EP1806494A2 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in einem Ventil - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in einem Ventil Download PDF

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EP1806494A2
EP1806494A2 EP06119822A EP06119822A EP1806494A2 EP 1806494 A2 EP1806494 A2 EP 1806494A2 EP 06119822 A EP06119822 A EP 06119822A EP 06119822 A EP06119822 A EP 06119822A EP 1806494 A2 EP1806494 A2 EP 1806494A2
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EP
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valve
predetermined
uind
output
threshold value
Prior art date
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Stephan Bolz
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Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/063—Lift of the valve needle

Definitions

  • the invention relates to a device and a corresponding method for detecting an end of a movement of a valve piston in a valve, in particular in a magnetically bistable solenoid valve for an injection valve of an internal combustion engine in a motor vehicle.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a corresponding method for detecting an end of a movement of a valve piston in a valve that is reliable.
  • the invention is characterized by a device and a corresponding method for detecting in each case one end of a movement of a valve piston in at least one valve.
  • the device can be coupled to the at least one valve.
  • the apparatus is configured to detect a first quantity representative of an induction voltage induced by movement of the valve piston in a coil of the valve.
  • the apparatus is further configured to determine a second quantity representative of a first derivative of the first magnitude in time. Further, the apparatus is configured to detect the end of movement of the valve piston in the valve when the first magnitude is greater than a predetermined first threshold and the second magnitude falls below a predetermined second threshold.
  • the recognition can be particularly reliable. If the first variable is greater than the predetermined first threshold value, then it can be ensured that the induction voltage is sufficiently large and that the induction voltage is in particular greater than any noise or possibly existing other interference signals. Due to the end of the movement of the valve piston, the induction voltage has a characteristic course, in particular a kink, after which the induction voltage drops faster than its previous course. If the second variable falls below the predetermined second threshold value, this characteristic profile of the induction voltage can be reliably detected at the end of the movement of the valve piston. For example, the device is configured to generate a signal to signal the detection of the end of the valve piston in the valve.
  • the predetermined first threshold value and / or the predetermined second threshold value are predefined as a function of the first variable. This has the advantage that the detection of the end of the movement of the valve piston with different induction voltage is reliably possible.
  • the induction voltage is e.g. different sizes with different valves or with different state of wear of the at least one valve.
  • the predetermined first threshold value or the predetermined second threshold value is predefined as a function of the first variable only if the first variable is greater than a predefined third threshold value.
  • the predetermined third threshold is preferably so large that it is not affected by the noise or other noise of the first size is exceeded.
  • the predetermined third threshold value is preferably so small that even with a low induction voltage, the end of the movement of the valve piston can be reliably detected. The detection of the end of the movement of the valve piston can be so robust against noise and other interference signals and against different sized induction voltages.
  • the device comprises a first impedance converter whose input-side impedance is greater than the output-side impedance and the input side, the induction voltage can be supplied. Furthermore, the device comprises a second impedance converter, whose input-side impedance is smaller than its output-side impedance and the output side is coupled via a series circuit of a resistor and a capacitor to an output of the first impedance converter. The first variable can be detected on the output side of the first impedance converter. Furthermore, the second size can be determined on the output side of the second impedance converter.
  • the advantage is that such a device can be very simple and inexpensive.
  • the first and the second impedance converter can be formed, for example, by at least one transistor in each case. Furthermore, such a device can be designed to be particularly inexpensive as an integrated circuit.
  • a low-pass filter is provided on the input side. This has the advantage that noise and high-frequency interference can be reduced and thereby the detection of the end of the movement of the valve piston can be done very reliable.
  • the device has a voltage divider, which is arranged electrically between a supply potential and a ground potential and which is designed as a series connection of at least three resistors and at each between two successive resistors of the predetermined first threshold and predetermined second threshold can be tapped.
  • the device on the output side comprises a first and a second comparator, each having an open-collector output.
  • the device is designed such that the first comparator is supplied with the first variable at its positive input and the predetermined first threshold value at its negative input.
  • the second comparator is supplied to the second size at its negative input and the predetermined second threshold at its positive input.
  • the open collector output of the first comparator and the open collector output of the second comparator are connected together and form an output of the device.
  • the device has on the input side a protective circuit which comprises at least one diode and a resistor and which is designed such that when the input voltage is exceeded, the diode conducts and a current flow through the diode is limited by the resistor.
  • the device is thus robust and simple and reliably protects the device from an input-side overvoltage.
  • a valve for example a control valve for an injection valve for an internal combustion engine in a motor vehicle, comprises a valve housing 1, which has a recess in which a Valve piston 2 is arranged axially movable ( Figure 1).
  • the valve has an inlet 3 and two outlets 4, which are formed in the valve housing 1. Furthermore, 1 outflows 5 are formed in the valve housing.
  • the inlet 3 can be coupled, for example, with a fluid reservoir, not shown, from which the valve, a fluid, such as hydraulic oil or engine oil, can be supplied.
  • the outlets 4 open, for example, in a control chamber, not shown, adjacent to the example, a hydraulic ram, which is movable depending on a fluid pressure in the control chamber for opening and closing the injector.
  • the inlet 3 is hydraulically coupled via grooves 8, which are formed in the valve piston 2 and the valve housing 1, with the outlets 4 or are the outlets 4 with the outflows 5 coupled. Through the outflows 5, the fluid can flow out of the control room.
  • the valve has a first cap 6 and a second cap 7, each disposed at an axial end of the valve.
  • the first cap 6 and the second cap 7 limit a stroke of the valve piston 2 in the valve housing 1.
  • Adjacent to the first cap 6 is a first coil L1 and adjacent to the second cap 7, a second coil L2 is arranged.
  • a suitable energizing the first coil L1 and the second coil L2 a magnetic field can be constructed so that the valve piston 2 is attracted by this and is moved against the stroke limit formed by the first cap 6 and the second cap 7.
  • the first cap 6 and the second cap 7 are formed so that even after stopping energizing the first coil L1 and the second coil L2 by a corresponding magnetizing the first Cap 6 and the second cap 7 a remanence magnetic field is maintained.
  • the valve piston 2 can thus maintain its current position on the first cap 6 and the second cap 7 until the valve piston 2 is pulled by the energizing of the respective opposite coil to the associated cap.
  • the valve thus forms a solenoid bistable solenoid valve.
  • the valve can also be designed differently.
  • Figure 2 shows a circuit arrangement which is designed for driving the valve.
  • the circuit arrangement has a control device 9 which, for example, generates a pulse-width-modulated control signal, which is supplied to a first switch SW1.
  • the first switch SW1 is electrically arranged between a positive potential of a battery voltage UBAT and a first terminal of the first coil L1.
  • the battery voltage UBAT is for example about 24 volts.
  • the first switch SW1 and the first terminal of the first coil L1 are coupled via a reverse-direction first diode D1 to a negative potential of the battery voltage UBAT, which is referred to as a ground potential GND.
  • a second terminal of the first coil L1 is coupled to the ground potential GND via a second switch SW2.
  • the second switch SW2 is provided for selecting the valve, if further valves can be controlled by the control device 9.
  • the second terminal of the first coil L1 is coupled via a reverse-connected second diode D2 to the positive potential of the battery voltage UBAT.
  • the first switch SW1, the second switch SW2, the first diode D1, and the second diode D2 are respectively provided for the second coil L2.
  • the control device 9 is preferably formed, the pulse width modulated To generate control signal corresponding to the second coil L2.
