控制和监测特别是可变气门升程控制设备的电磁体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制和监测电磁体，特别是可变气门升程控制设备中的电磁体的方法。
[0002]本发明已经被提供在汽车领域，特别是在发动机控制领域。
【背景技术】
[0003]在内燃发动机中，燃烧室包括允许燃烧剂和燃料进入所述室的至少一个入口以及用于排放由燃烧剂/燃料的混合物的燃烧所产生的废气的出口。进入流和排出流分别通过进气气门和排气气门潜在地控制。凸轮轴控制气门的位移，以便打开所述气门，所述气门通常通过弹簧关闭。
[0004]对于内燃发动机的改善的操控，优选地为打开和关闭可变气门设定规则，以便能够特别地适应例如发动机负载和/或发动机工作速度(旋转速度)。由此，已知提供用于对打开和关闭发动机的气门的控制进行可变调节的设备。市售的大量汽车型号具有这种设备。
【发明内容】
[0005]本发明更特别地涉及一种可变气门正时设备，其能从两个不同的轮廓中以电子方式选择一个凸轮轮廓。从一个凸轮轮廓到另一凸轮轮廓的切换在电磁体(包括螺线管)的帮助下执行，该电磁体定位和锁定选定的凸轮轮廓。弹簧起到锁定选定的凸轮轮廓的作用。与锁定相关联的运动为螺线管生成信号，所述信号被认为是回波。只要尚未执行锁定，就不允许新的切换动作，这样使得对回波的检测不可或缺。
[0006]使用H桥控制在偶极子的端子处的极性也已经是已知的。这种H桥包括以H形示意性地设置的四个切换元件。切换元件设置在偶极子的每个端子与电压源之间。切换元件设置在偶极子的每个端子与基准电势(例如接地)之间。切换元件例如可以为继电器或晶体管。
[0007]H桥特别在电力电子学中使用。在汽车领域中，特别已知的是使用H桥用于电子节气门控制(ETC)、用于对废气再循环(EGR)气门的电子控制、或者用于DC电流马达的电子控制。
[0008]形成本发明的基础的新颖构思是控制可变气门升程(VVL)设备的电磁体的构思。事实上，H桥(现有的)尚未设计用于控制电磁体螺线管，且不能对电磁体芯的位置提供核实。
[0009]由此，本发明的目的是提供装置，该装置能在H桥的帮助下控制电磁体螺线管，同时还能够在控制之后核实相应的电磁体芯的锁定。
[0010]当然，所提出的方案有利地适应汽车领域，更具体地适应对允许在内燃发动机中的可变气门升程的WL型设备的操控。
[0011]待使用的装置优选地将容易实施。
[0012]在内燃发动机操控的领域，微控制器至少操控燃烧。在相应的微控制器上的入口/出口的数量有利地将尽可能降低。
[0013]为了此目的，本发明提出了一种用于控制和监测电磁体的方法，该电磁体包括螺线管，电流可以沿一个方向和相反的方向通过该螺线管，由此该电磁体能够在两个预定位置之间选择元件的位置。
[0014]根据本发明，螺线管由H桥控制，该H桥具有将螺线管的第一端子连接到电压源的第一晶体管、将螺线管的第一端子连接到基准电势的第二晶体管、将螺线管的第二端子连接到电压源的第三晶体管以及将螺线管的第二端子连接到基准电势的第四晶体管。H桥通过计算机链路连接到微控制器。
[0015]根据本发明的方法包括以下步骤:一旦电流在螺线管中流动，微控制器经由计算机链路发送指令，使得桥切换到被称为“第三状态”的状态中，在所述“第三”状态中所有的晶体管都被阻断且防止电流流动，以及在螺线管的端子处进行测量，以便核实由电磁体控制的元件的锁定状态。
[0016]由此，能确保对电磁体的操控和控制。H桥能以常规方式控制负载中的电流的流动方向，且在此能取决于选定的流动方向来选择受控元件的位置中的一个或另一个。通过使H桥切换到高阻抗来隔离电磁体，然后在电磁体的螺线管的端子处进行测量，以核实由电磁体控制的元件有效锁定(或未锁定)在选定位置中。
[0017]根据本发明的一个实施例，通过螺线管的电流在发生方向控制的状态改变时激活。由此，能以简单方式控制通过螺线管的电流。为了避免控制冲突(该控制冲突在通过控制信号控制电流期间可能会引起对螺线管的损坏)，在改变方向控制和中止通过螺线管的电流的激活之间提供延迟。
[0018]根据本发明的一个实施例，在中止螺线管中的电流流动和切换到H桥的高阻抗之间提供延迟。在此延迟期间，螺线管例如被短路。H桥然后处于通常被称为自由运行(freewheel)的状态，也就是说，将螺线管连接到其电压源或连接到其基准电势的两个晶体管是断开的，且其它两个晶体管是闭合的。在此延迟结束时，H桥自动转到高阻抗。
[0019]为了核实由电磁体控制的元件的锁定状态而在螺线管的端子处进行的测量可以在于:测量螺线管的端子处的电压。
[0020]在限制用于控制设备所必要的信号数量的最佳实施例中，第一信号可以控制螺线管中的电流的循环方向，且第二信号可以控制螺线管中的电流流动或没有电流流动。在此实施例中，然后可以是当第二信号变成零时，H桥在可能的延迟之后切换到其第三状态中。
