用于螺线管的电流驱动系统的制作方法

用于螺线管的电流驱动系统的制作方法
【专利摘要】本公开描述了一种用于螺线管阀门的电流驱动系统。在一个实施例中，该电流驱动系统包括预驱动器以对耦合至螺线管阀门的电输入的晶体管的控制输入进行控制。该晶体管在其开启时将电功率引入该螺线管阀门。该电流驱动系统进一步包括信号生成器以产生小信号并且将该小信号输出至螺线管阀门的电输入。由该小信号供应至螺线管阀门中的电功率基本上小于当该晶体管在其开启时所供应的电功率。该电流驱动系统进一步包括测量单元以测量对在该螺线管阀门的电输入处的该小信号的响应。
【专利说明】用于螺线管的电流驱动系统
【背景技术】
[0001 ] 在具有螺线管阀门的内燃机的领域中，进行有效燃烧对进入螺线管阀门的电流精确计时会是有利的。如组件的温度、压力和老化之类的内燃机参数的波动会影响到计时。因此，需要对螺线管阀门进行准确控制。

【发明内容】

[0002]在一个示例中，一种用于螺线管阀门的电流驱动系统包括预驱动器以对耦合至螺线管阀门的电输入的晶体管的控制输入进行控制。该晶体管在其开启时将电功率引入该螺线管阀门。该电流驱动系统进一步包括信号生成器以产生小信号并且将该小信号输出至螺线管阀门的电输入。由该小信号提供到螺线管阀门中的电功率基本上小于该晶体管在其开启时所提供的电功率。该电流驱动系统进一步包括测量单元以测量对在该螺线管阀门的电输入处的该小信号的响应。
[0003]以上
【发明内容】
仅是说明性的而并非意在以任何方式进行限制。除了以上所描述的说明性方面、实施例和特征之外，另外的方面、实施例和特征将通过参考附图和以下详细描述而变得明显。
【专利附图】

【附图说明】
[0004]本公开的以上和其它特征将由于以下结合附图所进行的描述和所附权利要求而变得更为显而易见。所要理解的是，这些附图描绘了依据本公开的多个实施例并且因此并非被认为对其范围进行限制，本公开将通过使用附图而以附加的特性和细节进行描述，其中:
[0005]图1示出了包括螺线管阀门以及用于将电流驱动到该螺线管阀门中的电流驱动系统的实施例的示意性表示。
[0006]图2示出了处于闭合状态的螺线管阀门的实施例。
[0007]图3示出了处于打开状态的图2的螺线管阀门。
[0008]图4示出了当被驱动时在螺线管阀门处的电压分布。
[0009]图5示出了图1的电流驱动系统的控制电路的实施例。
[0010]图6展示了图5所示的控制信号中所使用的小信号分析的功能。
[0011]图7示出了燃烧周期期间在螺线管阀门处的电压分布。
[0012]图8是根据第一实施例的用于控制螺线管阀门的方法的流程图。
[0013]图9是根据第二实施例的用于控制螺线管阀门的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]在以下详细描述中，对同样作为描述一部分的附图加以参考。除非另外指出，否则连续附图的描述可以参考来自一个或多个之前附图的特征以提供更为清楚的上下文以及对当前示例实施例更为实质性的解释。同样，详细描述、附图和权利要求中所描述的示例实施例并非意在进行限制。可以利用其它实施例并且可以进行其它变化而并不偏离在此所给出主题的精神或范围。将要轻易理解的是，如在此通常描述以及图中所图示的本公开的各个方面可以以各种不同配置进行部署、替换、合并、分割和设计。
[0015]图1是描绘包括螺线管阀门12 (其作为内燃机100的一部分)以及用于将电流驱动到螺线管阀门12中的电流驱动系统的模块I的框图。电流驱动系统2包括控制电路10、驱动器电路11和反馈电路13。控制电路10和驱动器电路11经由信号线路CMD和DIA被互相耦合。经由信号线路CMD所驱动的信号由控制电路10输出并且被驱动器电路11接收。在相反方向，通过信号线路DIA传送的信号由驱动器电路11驱动并且被控制电路10接收。另外，驱动器电路11通过电流驱动系统2的输出3将电流驱动到螺线管阀门12中。在该实施例中，输出3仅包括用于到螺线管阀门12的电流的一个输出端口，而来自螺线管阀门12的电流则流入部署在电流驱动系统2之外的接地连接150。在可替换实施例中，如将参考图5示出的，输出3包括两个输出端口，一个用于到螺线管阀门12的电流，一个用于来自螺线管阀门12的电流。