  • the first coil L1 and the second coil L2 are preferably energized alternately so that the valve piston 2 is moved to the respective other axial position on the first cap 6 and the second cap 7.
  • the respectively energized coil is used to detect the movement of the valve piston 2 in the valve housing 1.
  • Characterized in that the first cap 6 and the second cap 7 or the valve housing 1 or the valve piston 2 are magnetized, can be induced by the movement of the valve piston 2 by the prevailing magnetic field, an induction voltage in the first coil L1 and in the second coil L2 , This induction voltage is particularly easy to detect in the respective de-energized coil.
  • FIG. 3 shows a first diagram in which a profile of an electrical current I through the first coil L1 and the second coil L2 during the energizing is shown.
  • the energizing of the respective coil starts at a starting time t0 by the switching on of the coil associated with the first switch SW1 and second switch SW2.
  • the electric current I increases until a predetermined current is reached.
  • the current I is kept in a predetermined range by alternately turning on and off the first switch SW1.
  • UIND which is representative of this induction voltage.
  • the first variable UIND shows a characteristic value Course in the form of a bend B.
  • the kink B is caused by the end of the movement of the valve piston. Since the induction voltage is not further induced after the first time t1, the first magnitude UIND falls faster after the time t1 than before the first time t1. The end of the movement of the valve piston can thus be detected by detecting the bend B in the course of the first variable UIND.
  • Figure 4 shows a block diagram of a device for detecting the end of the movement of the valve piston in the valve.
  • the device has an input IN, via which the device, the induction voltage or the first size UIND can be fed.
  • a protection circuit 10 is provided on the input side of the device in order to protect the device from an excessive input voltage at the input IN and thus to prevent damage to the device.
  • the protection circuit 10 is coupled to a buffer 11, which is designed, for example, as a first impedance converter.
  • the device can thus be coupled, for example, with high impedance to the first coil L1 or the second coil L2 or further coils in optionally provided further valves.
  • the first variable UIND can be tapped.
  • the buffer 11 is coupled to a differentiator 12 which forms a first derivative of the first magnitude UIND in time and provides on the output side a second quantity UDERIV representative of the first derivative of the first magnitude UIND in time. Furthermore, a reference generator 13 is provided in the device, which generates and predefines a predetermined first threshold value THR1 and a predetermined second threshold value THR2.
  • a first comparator 14 is provided for comparing the first quantity UIND with the predetermined first threshold value THR1.
  • a second comparator 15 is provided for comparing the second variable UDERIV with the predetermined second threshold THR2.
  • the first comparator 14 and the second comparator 15 are logically linked together via an AND gate 16.
  • An output OUT of the device is constituted by an output of the AND gate 16.
  • the detection of the end of the movement of the valve piston is signaled when the first magnitude UIND is greater than the predetermined first threshold THR1 and the second magnitude UDERIV below the predetermined second threshold value THR2 falls (FIG. 5). Signaling at the output OUT is effected, for example, by an output pulse P of an output voltage UOUT.
  • the output pulse P may, for example, be supplied to a control unit, not shown, which is designed to control the valve as a function of the second point in time t2, which is marked by the output pulse P, such that e.g. a predetermined amount of fuel is injected.
  • a method corresponding to the block diagram may also be provided, e.g. in the form of a program executed by the control unit.
  • FIG. 5 shows a curve of the second variable UDERIV, the predefined second threshold value THR2 and the output voltage UOUT.
  • the second variable UDERIV falls below the predetermined second threshold value THR2 and triggers the output pulse P in the output voltage UOUT if, at the same time, the first variable UIND is greater than the predetermined first threshold value THR1 (FIG. 3).
  • the output pulse P occurring at the second time t2 is delayed from the occurrence of the break B at the first time t1 (FIG. 6).
  • the device may be designed so that this delay is largely constant and so the first time t1, so the end of the movement of the valve body in the valve, can be reliably determined.
  • FIG. 7 shows a first embodiment of the device.
  • the device is designed to detect the respective end of the movement of the valve piston in six valves, which are electrically coupled together in two banks of three valves each.
  • the valves are preferably controlled sequentially and without overlap with respect to their control.
  • Such a device is preferably provided in each case for the first coil L1 and for the second coil L2. If the valves are actuated overlapping, then additional devices may be necessary.
  • the elements of the device associated with the second valve bank have reference symbols with an additional bar and correspond in each case to the elements associated with the first valve bank. The device is explained below with reference to the first coil L1 according to FIG. 2.
  • the input IN of the device is electrically coupled to the second diode D2 and the second switch SW2.
  • the input IN is further coupled via a first resistor R1 and a reverse direction arranged third diode D3 with a supply potential USUP, which is for example about 5 volts with respect to the ground potential GND.
  • the first resistor R1 and the third diode D3 are electrically coupled to a node K1, which in turn is connected to a base terminal of a first transistor T1 and via a first capacitor C1 is coupled to the ground potential GND.
  • the input IN is further coupled via a second resistor R2 to the ground potential GND.
  • the first coil L1 discharges via the second resistor R2.
  • the exponential voltage drop after the first time t1 is influenced by the second resistor R2.
  • the first resistor R1 has a resistance of about 10 kilohms
  • the second resistor R2 has a resistance of about 500 ohms, for example.
  • the first resistor R1 and the third diode D3 form the protection circuit 10. If a voltage between the input IN and the ground potential GND is greater than the sum of a voltage between the supply potential USUP and the ground potential GND and a forward voltage of the third diode D3, then the third diode D3 conductive. A current flow through the third diode D3 is then limited by the first resistor R1. Furthermore, the first resistor R1 with the resistors R1 'and R2' forms a voltage divider which reduces the voltage between the node K1 and the ground potential GND with respect to the voltage between the input IN and the ground potential GND. As a result, the device is protected against overvoltages at the input IN. Furthermore, a low-pass filter is formed by the first resistance R1 and the first capacitor C1, which is preferably designed such that noise and other interference signals at the node K1 are largely suppressed.
  • the buffer 11 is formed by the first transistor T1, which is connected as a collector circuit.
  • a collector terminal of the first transistor T1 is connected to the ground potential GND, and an emitter terminal of the first transistor T1 is coupled to the supply potential USUP via a third resistor R3.
  • the emitter terminal of the first Transistor T1 forms a node K2, at which the first variable UIND is provided in a low-impedance manner.
  • the collector circuit of the first transistor T1 has an input-side impedance which is greater than its output-side impedance. The first transistor T1 thus forms the first impedance converter.
  • the differentiator 12 is formed by a second capacitor C2 and a fourth resistor R4, which form a series circuit, and a second transistor T2 and a fifth, sixth, seventh and eighth resistor R5, R6, R7, R8, the operating point of the second transistor T2 serve.
  • the second transistor T2 is connected as a base circuit.
  • An emitter terminal of the second transistor T2 is coupled via the fifth resistor R5 to the supply potential USUP and a collector terminal of the second transistor T2 is coupled via the sixth resistor R6 to the ground potential GND.
  • a base terminal of the second transistor T2 is coupled to the supply potential USUP via the seventh resistor R7 and coupled to the ground potential GND via the eighth resistor R8.
  • the series connection of the second capacitor C2 and the fourth resistor R4 is arranged electrically between the second node K2 and the emitter terminal of the second transistor T2.
  • the second transistor T2 forms by its base circuit a second impedance converter whose input-side impedance is smaller than the output-side impedance.
