderspule geschlossen ist, kann der Pegel des Referenzstromsignals vermindert werden.
In dem bevorzugten hier beschriebenen Ausführungsbeispiel 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 Zylinderspulenanordnung, wie sie hier beschrieben wurde, hat insbesondere Vorteile bei Kraftstoffeinspritzanwendungen für Autos. Bei solchen Anwendungen bildet der Anker 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 aufweist, 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 und der zweiten Zylinderspulen 4, 40 zu bestimmen.
Das Schließerkennungsverfahren gemäß der Erfindung kann entweder in Software oder in Halbleiterhardware, wie beispielsweise einem ASIC, implementiert werden. Die Erfindung liefert somit eine billige Vorrichtung zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspulenanordnung. Da in der bevorzugten Ausführungsform das Schließen der Zylinderspulenanordnung durch ein Überwachen der Änderungen in der Breite der PWM-Steuerpulse erkannt wird und die Genauigkeit durch die PWM-Betriebsfrequenz bestimmt wird, liefert die Erfindung ein genaues Verfahren für die Schließungserkennung. Dies ergibt merkliche Vorteile bei Anwendungen für Dieselkraftstoffinjektoren für Autos, bei der die Zeitgabe des Schließens und somit die Kraftstoffeinspritzung kritisch ist.

Claims

Verfahren zur Erkennung des Schließens einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen und einen Zylinderspulen-Anker (5), der 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 den Anker (5) in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylinderspule (4) zu halten; Bereitstellen (50) eine Zugstromsignals (27) an der zweiten Zylinderspule (40), wobei das Zugstromsignal eine Vielzahl von Stromspitzen (19) aufweist, von denen jede eine messbare Anstiegszeit (21) hat; Speichern (58, 60) eines Wertes, der die Anstiegszeit für eine Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen darstellt; Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinderspule (4); Messen der Anstiegszeit jeder der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40) und Bestimmen (90), wenn die Anstiegszeit einer Stromspitze sich gegenüber einer gespeicherten Anstiegszeit um einen vorbestimmten Betrag ändert, was anzeigt, dass der Anker (5) begonnen hat, sich in Richtung der zweiten Zylinderspule (40) zu bewegen; Fortsetzen der Messung der Anstiegszeit jeder der Stromspitzen (19) in der zweiten Zylinderspule (40); und Bereitstellen einer Anzeige, dass sich der Anker 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 hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung, wann die Anstiegszeit einer Stromspitze sich von der gespeicherten Anstiegszeit um einen vorbestimmten Betrag unterscheidet, das Bestimmen umfasst, wann die Anstiegszeit einer Stromspitze die gespeicherte Anstiegszeit um 50% übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Anzeige, dass sich der Anker (5) in einer geschlossenen Position befindet, eine Anzeige umfasst, bei der die Anstiegszeit einer Stromspitze auf einen Wert innerhalb von 20% um die gespeicherte Anstiegszeit zurückkehrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen des Zugstromsignals eine konstante Abklingzeit hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Haltestromsignal eine Vielzahl von Stromspitzen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Vielzahl der Stromspitzen des Haltestromsignals eine konstante Abklingzeit hat.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Amplitude der Stromspitzen der Zugstromsignals größer ist als die Amplitude der Stromspitzen des Haltestromsignals.
Verfahren nach 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 vorbestimmten Anzahl von Stromspitzen und das Bestimmen der mittleren Anstiegszeit für die vorbestimmte Anzahl von Stromspitzen umfasst, wobei die mittlere Anstiegszeit als gespeicherte Anstiegszeit gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin den Schritt des Berechnens einer Übergangszeit umfasst, wobei die Übergangszeit die Zeit ist, vom Zeitpunkt, wenn der Anker (5) beginnt, sich zu bewegen bis zum Zeitpunkt, wenn er seine 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 Anstiegszeitwert 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 der Anker (5) die geschlossenen Positionen erreicht; und Verwenden der bestimmten Stopzeit und der aufgezeichneten Startzeit, um die Übergangszeit zu berechnen.