[0016]反馈信号FBIN从螺线管阀门12反馈至反馈电路13。在一个实施例中，FBIN与螺线管阀门12的输入处的电压成比例。反馈电路13将信号FBOUT输出至驱动器电路11。驱动器电路11经由信号FBOUT接收反馈信息以用于对流入螺线管阀门12的电流进行控制。控制电路10输出CMD信号，其基于CMD信号的状态以及基于反馈信号FBOUT而向驱动器11进行指示以驱动通过输出3的电流。由驱动器电路11所提供的电流流过螺线管阀门12中的输出3，这使得螺线管阀门打开而使得流体流过螺线管阀门12以便被注入到内燃机100的燃烧室。流体流动的时机对于确保内燃机100内的有效燃烧而言会是非常重要的。
[0017]在诸如图1所示的实施例的一些实施例中，控制电路10被实施为微控制器。根据这样的实施例，控制电路10可以被配置为执行一个或多个指令以便经由CMD信号控制注入周期的开始和结束。驱动器电路11可以包括调节器，其对通过螺线管阀门的电流进行调节。该调节可以基于一种模型，除了其它参数之外，该模型包括用于螺线管阀门的阻抗的参数。螺线管阀门的阻抗的感应部分可能对控制算法具有很强影响，因为螺线管阀门12的电感的不正确数值可能导致流体的注入过早或过晚，这可能导致效率较低的燃烧。因此，螺线管阀门阻抗的准确估计或准确测量可以有助于使得燃烧更有效率。
[0018]在此并未示出的其它示例中，调节器可以基于可由微控制器执行的指令而在控制电路10中实施。这样的指令可以包括基于螺线管阀门12的一个或多个模型的控制算法。
[0019]螺线管阀门12的电感可以在其操作期间改变，尤其是在通过螺线管阀门12的流体流动改变时。螺线管阀门的活塞的移动导致流体将力施加回到活塞上。该力可能导致阀门电感的变化。换言之，阻抗在注入周期期间可能是不稳定的。另外，如温度和压力之类的其它参数的变化也可能改变螺线管阀门12的电感。螺线管阀门的参数还可以由老化所决定，这会根据螺线管阀门的老化而导致内燃机的不同效率。
[0020]另外，螺线管阀门12的电感能够给出流体流动的指示。能够检测到致动器电感的变化。这给出了来自阀门的有关螺线管阀门12何时打开和关闭的直接反馈。如果驱动器电路11没有阀门关闭的信息，则驱动器电路不应给出重新打开阀门的命令。因此，阀门可以被重新打开的最早时间点在这种情况下是未知的。可以插入打开状态和闭合状态之间的预定等待时间。然而，该等待时间可能限制引擎的功能。[0021]信号FBIN可以提供与在螺线管阀门12处的电流或电压相关的信息。然而，如果控制是基于给出与螺线管阀门的电流阻抗相关的指示的进一步信息，则可能进行更为准确的控制。
[0022]根据本公开的技术，电流驱动系统2包括用来测量螺线管阀门12的阻抗的参数的器件以及用来向控制电路10传送相应测量结果的器件。该功能的细节将参考图5进行解释。
[0023]图2示出了螺线管阀门12的实施例的示意性截面图。螺线管阀门12包括外壳130、线圈121、第一弹簧122、第二弹簧123、磁性电枢124、输入开口 131、输出开口 132、针部125、蓄液器127和电输入126。第一弹簧122在外壳130的上部和磁性电枢124之间进行延伸。外壳130具有两个开口 131和132，它们也是蓄液器127的开口。开口 131是输入开口而开口 132是输出开口。输入开口 131连接至流体箱(图2中未示出)，其包括注入汽油的流体。该流体箱也可以是共轨系统的一部分，其中流体储存在例如IOOObar的高压下。该压力使得流体被输入到螺线管阀门12的蓄液器127中而使得蓄液器127充满液体。
[0024]电输入126连接至线圈121的连线末端。电输入126之一连接至图1所示的输出3，而另一个电输入126连接至同样在图1所示的接地连接150。图2示出了处于没有电流施加于电输入126的状态的螺线管阀门12，从而没有电流流过线圈121。因此，螺线管阀门12中的磁通量为零。在这种状态，第一弹簧122和第二弹簧123都在磁性电枢124上施加力，第一弹簧122向下施加力而第二弹簧123向上施加力。由于第一弹簧122比第二弹簧123更强，所以磁性电枢处于低位。
[0025]由于针部125被连接至磁性电枢124，所以针部125也被迫使处于其低位。因此，针部125闭合了输出开口 132，从而没有流体通过输出开口 132离开蓄液器127。