  • a cut-off frequency of the differentiator 12 is essentially given by 1 / (2 * ⁇ * R4 * C2) and is for example about 200 kHz.
  • a voltage gain of the second transistor T2 is given by a ratio of the sixth resistor R6 and the fourth resistor R4.
  • the second variable UDERIV can be determined.
  • the collector terminal of the second transistor T2 is coupled to a base terminal of a third transistor T3, which is connected as a collector circuit.
  • the third transistor T3 thus forms a third impedance converter whose input-side impedance is greater than the output-side impedance.
  • a collector terminal of the third transistor T3 is coupled to the ground potential GND and an emitter terminal of the third transistor T3 is coupled via a ninth resistor R9 to the supply potential USUP.
  • a multi-stage voltage divider is arranged, which forms the reference generator 13 and which is formed from a series connection of a tenth, eleventh, twelfth and thirteenth resistor R10, R11, R12, R13.
  • the tenth resistor R10 is electrically arranged between the supply potential USUP and a node K3.
  • the node K3 is coupled via a third capacitor C3 to the emitter terminal of the third transistor T3.
  • the eleventh resistor R11 is disposed between the third node K3 and a fourth node K4, and the twelfth resistor R12 is disposed between the fourth node K4 and a fifth node K5.
  • the thirteenth resistor R13 is arranged between the fifth node K5 and the ground potential GND.
  • the second variable UDERIV can be tapped.
  • the node K4 is coupled to the ground potential GND via a fourth capacitor C4. Accordingly, the fifth node K5 is coupled to the ground potential GND via a fifth capacitor C5.
  • the predetermined first threshold voltage THR1 preferably has approximately a value which is half as large as an expected maximum amount of the first variable UIND. For example, if the maximum amount corresponds to the supply potential USUP of 5 volts, then the predetermined first threshold voltage THR1 is preferably about 2.5 volts.
  • the predetermined second threshold voltage THR2 is tapped between the third node K3 and the fourth node K4, ie via the eleventh resistor R11.
  • the predetermined first threshold value THR1 and the predetermined second threshold value THR2 are thus predefined as a function of a dimensioning of the voltage divider.
  • the device further comprises a first comparator COMP1 and a second comparator COMP2.
  • the first comparator COMP1 is coupled on the input side with its positive input to the second node K2 and coupled with its negative input to the fifth node K5.
  • the first comparator COMP1 thus forms the first comparator 14, which compares the first quantity UIND with the predetermined first threshold value THR1.
  • the second comparator COMP2 is coupled with its negative input to the third node K3 and its positive input to the fourth node K4.
  • the second comparator COMP2 thus forms the second comparator 15, which compares the second variable UDERIV with the predetermined second threshold THR2.
  • the first comparator COMP1 and the second comparator COMP2 each have an open-collector output.
  • the AND gate 16 can be realized very easily by connecting the respective outputs of the first comparator COMP1 and the second comparator COMP2.
  • the linked open-collector outputs of the first comparator COMP1 and the second comparator COMP2 thus form the output OUT of the device.
  • the output OUT is coupled to the supply potential USUP via a fourteenth resistor R14.
  • kink B occurs in the course of the first magnitude UIND, then the potential drops at the third node K3. Since the potential at the fourth node K4 is supported by the charge on the fourth capacitor C4, the potential at the third node K3 may be maintained for a short period of time, e.g. for a few tens of microseconds, fall below the potential of the fourth node K4 and thus on the output side of the second comparator COMP2 cause a positive pulse about for the duration of the undershoot. At the same time the potential at the second node K2 is greater than that at the fifth node K5, then the output pulse P is generated at the output OUT.
  • the voltage divider of the tenth, eleventh, twelfth and thirteenth resistor R10, R11, R12, R14 may also be formed of only three resistors when the second size UDERIV is tapped at the emitter terminal of the third transistor T3 instead of at the third node K3 and the tenth and the eleventh resistor R10, R11 are combined into one resistor.
  • the fourth and the fifth capacitor C4, C5 can then be dispensed with.
  • FIG. 8 shows a second embodiment of the device which corresponds to the first embodiment in FIG.
  • the tenth resistor R10 is divided into a first sub-resistor R10a and a second sub-resistor R10b.
  • a sixth node K6 is electrically formed between the first sub-resistor R10a and the second sub-resistor R10b.
  • a fourth diode D4 is coupled with its cathode connection to the sixth node K6 and coupled with its anode connection to the second node K2.
  • the predetermined third threshold value is predetermined by a corresponding dimensioning of the first under resistance R10a as well as the second under resistance R10b, the eleventh resistance R11, the twelfth resistance R12 and the thirteenth resistance R13.
  • the third threshold value is predetermined such that it is greater than any noise present in the first quantity UIND or other interference signals present, but is so small that the bend B in the course of the first variable UIND can be reliably detected even if the first size UIND has only a small amount.
  • the advantage is that by varying the potential at the fourth node K4 depending on the potential at the second node K2, the predetermined second threshold value is adjusted as a function of the first quantity UIND, since it is to be expected that the second quantity UDERIV is present of the bend B depends on the amount of the first size UIND more or less far. As a result, the kink B can be reliably detected largely independently of the amount of the first variable UIND.
  • the delay between the first time t1 of the occurrence of the bend B and the output pulse P at the second time t2 can be substantially constant.
  • the end of the movement of the valve piston 2 can be determined very precisely.
  • the predetermined third threshold is, for example, about two to three volts.

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Abstract

Eine Vorrichtung ist ausgebildet zum Erfassen einer ersten Größe (UIND), die repräsentativ ist für eine Induktionsspannung, die durch eine Bewegung eines Ventilkolbens in einer Spule eines Ventils induziert wird. Die Vorrichtung ist weiter ausgebildet zum Ermitteln einer zweiten Größe (UDERIV), die repräsentativ ist für eine erste Ableitung der ersten Größe (UIND) nach der Zeit. Ferner ist die Vorrichtung ausgebildet zum Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens in dem Ventil, wenn die erste Größe (UIND) größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert (THR1) und die zweite Größe (UDERIV) unter einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert (THR2) fällt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Erkennen eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in einem Ventil, insbesondere in einem magnetisch bistabilen Solenoid-Ventil für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug.
  • An Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Schadstoffemissionen unterliegen gesetzlichen Bestimmungen und der Kunde verlangt nach einem geringen Kraftstoffverbrauch und einem sicheren und zuverlässigen Betrieb. Durch direktes Einspritzen des Kraftstoffs in die jeweilige Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine mit hohem Druck, z.B. mit über 2000 Bar bei Dieselkraftstoff oder über 100 Bar bei Benzin, sowie gegebenenfalls durch Zuführen des Kraftstoffs in mehreren Teileinspritzungen je Einspritzvorgang kann die Gemischaufbereitung verbessert werden und so der Kraftstoffverbrauch und die Entstehung von Schadstoffemissionen verringert werden. Die Anforderungen an die Präzision und Dynamik der Einspritzventile sind daher hoch. Gefordert sind beispielsweise Ventilschaltzeiten von z.B. etwa 100 bis 500 Mikrosekunden, so dass bei dem hohen Kraftstoffdruck geringe Kraftstoffmengen, z.B. wenige Mikrogramm, präzise eingespritzt werden können. Für Diesel-Pkw-Motoren weisen die Einspritzventile dazu einen Piezoaktor zum Betätigen des Ventils auf. Jedoch sind Einspritzventile mit Piezoaktor teuer. Einspritzventile, die einen Magnetaktor aufweisen, erreichen jedoch die geforderten Ventilschaltzeiten nicht.