Verfahren zur Erkennung des Schließens eines Ankers an einer ersten Zylinderspule in einer Zylinderspulenanordnung, die erste und zweite Zylinderspulen (4, 40) und den Anker (5), der sich zwischen den ersten und zweiten Zylinderspulen (4, 40) bewegt, umfasst, wobei die Zylinderspulenanordnung weiterhin einen Schalter (160) umfasst, der in Serie mit der zweiten Zylinderspule (40) zwischen einem Versorgungsspannungsanschluss und einem Referenzspannungsanschluss geschaltet ist, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: Bereitstellen (70) eines Haltestromsignals (25) an der ersten Zylinderspule (4), um den Anker (5) in einer anfänglich geschlossenen Position mit der ersten Zylinderspule (4) zu halten; Bereitstellen eines PWM-Steuersignals (29) am Schalter (160), 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) aufgebaut 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-Steuersignalpulses (29) für eine Vielzahl von Stromspitzen darstellt; Entfernen des Haltestromsignals von der ersten Zylinderspule (4); Messen der Breite des PWM-Steuersignalpulses (29) für jede der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40) und Bestimmen, wenn die gemessene Breite um einen vorbestimmten Betrag von der gespeicherten Breite abweicht, was anzeigt, dass der Anker (5) begonnen hat, sich in Richtung der zweiten Zylinderspule (40) zu bewegen; Fortsetzen der Messung der Breite des PWM-Steuersignalpulses (29) für jede der Stromspitzen in der zweiten Zylinderspule (40); und Bereitstellen einer Anzeige, dass sich der Anker (5) in einer geschlossenen Position mit der zweiten Zylinderspule (40) befindet, wenn die gemessene Breite eines PWM-Steuersignalpulses (29) im wesentlichen auf den gespeicherten Breitenwert zurückkehrt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Bestimmens, 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.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt des Bereitstellens einer Anzeige, dass sich der Anker (5) in einer geschlossenen Position befindet, das Bereitstellen einer Anzeige umfasst, bei der die gemessene Breite auf einen Wert innerhalb von 20% um die gespeicherten Breite zurückkehrt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei jede Stromspitze aus der Vielzahl von Stromspitzen des Zugstromsignals eine konstante Abklingzeit hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Zylinderspulenanordnung einen zweiten Schalter (16) umfasst, der in Serie mit der ersten Zylinderspule (4) zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss und dem Referenzspannungsanschluss geschaltet ist, und wobei der Schritt des Bereitstellens eines Haltestromsignals folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines PWM-Steuersignals am zweiten Schalter (16) in Serie mit der ersten Zylinderspule (4), um das Öffnen und Schließen des Schalters derart zu steuern, dass das Haltestromsignal, das eine Vielzahl von Stromspitzen aufweist, in der ersten Zylinderspule (41) wirksam wird, wobei jede der Stromspitzen eine messbare Anstiegszeit hat, die abhängt von der Breite des entsprechenden Pulses des PWM-Steuersignals.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Amplitude der Stromspitzen des Zugstromsignals größer ist als die Amplitude der Stromspitzen des Haltestromsignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, das weiterhin den Schritt des Berechnens einer Übergangszeit umfasst, wobei die Übergangszeit die Zeit ist, vom Zeitpunkt, wenn der Anker (5) beginnt sich zu bewegen, bis zum Zeitpunkt, wenn er seine geschlossene Position erreicht, wobei der Berechnungsschritt folgende Schritte umfasst: Aufzeichnen der Startzeit, wenn der Haltestrom entfernt wird; Bestimmen der Breiten der PWM-Steuersignalimpulse für die Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze vorausgeht, und der Stromspitze, die der gestoppten Stromspitze nachfolgt, aus deren PWM-Steuersignalimpulsbreite bestimmt wurde, dass sie im wesentlichen zur gespeicherten Breite zurückgekehrt ist; Ins-Verhältnis-Setzen der bestimmten PWM-Steuersignalimpulsbreiten der vorhergehenden, folgenden und gestoppten Stromspitzen, um eine Stopzeit zu bestimmen, wobei die Stopzeit die Zeit ist, wenn in der gestoppten Stromspitze der Anker (5) die geschlossene Position erreicht; und Verwenden der bestimmten Stopzeit und der aufgezeichneten Startzeit, um die Übergangszeit zu berechnen.