[0026]图3示出了处于打开状态的图2的螺线管阀门12。电流通过电输入126被驱动至线圈121中，这使得线圈121的周边发生磁化。磁场将磁性电枢123向上拉起，以使得向上的力度大于磁性电枢123向下的力。这使得针部125也向上移动，打开输出开口 132，以使得流体从蓄液器127通过输出开口 132离开螺线管阀门12而进入图1所示的内燃机100的燃烧室。
[0027]图4示出了图2和3中所示的电输入126之间的电压随时间的电压曲线。该电压是被驱动至螺线管阀门中的电流以及螺线管阀门的阻抗的结果。在时间tl和t3的点之间，电流由电流驱动系统被主动驱动到螺线管阀门中，增大了在螺线管阀门的电输入126处的电压。在t3，电流驱动系统变为非活动而使得没有进一步的电流被供应至螺线管阀门而使得电压下降。在t4(以圆圈a进行标记)，由于磁性电枢的移动，反向电流导致电压临时回弹直至电压再次下落。在螺线管阀门的实施例中，注入周期过程期间的电感变化为大致15%。在一个实施例中，燃烧周期具有大致4至6毫秒的长度。在其它实施例中，电感变化可以大于或小于15%，并且燃烧周期可以具有大于或小于4至6毫秒的长度。
[0028]图4展示了在电流被关闭的时间t3直至螺线管阀门实际被关闭的时间之间存在延迟。该延迟是由螺线管阀门中的机械组件的惯性的阻抗所造成。确定时间t4意味着确定螺线管阀门何时关闭。向图1所示的驱动器电路11提供该信息使得能够对燃烧过程进行有效计时。
[0029]图5示出了预驱动器15、末端驱动器40和螺线管阀门12的示意图。预驱动器15和末端驱动器40是图1所示的电流驱动系统12的一部分。在另外的实施例中，该电流驱动系统并不包括末端驱动器，而末端驱动器属于独立于该电流驱动系统的实体。在一个实施例中，作为电流驱动系统的一部分的预驱动器是到末端驱动器的信号线路。
[0030]在该实施例中，螺线管阀门12由串行连接的电阻器21和电感器22所表示。在一个实施例中，预驱动器15被集成在独立于末端驱动器40组件的集成电路中，由此末端驱动器40的组件被实施为离散组件。
[0031]在图5中，预驱动器15的元件被描绘为两个单独的功能组件。然而，这两个组件在一些示例中可以属于相同的集成电路，其还可以包括该附图中并未示出的预驱动器15另外的元件。在又一另外的示例中，预驱动器15的元件可以包括如图5的示例中所示的单独组件。
[0032]图5所示的预驱动器15的实施例包括第一电压调节器37和第二电压调节器38，它们每个均输出7伏特(V)的电压。预驱动器15进一步包括第一电平位移器36、第二电平位移器39、第一整流二极管51、第二整流二极管52、第一高侧预驱动器33、第二高侧预驱动器35、第一齐纳二极管41、第二齐纳二极管42、信号生成器17、稱合设备16、响应测量单兀
18、反馈电路13和低侧预驱动器34。预驱动器15包括输出BBx、GBx, SGx, DHx, GHx, SHx,BHx 和 GHx 以及输入 sens+_x 和 sens__x。
[0033]第一电压生成器37连接至第一整流二极管51的阳极，第一整流二极管51的阴极则连接输出BBx。第一电压生成器37生成7V的DC电压VREG。电平位移器36接收信号hs_boost并且向第一高侧预驱动器33输出控制信号，第一高侧预驱动器33包括NMOS晶体管331和PMOS晶体管332。晶体管331和332的栅极连接至电平位移器36的输出。晶体管331和332被串行连接以使得晶体管332的源极连接至第一整流二极管51的阴极，并且晶体管331的源极连接输出SGx。晶体管331和332两者的漏极连接至输出GBx。第一齐纳二极管41连接在晶体管331的源极和漏极之间。响应测量单元18的输入连接至输出SGx。
[0034]信号生成器17在被开启的情况下输出具有500mV的点对点电压以及IOOkHz的频率的周期矩形波信号。耦合设备16被构建为具有两个电极的电容器，第一个电极连接至信号生成器17的第一输出而第二个电极则连接至输出SGx。信号生成器17的第二输出连接至输出DLx。在该实施例中，信号生成器17被构造为使用在输出DLx处的电位作为基准电位并且改变在其第一输出处的电位以产生周期性信号。低侧预驱动器34被构造为反相器，其由节点VREG和SLx供应并且接收输入信号ls，而且具有连接至预驱动器15的输出GLx的输出。