  • Für großvolumige und langsam laufende Diesel-Lkw-Motoren, beispielsweise ein Sechs-Zylinder-Motor mit neun Litern Hubraum und einer Betriebsdrehzahl von maximal 1.800 Umdrehungen pro Minute, sind die Anforderung an die Ventilschaltzeiten geringer. Um eine vorgegebene Kraftstoffmenge präzise zumessen zu können, müssen eine Zeitdauer, während der das Ventil geöffnet ist, und die Ventilschaltzeit möglichst präzise bekannt sein.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Erkennen eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in einem Ventil zu schaffen, die bzw. das zuverlässig ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Erkennen jeweils eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in mindestens einem Ventil. Die Vorrichtung ist mit dem mindestens einen Ventil koppelbar. Die Vorrichtung ist ausgebildet zum Erfassen einer ersten Größe, die repräsentativ ist für eine Induktionsspannung, die durch die Bewegung des Ventilkolbens in einer Spule des Ventils induziert wird. Die Vorrichtung ist ferner ausgebildet zum Ermitteln einer zweiten Größe, die repräsentativ ist für eine erste Ableitung der ersten Größe nach der Zeit. Ferner ist die Vorrichtung ausgebildet zum Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens in dem Ventil, wenn die erste Größe größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert und die zweite Größe unter einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert fällt.
  • Durch das Berücksichtigen sowohl der ersten Größe als auch der zweiten Größe kann das Erkennen besonders zuverlässig sein. Ist die erste Größe größer als der vorgegebene erste Schwellenwert, dann kann dadurch sichergestellt werden, dass die Induktionsspannung hinreichend groß ist und dass die Induktionsspannung insbesondere größer ist als ein gegebenenfalls vorhandenes Rauschen oder gegebenenfalls vorhandene andere Störsignale. Durch das Ende der Bewegung des Ventilkolbens weist die Induktionsspannung einen charakteristischen Verlauf auf, insbesondere einen Knick, nach dem die Induktionsspannung gegenüber ihrem vorherigen Verlauf schneller absinkt. Fällt die zweite Größe unter den vorgegebenen zweiten Schwellenwert, kann dieser charakteristische Verlauf der Induktionsspannung bei dem Ende der Bewegung des Ventilkolbens zuverlässig erkannt werden. Beispielsweise ist die Vorrichtung ausgebildet zum Erzeugen eines Signals, um das Erkennen des Endes des Ventilkolbens in dem Ventil zu signalisieren.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der vorgegebene erste Schwellenwert und/oder der vorgegebene zweite Schwellenwert abhängig von der ersten Größe vorgegeben. Dies hat den Vorteil, dass das Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens bei unterschiedlich großer Induktionsspannung zuverlässig möglich ist. Die Induktionsspannung ist z.B. unterschiedlich groß bei unterschiedlichen Ventilen oder bei unterschiedlichem Verschleißzustand des mindestens einen Ventils.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn der vorgegebene erste Schwellenwert bzw. der vorgegebene zweite Schwellenwert nur dann abhängig von der ersten Größe vorgegeben wird, wenn die erste Größe größer ist als ein vorgegebener dritter Schwellenwert. Der vorgegebene dritte Schwellenwert ist vorzugsweise so groß, dass dieser nicht durch das Rauschen oder andere Störsignale der ersten Größe überschritten wird. Ferner ist der vorgegebene dritte Schwellenwert vorzugsweise so klein, dass auch bei einer geringen Induktionsspannung das Ende der Bewegung des Ventilkolbens zuverlässig erkannt werden kann. Das Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens kann so robust gegenüber Rauschen und anderen Störsignalen und gegenüber unterschiedlich großen Induktionsspannungen sein.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen ersten Impedanzwandler, dessen eingangsseitige Impedanz größer ist als dessen ausgangsseitige Impedanz und dem eingangsseitig die Induktionsspannung zuführbar ist. Ferner umfasst die Vorrichtung einen zweiten Impedanzwandler, dessen eingangsseitige Impedanz kleiner ist als dessen ausgangsseitige Impedanz und der ausgangsseitig über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator mit einem Ausgang des ersten Impedanzwandlers gekoppelt ist. Die erste Größe ist ausgangsseitig des ersten Impedanzwandlers erfassbar. Ferner ist die zweite Größe ausgangsseitig des zweiten Impedanzwandlers ermittelbar. Der Vorteil ist, dass eine solche Vorrichtung sehr einfach und preisgünstig sein kann. Der erste und der zweite Impedanzwandler können beispielsweise durch jeweils mindestens einen Transistor gebildet sein. Ferner kann eine solche Vorrichtung sehr einfach als eine integrierte Schaltung besonders preisgünstig ausgebildet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eingangsseitig ein Tiefpassfilter vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass Rauschen und hochfrequente Störungen vermindert werden können und dadurch das Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens besonders zuverlässig erfolgen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Spannungsteiler auf, der elektrisch zwischen einem Versorgungspotenzial und einem Massepotenzial angeordnet ist und der als eine Reihenschaltung von mindestens drei Widerständen ausgebildet ist und an dem jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Widerständen der vorgegebene erste Schwellenwert und der vorgegebene zweite Schwellenwert abgreifbar sind. Der Vorteil ist, dass der vorgegebene erste Schwellenwert und der vorgegebene zweite Schwellenwert durch einen solchen mehrstufigen Spannungsteiler sehr einfach und präzise vorgegeben werden können und dazu nur wenige Bauelemente erforderlich sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung ausgangsseitig einen ersten und einen zweiten Komparator, die jeweils einen Open-Collector-Ausgang aufweisen. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass dem ersten Komparator an seinem positiven Eingang die erste Größe und an seinem negativen Eingang der vorgegebene erste Schwellenwert zugeführt wird. Dem zweiten Komparator wird an seinem negativen Eingang die zweite Größe und an seinem positiven Eingang der vorgegebene zweite Schwellenwert zugeführt. Der Open-Collector-Ausgang des ersten Komparators und der Open-Collector-Ausgang des zweiten Komparators sind miteinander verbunden und bilden einen Ausgang der Vorrichtung. Der Vorteil ist, dass nur wenige Bauelemente erforderlich sind und die Vorrichtung so sehr einfach ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eingangsseitig eine Schutzschaltung auf, die mindestens eine Diode und einen Widerstand umfasst und die so ausgebildet ist, dass bei einem eingangsseitigen Überschreiten einer Versorgungsspannung die Diode leitend wird und ein Stromfluss durch die Diode durch den Widerstand begrenzt ist. Die Vorrichtung ist dadurch robust und einfach und schützt die Vorrichtung zuverlässig vor einer eingangsseitigen Überspannung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 ein Ventil,
    • Figur 2 eine Schaltungsanordnung für ein Ansteuern des Ventils,
    • Figur 3 ein erstes Diagramm,
    • Figur 4 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erkennen eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in dem Ventil,
    • Figur 5 ein zweites Diagramm,
    • Figur 6 ein drittes Diagramm,
    • Figur 7 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung und
    • Figur 8 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein Ventil, z.B. ein Steuerventil für ein Einspritzventil für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, umfasst ein Ventilgehäuse 1, das eine Ausnehmung aufweist, in der ein Ventilkolben 2 axial beweglich angeordnet ist (Figur 1). Das Ventil weist einen Einlass 3 und zwei Auslässe 4 auf, die in dem Ventilgehäuse 1 ausgebildet sind. Ferner sind in dem Ventilgehäuse 1 Abflüsse 5 ausgebildet. Der Einlass 3 ist beispielsweise mit einem nicht dargestellten Fluidreservoir koppelbar, aus dem dem Ventil ein Fluid, z.B. Hydrauliköl oder Motoröl, zugeführt werden kann. Die Auslässe 4 münden beispielsweise in einen nicht dargestellten Steuerraum, an den z.B. ein Hydraulikstempel angrenzt, der abhängig von einem Fluiddruck in dem Steuerraum bewegbar ist zum Öffnen und Schließen des Einspritzventils.