[0021]本发明还涉及一种用于控制可变气门升程设备的设备，该可变气门升程设备具有两个不同的凸轮轮廓以及能选择凸轮轮廓中的一个或另一个的具有螺线管的电磁体，所述控制设备包括与能允许电流在螺线管中沿着一个方向或者沿着相反的方向流动的装置以及用于检验凸轮轮廓锁定在选定位置中的装置相关联的微控制器，该控制设备值得注意的是，能允许电流在螺线管中沿着一个方向或者沿着相反的方向流动的装置包括通过计算机链路连接到微控制器的H桥，所述H桥具有将螺线管的第一端子连接到电压源的第一晶体管、将螺线管的第一端子连接到基准电势的第二晶体管、将螺线管的第二端子连接到电压源的第三晶体管以及将螺线管的第二端子连接到基准电势的第四晶体管。
[0022]这种设备是允许实施本发明的设备，其适于具有两个不同凸轮轮廓的可变气门升程设备。
[0023]本发明更概括地涉及允许实施根据本发明的方法的每个步骤的任何设备。
[0024]在根据本发明的设备中，计算机链路优选地是串行外围接口型的链路。
[0025]本发明还涉及包括可变气门升程设备的内燃发动机，值得注意的是，它进一步包括如上文所描述的控制设备。
【附图说明】
[0026]根据阅读参照所附的示意图提供的以下描述将更清楚本发明的细节和优势，在附图中:
图1是根据本发明的控制设备的示意图，
图2示意性图示了 H桥的操作，
图3是指示在“正常”操作下取决于参数的H桥的各种状态的表格，
图4图示了 H桥的“正常”操作，
图5a图示了图1的H桥的操作，
图5b图示了根据另一实施例的图1的H桥的操作，
图6a是图示用于实施本发明的延迟编程的表格，以及图6b是根据另一示例性实施例的图示用于实施本发明的延迟编程的表格。
【具体实施方式】
[0027]图1图示了根据本发明的控制设备，该控制设备包括电子电路2和通过计算机链路6连接到此电路的微控制器4。此链路例如是SPI (串行外设接口)链路，也就是说在连接的部件之间建立主/从关系的同步串行数据总线。在此，微控制器4用作主机，且给电子电路2发送数据(指令)。
[0028]在本说明书中，电子电路2是用于控制电磁体8(更具体地是内燃发动机中的可变气门升程(VVL)设备的电磁体)的电路。VVL设备包括电磁体8，该电磁体8能从两个不同的凸轮轮廓中选择一个凸轮轮廓，用于操作相关联的气门。电磁体8包括提供有来自电池10的电流的螺线管。取决于螺线管中的电流的流动方向，电磁体8选择凸轮轮廓中的一个或另一个。
[0029]电子电路2包括H桥，该H桥如常规的包括在本文被称为HS1、HS2、LSl和LS2的四个晶体管。这些晶体管如图2中所图示地大体上不对称地被控制。由此，HSl和LS2将是导通的，且H桥将处于被称为F (表示“前向”)的状态，从而选择第一凸轮轮廓，反之HS2和LSl将是导通的，且H桥将处于被称为R (表示“反向”)的状态，从而选择第二凸轮轮廓。
[0030]电子电路2由电池10供电，且也连接到基准电势，有利地如本文所图示的接地GND。H桥作为其一部分具有对应于图1中的端子OUTl和OUT2的两个输出。电磁体8的螺线管的端子连接到H桥的输出端子OUTl和0UT2。从电学角度，H桥的输出端子OUTl和0UT2与相关联的负载(本文为电磁体8的螺线管)的端子混同。
[0031]图1中图示的电子电路2还包括测量设备12，该测量设备12能测量螺线管的端子处(由此也是H桥的输出端子OUTl和0UT2处)的电压。此测量设备12可以借助接口 14和链路16连接到微控制器4，或者可以具有其自己的到微控制器的链路6 (事实上，测量设备12不必须集成在H桥中)。由此，对应于由测量设备12进行的测量的信息可以发送到微控制器4。接口 14也用于对电子电路2的其他部件(特别是如下文所解释的晶体管HS1、HS2、LSl和LS2)进行控制。
[0032]在H桥的常规控制信号中仍然仅需要的控制信号是方向信号，其假设为O或I的值。其他常规信号EN (“启用”)、DIS (“禁用”)、PWM (“脉宽调制”)不是必要的。如果由于通常设计导致这些存在，则可以将它们极化，以允许操作(EN=I ;DIS=0)。
[0033]当马达作为分支连接在端子OUTl和0UT2之间时，信号PWM能调制马达中流动的电流，由此改变马达的旋转速度。后文将假定，信号PWM被调制为0%或100%，由此，可以将此信号当作假设为O值(0%调制)或I值(100%调制)的信号。在实施例中的一个中，不考虑此信号。
[0034]图3的表格图示了 H桥处于正常操作模式下取决于信号EN、DIS、DIR和PWM的主要状态。当信号DIS为I时，H桥不起作用，且四个对应的晶体管处于阻断状态。在此情况下，H桥处于被称为“三态”或