[0035]第二电压 调节器38在其连接至第二整流二极管52的阳极的输出处输出7V的DC电压。第二整流二极管52的阴极连接至输出ΒΗχ。第二电平位移器39接收信号hs_vbat并且向第二高侧预驱动器35输出控制信号，第一高侧预驱动器33包括NMOS晶体管333和PMOS晶体管334。晶体管333和334的栅极连接至第二电平位移器39的输出，该晶体管被串行连接而使得晶体管334的源极连接至第二整流二极管52的阴极并且晶体管333的源极则连接至输出SHx。晶体管331和332的漏极连接至输出GHx。
[0036]末端驱动器40包括第一高侧开关23、第二高侧开关26和低侧开关24、分流电阻器25、第一电容器43、第二电容器46、第一二极管28、第二二极管44和第三二极管45。在该实施例中，高侧开关为MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)。然而，在其它实施例中，可以使用诸如双极晶体管(例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT))之类的其它晶体管。
[0037]第一高侧开关23被构造为具有集成的续流二极管的功率η通道M0SFET。第一高侧开关23的栅极连接至预驱动器15的输出GBx，而其漏极则连接至提供82V电压供电的供电节点Vboost。第一高侧开关23的源极连接至节点HSK。第一电容器43耦合在预驱动器15的输出BBx和输出SGx之间。
[0038]第二高侧开关26被构造为具有集成的续流二极管的功率η通道M0SFET。第二高侧开关26的栅极连接至端口 GHx，而其漏极则连接至提供14V车辆电池电压供电的供电节点Vbat。供电电压可以在车辆的操作期间有所变化并且可以在负载激增的情况下增大至40V的电压，上述负载激增可以是负载的突然变化。第二高侧开关26的源极连接至端口 SHx。第二电容器46 I禹合在预驱动器15的输出BHx和输出SHx之间。第一二极管28的阳极被接地，而第一二极管28的阴极则连接至节点HSK。第三二极管45的阳极连接至端口 SHx而阴极则连接至节点HSK。第二电容器46耦合在端口 BHx和SHx之间。因此，第二高侧开关和第一高侧开关耦合至螺线管阀门的电输入之一。
[0039]螺线管阀门12具有两个端口，它们在图2中被引用为电连接。这些端口之一连接至节点HSK，其它端口则连接至节点LSK。螺线管阀门12的电气表现可以在图5中通过螺线管阀门12的两个端口之间的电阻器21和电感器22的串行连接来表示。
[0040]低侧开关24被构造为具有集成的续流二极管的功率η通道M0SFET。低侧开关24的栅极连接至端口 GLx并且其漏极连接至节点LSK。节点LSK还连接至端口 DLx和第二二极管44的阴极，其阳极则连接至供电节点Vboost。分流电阻器25连接在预驱动器15的输出SLx和接地端之间。
[0041]如果输入信号hs_boost为低,则电平位移器36输出OV的电压，导致晶体管332导通。这使得在节点GBx处的电压走高,还导致高侧开关23导通,这使得电压供电节点Vboost耦合至节点HSK。
[0042]当信号hs_b00st为高时，电平位移器36输出89V的电压，开启晶体管331并关闭晶体管332。随后，在输出GBx处的电压处于与在输出SGx处的电压相同的电位而使得第一高侧开关23被关闭。由于螺线管阀门的感应，在节点HSK处的电压下降且甚至会而降至OV以下，例如-2V。因此，在节点HSK处的电压处于-2V和89V之间。
[0043]输出BBx由第一电容器43进行增压。当节点HSK处的电压处于-2V时，输出BBx由第一电压调节器37充电至7V。当第一高侧驱动器23被再次开启时，在节点HSK处的电压变为82V并且第一电容器43将在输出BBx处的电压增压至89V。当晶体管332由节点BBx进行供电时，第一预驱动器33将通过晶体管332将输出GBx驱动至89V。
[0044]如果信号hs_vbat被驱动至低电压，电平位移器39输出OV的电压，而使得第二高侧开关的PMOS晶体管334开启，导致在端口 GHx处的电压变为21V。结果，第二高侧开关26被开启以使得HSK处的电压达到14V。