  • Abhängig von einer axialen Position des Ventilkolbens 2 in der Ausnehmung des Ventilgehäuses 1 ist entweder der Einlass 3 hydraulisch über Nuten 8, die in dem Ventilkolben 2 und dem Ventilgehäuse 1 ausgebildet sind, mit den Auslässen 4 gekoppelt oder sind die Auslässe 4 mit den Abflüssen 5 gekoppelt. Durch die Abflüsse 5 kann das Fluid aus dem Steuerraum abfließen.
  • Das Ventil weist eine erste Kappe 6 und eine zweite Kappe 7 auf, die jeweils an einem axialen Ende des Ventils angeordnet sind. Die erste Kappe 6 und die zweite Kappe 7 begrenzen einen Hub des Ventilkolbens 2 in dem Ventilgehäuse 1. Angrenzend an die erste Kappe 6 ist eine erste Spule L1 und angrenzend an die zweite Kappe 7 ist eine zweite Spule L2 angeordnet. Durch ein geeignetes Bestromen der ersten Spule L1 bzw. der zweiten Spule L2 kann ein Magnetfeld so aufgebaut werden, dass der Ventilkolben 2 durch dieses angezogen wird und gegen die durch die erste Kappe 6 bzw. die zweite Kappe 7 gebildete Hubbegrenzung bewegt wird. Vorzugsweise sind die erste Kappe 6 und die zweite Kappe 7 so ausgebildet, dass auch nach einem Beenden des Bestromens der ersten Spule L1 bzw. der zweiten Spule L2 durch ein entsprechendes Magnetisieren der ersten Kappe 6 bzw. der zweiten Kappe 7 ein Remanenzmagnetfeld erhalten bleibt. Der Ventilkolben 2 kann so seine aktuelle Position an der ersten Kappe 6 bzw. der zweiten Kappe 7 beibehalten, bis der Ventilkolben 2 durch das Bestromen der jeweils gegenüberliegenden Spule zu der dieser zugeordneten Kappe gezogen wird. Das Ventil bildet somit ein magnetisch bistabiles Solenoid-Ventil. Das Ventil kann jedoch auch anders ausgebildet sein.
  • Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, die ausgebildet ist zum Ansteuern des Ventils. Die Schaltungsanordnung weist eine Steuereinrichtung 9 auf, die beispielsweise ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal erzeugt, das einem ersten Schalter SW1 zugeführt wird. Der erste Schalter SW1 ist elektrisch zwischen einem positiven Potenzial einer Batteriespannung UBAT und einem ersten Anschluss der ersten Spule L1 angeordnet. Die Batteriespannung UBAT beträgt beispielsweise etwa 24 Volt. Ferner ist der erste Schalter SW1 und der erste Anschluss der ersten Spule L1 über eine in Sperrrichtung angeordnete erste Diode D1 mit einem negativen Potenzial der Batteriespannung UBAT gekoppelt, das als ein Massepotenzial GND bezeichnet ist.
  • Ein zweiter Anschluss der ersten Spule L1 ist über einen zweiten Schalter SW2 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt. Der zweite Schalter SW2 ist vorgesehen für ein Auswählen des Ventils, wenn weitere Ventile durch die Steuereinrichtung 9 angesteuert werden können. Ferner ist der zweite Anschluss der ersten Spule L1 über eine in Sperrrichtung geschaltete zweite Diode D2 mit dem positiven Potenzial der Batteriespannung UBAT gekoppelt. Der erste Schalter SW1, der zweite Schalter SW2, die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 sind entsprechend für die zweite Spule L2 vorgesehen. Die Steuereinrichtung 9 ist vorzugsweise ausgebildet, das pulsweitenmodulierte Steuersignal entsprechend auch für die zweite Spule L2 zu erzeugen.
  • Die erste Spule L1 und die zweite Spule L2 werden vorzugsweise so abwechselnd bestromt, dass der Ventilkolben 2 in die jeweils andere axiale Position an der ersten Kappe 6 bzw. der zweiten Kappe 7 bewegt wird. Vorzugsweise wird die jeweils unbestromte Spule genutzt, um die Bewegung des Ventilkolbens 2 in dem Ventilgehäuse 1 zu erfassen. Dadurch, dass die erste Kappe 6 und die zweite Kappe 7 oder auch das Ventilgehäuse 1 oder der Ventilkolben 2 magnetisiert sind, kann durch das Bewegen des Ventilkolbens 2 durch das vorherrschende Magnetfeld eine Induktionsspannung in der ersten Spule L1 und in der zweiten Spule L2 induziert werden. Diese Induktionsspannung ist in der jeweils unbestromten Spule besonders einfach erfassbar.
  • Figur 3 zeigt ein erstes Diagramm, in dem ein Verlauf eines elektrischen Stroms I durch die erste Spule L1 bzw. die zweite Spule L2 bei dem Bestromen dargestellt ist. Das Bestromen der jeweiligen Spule beginnt zu einem Startzeitpunkt t0 durch das Einschalten des der jeweiligen Spule zugeordneten ersten Schalters SW1 und zweiten Schalters SW2. Der elektrische Strom I steigt an, bis ein vorgegebener Strom erreicht ist. Dann wird der Strom I durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des ersten Schalters SW1 in einem vorgegebenen Bereich gehalten. Mit einem Beginn der Bewegung des Ventilkolbens durch das vorherrschende Magnetfeld wird in der jeweils unbestromten Spule die Induktionsspannung induziert. Diese kann in Form einer ersten Größe UIND erfasst werden, die repräsentativ ist für diese Induktionsspannung. Schlägt der Ventilkolben 2 zu einem ersten Zeitpunkt t1 gegen die durch die erste Kappe 6 bzw. die zweite Kappe 7 gebildete Hubbegrenzung, dann zeigt die erste Größe UIND einen charakteristischen Verlauf in Form eines Knicks B. Der Knick B wird verursacht durch das Ende der Bewegung des Ventilkolbens. Da die Induktionsspannung nach dem ersten Zeitpunkt t1 nicht weiter induziert wird, fällt die erste Größe UIND nach dem Zeitpunkt t1 schneller als vor dem ersten Zeitpunkt t1. Das Ende der Bewegung des Ventilkolbens kann somit durch ein Erkennen des Knicks B in dem Verlauf der ersten Größe UIND erkannt werden.
  • Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens in dem Ventil. Die Vorrichtung weist einen Eingang IN auf, über den der Vorrichtung die Induktionsspannung oder die erste Größe UIND zuführbar ist. Eine Schutzschaltung 10 ist eingangsseitig der Vorrichtung vorgesehen, um die Vorrichtung vor einer zu großen Eingangsspannung an dem Eingang IN zu schützen und so ein Beschädigen der Vorrichtung zu verhindern. Die Schutzschaltung 10 ist gekoppelt mit einem Puffer 11, der beispielsweise als ein erster Impedanzwandler ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann so beispielsweise hochohmig mit der ersten Spule L1 bzw. der zweiten Spule L2 oder weiteren Spulen in gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Ventilen gekoppelt sein. Ausgangsseitig des Puffers 11 kann die erste Größe UIND abgegriffen werden.
  • Der Puffer 11 ist mit einem Differenzierer 12 gekoppelt, der eine erste Ableitung der ersten Größe UIND nach der Zeit bildet und ausgangsseitig eine zweite Größe UDERIV bereitstellt, die repräsentativ ist für die erste Ableitung der ersten Größe UIND nach der Zeit. Ferner ist in der Vorrichtung ein Referenzerzeuger 13 vorgesehen, der einen vorgegebenen ersten Schwellenwert THR1 und einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert THR2 erzeugt und vorgibt.
  • Ein erster Vergleicher 14 ist vorgesehen zum Vergleichen der ersten Größe UIND mit dem vorgegebenen ersten Schwellenwert THR1. Ein zweiter Vergleicher 15 ist vorgesehen zum Vergleichen der zweiten Größe UDERIV mit dem vorgegebenen zweiten Schwellenwert THR2. Ausgangsseitig sind der erste Vergleicher 14 und der zweite Vergleicher 15 über ein Und-Glied 16 logisch miteinander verknüpft. Ein Ausgang OUT der Vorrichtung ist gebildet durch einen Ausgang des Und-Glieds 16. An dem Ausgang OUT wird das Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens signalisiert, wenn die erste Größe UIND größer ist als der vorgegebene erste Schwellenwert THR1 und die zweite Größe UDERIV unter den vorgegebenen zweiten Schwellenwert THR2 fällt (Figur 5). Das Signalisieren an dem Ausgang OUT erfolgt beispielsweise durch einen Ausgangspuls P einer Ausgangsspannung UOUT.
  • Der Ausgangspuls P kann beispielsweise einer nicht dargestellten Steuereinheit zugeführt werden, die ausgebildet ist, das Ventil abhängig von dem zweiten Zeitpunkt t2, der durch den Ausgangspuls P markiert ist, so anzusteuern, dass z.B. eine vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Es kann jedoch ebenso ein dem Blockschaltbild entsprechendes Verfahren vorgesehen sein, z.B. in Form eines Programms, das durch die Steuereinheit ausgeführt wird.
  • Figur 5 zeigt einen Verlauf der zweiten Größe UDERIV, des vorgegebenen zweiten Schwellenwerts THR2 und der Ausgangsspannung UOUT. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 fällt die zweite Größe UDERIV unter den vorgegebenen zweiten Schwellenwert THR2 und löst den Ausgangspuls P in der Ausgangsspannung UOUT aus, wenn gleichzeitig die erste Größe UIND größer ist als der vorgegebene erste Schwellenwert THR1 (Figur 3).
  • Abhängig von dem vorgegebenen zweiten Schwellenwert THR2 ist der Ausgangspuls P, der zu dem zweiten Zeitpunkt t2 auftritt, verzögert gegenüber dem Auftreten des Knicks B zu dem ersten Zeitpunkt t1 (Figur 6). Die Vorrichtung kann jedoch so ausgebildet sein, dass diese Verzögerung weitgehend konstant ist und so der erste Zeitpunkt t1, also das Ende der Bewegung des Ventilkörpers in dem Ventil, zuverlässig ermittelt werden kann.
  • In Figur 7 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung ist ausgebildet zum Erkennen des jeweiligen Endes der Bewegung des Ventilkolbens in sechs Ventilen, die in zwei Bänken zu je drei Ventilen elektrisch miteinander gekoppelt sind. Die Ventile werden vorzugsweise sequentiell und ohne Überlappung bzgl. ihrer Ansteuerung angesteuert. Eine solche Vorrichtung ist vorzugsweise jeweils für die erste Spule L1 und für die zweite Spule L2 vorgesehen. Werden die Ventile überlappend angesteuert, dann sind gegebenenfalls weitere Vorrichtungen vorzusehen. Die der zweiten Ventilbank zugeordneten Elemente der Vorrichtung weisen Bezugszeichen mit einem zusätzlichen Strich auf und entsprechen jeweils den der ersten Ventilbank zugeordneten Elementen. Die Vorrichtung ist nachfolgend erläutert mit Bezug auf die erste Spule L1 gemäß Figur 2.
  • Der Eingang IN der Vorrichtung ist elektrisch mit der zweiten Diode D2 und dem zweiten Schalter SW2 gekoppelt. Der Eingang IN ist ferner über einen ersten Widerstand R1 und eine in Sperrrichtung angeordneten dritten Diode D3 mit einem Versorgungspotenzial USUP gekoppelt, das beispielsweise etwa 5 Volt gegenüber dem Massepotenzial GND beträgt. Der erste Widerstand R1 und die dritte Diode D3 sind elektrisch mit einem Knoten K1 gekoppelt, der wiederum mit einem Basisanschluss eines ersten Transistors T1 und über einen ersten Kondensator C1 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt ist. Der Eingang IN ist ferner über einen zweiten Widerstand R2 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt. Die erste Spule L1 entlädt sich über den zweiten Widerstand R2. Der exponentielle Spannungsabfall nach dem ersten Zeitpunkt t1 wird durch den zweiten Widerstand R2 beeinflusst. Der erste Widerstand R1 weist beispielsweise einen Widerstandswert von etwa 10 Kiloohm auf, der zweite Widerstand R2 weist beispielsweise einen Widerstandswert von etwa 500 Ohm auf.
  • Der erste Widerstand R1 und die dritte Diode D3 bilden die Schutzschaltung 10. Ist eine Spannung zwischen dem Eingang IN und dem Massepotenzial GND größer als die Summe einer Spannung zwischen dem Versorgungspotenzial USUP und dem Massepotenzial GND und einer Durchlassspannung der dritten Diode D3, dann wird die dritte Diode D3 leitend. Ein Stromfluss durch die dritte Diode D3 wird dann durch den ersten Widerstand R1 begrenzt. Ferner bildet der erste Widerstand R1 mit den Widerständen R1' und R2' einen Spannungsteiler, der die Spannung zwischen dem Knoten K1 und dem Massepotenzial GND gegenüber der Spannung zwischen dem Eingang IN und dem Massepotenzial GND verringert. Dadurch ist die Vorrichtung geschützt gegen Überspannungen an dem Eingang IN. Ferner ist durch den ersten Widerspannung R1 und den ersten Kondensator C1 ein Tiefpassfilter gebildet, der vorzugsweise so ausgebildet ist, dass Rauschen und andere Störsignale an dem Knoten K1 weitgehend unterdrückt sind.
  • Der Puffer 11 ist durch den ersten Transistor T1 gebildet, der als Kollektorschaltung beschaltet ist. Ein Kollektoranschluss des ersten Transistors T1 ist mit dem Massepotenzial GND verbunden und ein Emitteranschluss des ersten Transistors T1 ist über einen dritten Widerstand R3 mit dem Versorgungspotenzial USUP gekoppelt. Der Emitteranschluss des ersten Transistors T1 bildet einen Knoten K2, an dem die erste Größe UIND niederohmig bereitgestellt wird. Die Kollektorschaltung des ersten Transistors T1 weist eine eingangsseitige Impedanz auf, die größer ist als deren ausgangsseitige Impedanz. Der erste Transistor T1 bildet somit den ersten Impedanzwandler.