[0045]输出BHx由第二电容器46进行增压。当在输出BHx处的电压为低于内部电压调节器38的二极管电压时，输出BHx由第二电压调节器38充电至7V。当第二高侧驱动器26再次开启时，输出BHx处的电压变为14V，第二电容器46将输出BHx处的电压增压至21V。这使得第二预驱动器35通过晶体管334将输出GHx驱动至21V。[0046]通常，当高侧开关23和26之一开启时，低侧开关24也通过向信号Is施加低电压而被开启，这导致低侧预驱动器34在输出GLx处输出高电压而使得低侧驱动器24导通电流。
[0047]反馈电路13从输入sens+x和输入sens-χ接收两个信号。针对流过螺线管阀门12的电流而测量这些输入之间的电压差异。反馈电路13测量相应电压差异并且经由信号FBOUT将其测量结果输出至图1所示的驱动器电路11。反馈电路13提供了第一反馈路径以用于提供通过螺线管阀门12的电流的测量数值。在另外的实施例中，第一反馈路径提供了在螺线管阀门12的输入处的电压的测量值。驱动器电路11用作调节器以对通过螺线管阀门12的电流进行调节。
[0048]节点HSK可以由第一高侧驱动器23驱动至82V或者由第二高侧驱动器26驱动至14V以使得电压分布可以包括阶跃。
[0049]如果信号生成器17被开启，则其输出具有IOOkHz的频率以及500mV的点对点振幅的周期矩形波信号。耦合设备将该信号耦合至输出SBx，由此将周期性电压耦合至节点HSK处的电位。所导致的电位特别是节点HSK处的瞬态表现取决于连接至节点HSK的负载的总体阻抗。
[0050]信号生成器17生成小信号。供应至螺线管阀门12的电功率等于通过螺线管阀门12的电流乘以HSK和LSK之间的电压。由该小信号供应至螺线管阀门中的电功率基本上小于由晶体管在其开启时所供应的电功率。例如，由晶体管在其开启时供应至螺线管阀门中的电功率可以至少比由该小信号供应至螺线管阀门中的电功率大十倍。因此，该螺线管阀门并不打开。相反，该螺线管阀门在该小信号被施加于螺线管阀门的电输入时基本保持关闭，而使得可以在晶体管23关闭的期间施加该小信号。
[0051]在给定示例中，电输入利用在OV和82V之间变化的电压信号进行驱动。因此，振幅为82V，这与小信号0.5V的振幅相比很大。在一些示例中，在螺线管阀门的电输入处的电压振幅比小信号的振幅大30倍。在该实施例中，信号生成器17仅在第一高侧开关23和第二高侧开关26关闭时开启，而使得在节点HSK处的负载的阻抗主要为螺线管阀门12的阻抗。电压曲线很大程度上取决于螺线管阀门的阻抗并且因此取决于螺线管阀门12的阻抗的电感部分。
[0052]对所耦合的周期性信号的频率响应由响应测量单元18进行测量。响应测量单元18可以包括电压测量单元以及用于计算在输出BSx处的电压信号的傅里叶变换的信号处理器。响应测量单元18另外的实施例将参考以下附图进行解释。响应测量单元18针对螺线管阀门12的阻抗输出测量值。
[0053]响应测量单元18提供了到调节器的第二反馈路径以用于提供针对所耦合的小信号的响应的测量值。
[0054]通过利用单独激励检测谐振电路的AC响应来测量螺线管阀门12的感应表现，由此谐振电路由致动器的电感所表示。电感的变换可以通过谐振振幅和谐振相位来检测。电感变化处的时间是打开或关闭阀门的时间。
[0055]在一个实施例中，形成耦合设备16的电容器的电容为100pF，而螺线管阀门12的电感则处于50 μ H的范围内。谐振频率预期处于I至IOMHz的范围内，例如处于5和7MHz之间。在一个实施例中，在响应测量单元18的输入处的电压利用200MHz的采样频率进行采样，这提供了充分的过采样。
[0056]在一个实施例中，预驱动器15可以提供如转换速率控制、附加螺线管阀门的预驱动器、电池电压监视器和测试逻辑之类的进一步功能。
[0057]图6示出了谐振测量单元18的实施例的细节。谐振测量单元18包括比较器180、计数器181和峰值估计器182。如图5所示，比较器180包括连接至预驱动器15的输出DLx的反相输入以及连接至预驱动器15的输出SGx的非反相输入。