  • Der Differenzierer 12 ist gebildet durch einen zweiten Kondensator C2 und einen vierten Widerstand R4, die eine Reihenschaltung bilden, und einen zweiten Transistor T2 sowie einen fünften, sechsten, siebten und achten Widerstand R5, R6, R7, R8, die zur Arbeitspunkteinstellung des zweiten Transistors T2 dienen. Der zweite Transistor T2 ist als Basisschaltung beschaltet. Ein Emitteranschluss des zweiten Transistors T2 ist über den fünften Widerstand R5 mit dem Versorgungspotenzial USUP gekoppelt und ein Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 ist über den sechsten Widerstand R6 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt. Ferner ist ein Basisanschluss des zweiten Transistors T2 über den siebten Widerstand R7 mit dem Versorgungspotenzial USUP gekoppelt und über den achten Widerstand R8 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt. Die Reihenschaltung aus dem zweiten Kondensator C2 und dem vierten Widerstand R4 ist elektrisch zwischen dem zweiten Knoten K2 und dem Emitteranschluss des zweiten Transistors T2 angeordnet. Der zweite Transistor T2 bildet durch seine Basisschaltung einen zweiten Impedanzwandler, dessen eingangsseitige Impedanz kleiner ist als dessen ausgangsseitige Impedanz.
  • Eine Eckfrequenz des Differenzierers 12 ist im Wesentlichen durch 1 / (2 * π * R4 * C2) gegeben und beträgt beispielsweise etwa 200 kHz. Eine Spannungsverstärkung des zweiten Transistors T2 ist gegeben durch ein Verhältnis des sechsten Widerstands R6 und des vierten Widerstands R4.
  • An dem Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 kann die zweite Größe UDERIV ermittelt werden. Dazu ist der Kollektoranschluss des zweiten Transistors T2 mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors T3 gekoppelt, der als Kollektorschaltung beschaltet ist. Der dritte Transistor T3 bildet somit einen dritten Impedanzwandler, dessen eingangsseitige Impedanz größer ist als dessen ausgangsseitige Impedanz. Ein Kollektoranschluss des dritten Transistors T3 ist mit dem Massepotenzial GND gekoppelt und ein Emitteranschluss des dritten Transistors T3 ist über einen neunten Widerstand R9 mit dem Versorgungspotenzial USUP gekoppelt.
  • Elektrisch zwischen dem Versorgungspotenzial USUP und dem Massepotenzial GND ist ein mehrstufiger Spannungsteiler angeordnet, der den Referenzerzeuger 13 bildet und der aus einer Reihenschaltung eines zehnten, elften, zwölften und dreizehnten Widerstands R10, R11, R12, R13 gebildet ist. Der zehnte Widerstand R10 ist elektrisch zwischen dem Versorgungspotenzial USUP und einem Knoten K3 angeordnet. Der Knoten K3 ist über einen dritten Kondensator C3 mit dem Emitteranschluss des dritten Transistors T3 gekoppelt. Der elfte Widerstand R11 ist zwischen dem dritten Knoten K3 und einem vierten Knoten K4 angeordnet und der zwölfte Widerstand R12 ist zwischen dem vierten Knoten K4 und einem fünften Knoten K5 angeordnet. Der dreizehnte Widerstand R13 ist zwischen dem fünften Knoten K5 und dem Massepotenzial GND angeordnet. An dem Knoten K3 kann die zweite Größe UDERIV abgegriffen werden. Der Knoten K4 ist über einen vierten Kondensator C4 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt. Entsprechend ist der fünfte Knoten K5 über einen fünften Kondensator C5 mit dem Massepotenzial GND gekoppelt.
  • An dem fünften Knoten K5, also über dem dreizehnten Widerstand R13 bzw. dem fünften Kondensator C5, wird die vorgegebene erste Schwellenspannung THR1 abgegriffen. Die vorgegebene erste Schwellenspannung THR1 weist vorzugsweise etwa einen Wert auf, der halb so groß ist, wie ein zu erwartender maximaler Betrag der ersten Größe UIND. Entspricht der maximale Betrag beispielsweise dem Versorgungspotenzial USUP von 5 Volt, dann beträgt die vorgegebene erste Schwellenspannung THR1 bevorzugt etwa 2,5 Volt. Die vorgegebene zweite Schwellenspannung THR2 wird zwischen dem dritten Knoten K3 und dem vierten Knoten K4, also über dem elften Widerstand R11, abgegriffen. Der vorgegebene erste Schwellenwert THR1 und der vorgegebene zweite Schwellenwert THR2 sind somit abhängig von einer Dimensionierung des Spannungsteilers vorgegeben.
  • Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten Komparator COMP1 und einen zweiten Komparator COMP2. Der erste Komparator COMP1 ist eingangsseitig mit seinem positiven Eingang mit dem zweiten Knoten K2 gekoppelt und mit seinem negativen Eingang mit dem fünften Knoten K5 gekoppelt. Der erste Komparator COMP1 bildet somit den ersten Vergleicher 14, der die erste Größe UIND mit dem vorgegebenen ersten Schwellenwert THR1 vergleicht. Entsprechend ist der zweite Komparator COMP2 mit seinem negativen Eingang mit dem dritten Knoten K3 und mit seinem positiven Eingang mit dem vierten Knoten K4 gekoppelt. Der zweite Komparator COMP2 bildet somit den zweiten Vergleicher 15, der die zweite Größe UDERIV mit dem vorgegebenen zweiten Schwellenwert THR2 vergleicht.
  • Vorzugsweise weisen der erste Komparator COMP1 und der zweite Komparator COMP2 jeweils einen Open-Collector-Ausgang auf. Dadurch kann das Und-Glied 16 sehr einfach durch Verbinden der jeweiligen Ausgänge des ersten Komparators COMP1 und des zweiten Komparators COMP2 realisiert werden. Die verknüpften Open-Collector-Ausgänge des ersten Komparators COMP1 und des zweiten Komparators COMP2 bilden so den Ausgang OUT der Vorrichtung. Der Ausgang OUT ist über einen vierzehnten Widerstand R14 mit dem Versorgungspotenzial USUP gekoppelt.
  • Tritt der Knick B in dem Verlauf der ersten Größe UIND auf, dann fällt das Potenzial an dem dritten Knoten K3. Da das Potenzial an dem vierten Knoten K4 durch die Ladung auf dem vierten Kondensator C4 gestützt ist, kann das Potenzial an dem dritten Knoten K3 für eine kurze Zeitdauer, z.B. für wenige zehn Mikrosekunden, unterhalb des Potenzials des vierten Knotens K4 fallen und somit ausgangsseitig des zweiten Komparators COMP2 einen positiven Impuls etwa für die Zeitdauer des Unterschreitens hervorrufen. Ist gleichzeitig das Potenzial an dem zweiten Knoten K2 größer als das an dem fünften Knoten K5, dann wird an dem Ausgang OUT der Ausgangspuls P erzeugt.