[0058]比较器180输出信号Compout，这是指示比较器180的非反相输入处的电压是否高于或低于反相输入处的电压的二进制信号。信号Compout被计数器181所接收，其还接收时钟信号elk。计数器在每个新的上升时钟边沿增加计数数值。信号Compout每次变化，计数器就被设置为I。因此，计数器对信号Compout的信号变化之间的时钟周期数量进行计数。计数器181将计数数值输出至峰值估计器182，该峰值估计器182输出最高计数数值为信号“out”。在输出SGx处的响应频率等于elk的频率乘以“out”乘以2。
[0059]图6示意性示出的电路是仅需要少量组件的实施方式，并且因此是面积优化的。在该实施例中，信号生成器生成具有上升沿和下降沿的时钟信号，下降沿为上升沿之后100 μ S。响应包括具有随时间减小的振幅且处于兆赫(例如，5MHz)范围内的频率的正弦波。
[0060]在一个实施例中，计数器的计数频率elk为200MHz，这提供了充分的过采样。在一个实施例中，利用对应于5ms周期的200Hz的频率重复燃烧注入。信号生成器输出具有IOOkHz频率即具有10 μ s周期的矩形波信号。频率响应处于5Mhz的范围内，即具有200ns的周期。该信号在计数器181中利用200MHz的采样频率即相应的5ns时钟周期进行AD转换。
[0061]图7示出了在燃烧周期期间图5所示的电路的节点处的电压和电流曲线。上面的曲线示出了通过螺线管阀门的电流，第二曲线为信号hs_b00st的电压，第三曲线则为信号hs_bat,第四曲线为信号Is,第六个为节点d_boost处低电压,第七曲线是节点d_gnd处的电压，而最下方的曲线为由信号生成器所输出的电压信号。对螺线管阀门的驱动以预先注入作为开始，其中低侧驱动器开启并且第一高侧驱动器在第一脉冲期间被开启。第一脉冲随后为第二和第三脉冲，其中第二高侧开关被开启。预先注入使得介质电流流入螺线管阀门中。
[0062]图7中的虚线指示低侧开关24更早开启的选项，这样的续流电流不仅流过二极管28而且还流过二极管44以使得螺线管阀门12更快关闭。
[0063]在预先注入之后，高侧开关和低侧开关被关闭而使得电流下降至零。
[0064]随后，主要注入在开启低侧驱动器和第二高侧驱动器的同时开始。接着第二高侧驱动器被关闭，随后为第一高侧驱动器在其间被再次开启的两个脉冲。这些脉冲使得小电流流入螺线管中。在这些脉冲之后，第一高侧开关以六个脉冲被激活而使得电流增加至最大水平。在已经达到最大水平之后，第二高侧开关在十一个连续脉冲期间被开启。在这些脉冲期间，电流下降至较低水平。
[0065]在这十一个脉冲之后，高侧开关和低侧开关被关闭而使得电压再次下降至零。后期注入包括信号hs_bat所导致的三个脉冲而使得小电流流过螺线管阀门。
[0066]应当提到的是，图7的实施例示出了后期注入期间的一个示例。信号生成器在这些后期注入期间也被开启。[0067]脉冲序列以及所产生的电流曲线基于螺线管阀门的模型并且被认为提供了燃料注入，该燃料注入则提供了有效燃烧。为了测量螺线管阀门的电感，信号生成器生成周期性信号。它们在没有高侧开关被开启、低侧开关被开启并且控制电路对电感的当前数值感兴趣的同时得以被生成。在主要注入期间尤其是这种情形。测量高侧开关脉冲之间的期间的阻抗数值可以在主要注入期间为驱动器电路提供反馈而使得该驱动器电路可以接收到与螺线管阀门的电感相关的反馈以对脉冲控制进行调适。
[0068]例如，信号hs_boost、hs_bat和Is的序列是存储在用于具有标准参数的螺线管阀门的驱动器电路中的标准序列。在一个示例中，测量显示出螺线管阀门的电感大于标准电感参数。这可以被解释为表明螺线管阀门的反应与根据标准模型相比更具惯性。因此，高侧脉冲的脉冲数量被减少，但是每个脉冲的长度得以被增加，这导致了被确定为有效的注入曲线。
[0069]图8公开了根据第一实施例的由电流驱动系统对螺线管阀门进行控制的方法。该电流驱动系统包括用于控制晶体管的控制输入的预驱动器，该晶体管被耦合至螺线管阀门的电输入。该方法包括作为步骤81的产生小信号的步骤。在步骤82，该小信号被输出到螺线管阀门的电输入。步骤83包括测量对在螺线管阀门的电输入处所耦合的小信号的响应。
[0070]图9示出了根据第二实施例的用于控制螺线管阀门的方法的流程图。该方法以方法步骤90开始，其中对第一阻抗参数进行设置。该第一阻抗参数包括螺线管阀门的电感的数值。该数值可以从得自于标准螺线管阀门的模型的一组标准电感数值得出或者从对车辆中内建的螺线管阀门之前的测量所得出。在随后的步骤91中，根据第一阻抗参数将电流驱动至螺线管阀门中。步骤92包括对应于步骤81、82和83的三个子步骤。这意味着产生小信号，将小信号耦合至螺线管阀门的电输入以及测量对在螺线管阀门的电输入处所耦合的小信号的响应。步骤92可以在步骤91之后、期间进行，或者与之交替进行。步骤92随后为步骤93，其中从所测量的响应计算阻抗参数。该阻抗参数也包含电感的数值。在随后的步骤94中，确定所测量的阻抗是否等于第一阻抗参数。如果是这种情形，则该方法以步骤91继续，否则该方法进行至步骤95，其中第一阻抗参数被所测量的阻抗参数所覆盖。随后，该方法以步骤91继续进行。
[0071]所测量的阻抗参数被传送至驱动器电路11，在第一实施例中，该驱动器电路11确定阀门关闭或者将要关闭的时间点以及时向末端驱动器发送命令而将电流再次驱动到阀门之中。及时驱动阀门导致了燃烧周期之间较少的等待时间并且因此导致了更为有效的燃烧。在第二实施例中，驱动器电路确定阻抗数值始终具有比预期更低的数值。驱动器电路11发送对电流分布的变化以补偿已变化的阻抗参数。根据第二实施例的方法提供了螺线管阀门的驱动器电路11的自行校准。
[0072]该方法使得能够对螺线管阀门的阻抗变化特别是电感变化进行补偿。一个实施例可以概括如下:仅在注入器的线圈未被激励并且高侧驱动MOSFET被切换且没有续流二极管导通时才使用AC (交流)测量。振荡器将利用500mV的电压阶跃每隔10 μ s被激励。振荡器电路将利用减幅阻尼正弦振荡进行响应，由此响应频率根据以下关系而链接至锚定位置(anchor position):
[0073]φ{) = H ^jLinjectorC
[0074]Linjector = f (anchor position)[0075]在一个或多个示例中，在此所描述的功能可以至少部分以诸如特定硬件组件或处理器的硬件来实施。更一般地，该技术可以以硬件、处理器、软件、固件或者其任意组合来实施。如果以软件实施，则该功能可以存储在计算机可读介质上或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传送并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，其对应于诸如存储介质的有形介质，或者是包括促使计算机程序例如根据通信协议从一个地方传输至另一个地方的任意介质的通信媒体。以这种方式，计算机可读媒体通常可以对应于(I)非瞬时的有形计算机可读存储介质或者(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可以是能够由一个或多个计算机或者一个或多个处理器进行访问以得到指令、代码和/或数据结构以便实施本公开所描述的技术的任意可用介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。
[0076]通过示例而非限制，这样的计算机可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或者其它磁性存储设备、闪存，或者能够用来以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并且能够被计算机访问的任意其它介质。而且，任意连接被适当称之为计算机可读介质，即计算机可读传输介质。例如，如果指令使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字订户线路(DSL)或者诸如红外、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源进行传送，则该同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或者诸如红外、无线电和微波的无线技术被包括在介质的定义之中。然而，应当理解的是，计算机可读存储介质和数据存储介质并不包括连接、载波、信号或其它瞬态介质，而是相反地针对非瞬态的有形存储介质。如在此所使用的碟片和盘片包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软碟和蓝光盘，其中碟片通常以磁性再现数据，而盘片则利用激光以光学再现数据。以上的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围之内。