  • Der Spannungsteiler aus dem zehnten, elften, zwölften und dreizehnten Widerstand R10, R11, R12, R14 kann auch aus nur drei Widerständen gebildet sein, wenn die zweite Größe UDERIV anstatt an dem dritten Knoten K3 an dem Emitteranschluss des dritten Transistors T3 abgegriffen wird und der zehnte und der elfte Widerstand R10, R11 zu einem Widerstand zusammengefasst werden. Auf den vierten und den fünften Kondensator C4, C5 kann dann verzichtet werden.
  • Figur 8 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, die der ersten Ausführungsform in Figur 7 entspricht. Jedoch ist der zehnte Widerstand R10 unterteilt in einen ersten Unterwiderstand R10a und einen zweiten Unterwiderstand R10b. Ein sechster Knoten K6 ist elektrisch zwischen dem ersten Unterwiderstand R10a und dem zweiten Unterwidertand R10b ausgebildet. Ferner ist eine vierte Diode D4 mit ihrem Katodenanschluss mit dem sechsten Knoten K6 gekoppelt und mit ihrem Anodenanschluss mit dem zweiten Knoten K2 gekoppelt. Dadurch ist ein Potenzial an dem sechsten Knoten K6 und auch an dem dritten Knoten K3 und dem vierten Knoten K4 abhängig von dem Potenzial an dem zweiten Knoten K2, wenn die erste Größe UIND, also das Potenzial an dem zweiten Knoten K2, größer ist als ein vorgegebener dritter Schwellenwert. Der vorgegebene dritte Schwellenwert ist durch ein entsprechendes Dimensionieren des ersten Unterwiderstands R10a sowie des zweiten Unterwiderstands R10b, des elften Widerstands R11, des zwölften Widerstands R12 und des dreizehnten Widerstands R13 vorgegeben. Vorzugsweise ist der dritte Schwellenwert so vorgegeben, dass dieser größer ist als gegebenenfalls in der ersten Größe UIND vorhandenes Rauschen oder vorhandene andere Störsignale, jedoch so klein ist, dass der Knick B in dem Verlauf der ersten Größe UIND auch dann zuverlässig erkannt werden kann, wenn die erste Größe UIND nur einen geringen Betrag aufweist. Der Vorteil ist, dass durch ein Verändern des Potenzials an dem vierten Knoten K4 abhängig von dem Potenzial an dem zweiten Knoten K2 der vorgegebene zweite Schwellenwert abhängig von der ersten Größe UIND angepasst wird, da zu erwarten ist, dass die zweite Größe UDERIV bei dem Auftreten des Knicks B abhängig von dem Betrag der ersten Größe UIND mehr oder weniger weit abfällt. Dadurch kann der Knick B weitgehend unabhängig von dem Betrag der ersten Größe UIND zuverlässig erkannt werden. Ferner kann bei geeigneter Dimensionierung die Verzögerung zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 des Auftretens des Knicks B und dem Ausgangspuls P zu dem zweiten Zeitpunkt t2 weitgehend konstant sein. Das Ende der Bewegung des Ventilkolbens 2 kann so besonders präzise ermittelt werden. Der vorgegebene dritte Schwellenwert beträgt beispielsweise etwa zwei bis drei Volt.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Erkennen jeweils eines Endes einer Bewegung eines Ventilkolbens in mindestens einem Ventil, wobei die Vorrichtung mit dem mindestens einen Ventil koppelbar ist und ausgebildet ist
    - zum Erfassen einer ersten Größe (UIND), die repräsentativ ist für eine Induktionsspannung, die durch die Bewegung des Ventilkolbens in einer Spule des Ventils induziert wird,
    - zum Ermitteln einer zweiten Größe (UDERIV), die repräsentativ ist für eine erste Ableitung der ersten Größe (UIND) nach der Zeit, und
    - zum Erkennen des Endes der Bewegung des Ventilkolbens in dem Ventil, wenn die erste Größe (UIND) größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert (THR1) und die zweite Größe (UDERIV) unter einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert (THR2) fällt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die so ausgebildet ist, dass der vorgegebene erste Schwellenwert (THR1) und/oder der vorgegebene zweite Schwellenwert (THR2) abhängig von der ersten Größe (UIND) vorgegeben wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, die so ausgebildet ist, dass der vorgegebene erste Schwellenwert (THR1) bzw. der vorgegebene zweite Schwellenwert (THR2) nur dann abhängig von der ersten Größe (UIND) vorgegeben wird, wenn die erste Größe (UIND) größer ist als ein vorgegebener dritter Schwellenwert.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen ersten Impedanzwandler umfasst, dessen eingangsseitige Impedanz größer ist als dessen ausgangsseitige Impedanz und dem eingangsseitig die Induktionsspannung zuführbar ist, und einen zweiten Impedanzwandler umfasst, dessen eingangsseitige Impedanz kleiner ist als dessen ausgangsseitige Impedanz und der eingangsseitig über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator mit einem Ausgang des ersten Impedanzwandlers gekoppelt ist, und die erste Größe (UIND) ausgangsseitig des ersten Impedanzwandlers erfassbar ist und die zweite Größe (UDERIV) ausgangsseitig des zweiten Impedanzwandlers ermittelbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eingangsseitig ein Tiefpassfilter aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die einen Spannungsteiler aufweist, der elektrisch zwischen einem Versorgungspotenzial (USUP) und einem Massepotenzial (GND) angeordnet ist und der als eine Reihenschaltung von mindestens drei Widerständen ausgebildet ist und an dem jeweils zwischen zwei aufeinander folgenden Widerständen der vorgegebene erste Schwellenwert (THR1) und der vorgegebene zweite Schwellenwert (THR2) abgreifbar sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ausgangsseitig einen ersten und einen zweiten Komparator (COMP1, COMP2) umfasst, die jeweils einen Open-Collector-Ausgang aufweisen, und die so ausgebildet ist, dass dem ersten Komparator (COMP1) an seinem positiven Eingang die erste Größe (UIND) und an seinem negativen Eingang der vorgegebene erste Schwellenwert (THR1) zugeführt wird und dem zweiten Komparator (COMP2) an seinem negativen Eingang die zweite Größe (UDERIV) und an seinem positiven Eingang der vorgegebene zweite Schwellenwert (THR2) zugeführt wird und der Open-Collector-Ausgang des ersten Komparators (COMP1) und der O-pen-Collector-Ausgang des zweiten Komparators (COMP2) miteinander verbunden sind und einen Ausgang (OUT) der Vorrichtung bilden.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eingangsseitig eine Schutzschaltung aufweist, die mindestens eine Diode und einen Widerstand umfasst und die so ausgebildet ist, dass bei einem eingangsseitigen Überschreiten einer Versorgungsspannung die Diode leitend wird und ein Stromfluss durch die Diode durch den Widerstand begrenzt ist.
  9. Verfahren zum Erkennen eines Endes einer Bewegung einer Ventilnadel in einem Ventil, bei dem
    - eine erste Größe (UIND) erfasst wird, die repräsentativ ist für eine Induktionsspannung, die durch die Bewegung der Ventilnadel in einer Spule des Ventils induziert wird,
    - eine zweite Größe (UDERIV) ermittelt wird, die repräsentativ ist für eine erste Ableitung der ersten Größe (UIND) nach der Zeit, und
    - das Ende der Bewegung des Ventilkolbens in dem Ventil erkannt wird, wenn die erste Größe (UIND) größer ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert (THR1) und die zweite Größe (UDERIV) unter einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert (THR2) fällt.
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