[0077]指令可以由一个或多个处理器所执行，诸如一个或多个中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、应用特定集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、微处理器、微控制器或者其它等同的集成或离散逻辑电路。因此，如本文所使用的术语“处理器”可以是指以上任意结构或者适于实施本文所描述的技术的任意其它结构。此外，在一些方面，这里所描述的功能可以在被配置为用于执行本文所描述的功能的专用硬件和/或软件模块内提供。而且，该技术能够完全以一个或多个电路或逻辑部件来实施。
[0078]本公开中描述了各种组件、模块或单元以强调被配置为执行所公开技术的设备的功能方面，但是并非必然要求通过不同的硬件单元来实现。相反，如以上所描述的，各个单元可以在硬件单元中进行组合或者由包括如以上所描述的一个或多个处理器的互操作的硬件单元的集合结合适当软件和/或固件来提供。已经对各个示例进行了描述。这些和其它示例处于权利要求的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于螺线管阀门的电流驱动系统，包括: 预驱动器，用于对耦合至螺线管阀门的电输入的晶体管的控制输入进行控制，其中所述晶体管在所述晶体管接通时向所述螺线管阀门供应电功率； 信号生成器，用于生成小信号并且将所述小信号输出至所述螺线管阀门的所述电输入，其中由输入至所述螺线管阀门的所述小信号的电功率量基本上小于当所述晶体管接通时由所述晶体管向所述螺线管阀门供应的电功率量；和 测量单元，用于测量对所述小信号的响应。
2.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中所述小信号是周期性信号。
3.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中在所述晶体管将电流驱动至所述螺线管阀门中的时间期间没有小信号被耦合至所述螺线管阀门的所述电输入。
4.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中所述耦合单元包括: 包括第一电极和第二电极的电容器，其中所述第一电极连接至所述信号生成器的输出，并且其中所述第二电极连接至所述螺线管阀门的所述电输入。
5.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中所述测量单元测量在所述电输入处的频率响应。
6.根据权利要求 5所述的电流驱动系统，其中所述频率响应在基本上处于I和IOMHz之间的范围之内。
7.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中所述测量单元包括: 比较器；以及 在所述比较器的输出的下游耦合的计数器。
8.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中所述预驱动器、所述信号生成器和所述测量单元被单片集成在集成电路中。
9.根据权利要求1所述的电流驱动系统，其中当所述晶体管接通时由所述晶体管供应至所述螺线管阀门的所述电功率至少比由所述小信号供应至所述螺线管阀门中的所述电功率大十倍。
10.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其中在所述晶体管将电流驱动至所述螺线管阀门中的时间期间没有小信号被耦合至所述输出。
11.根据权利要求1所述的电流驱动系统，进一步包括: 调节器，用于通过控制所述预驱动器而对通过所述螺线管阀门的电流进行调节； 去往所述调节器的第一反馈路径，用于提供对在所述螺线管阀门的所述电输入处的电压以及通过所述螺线管阀门的电流中的一个或多个的测量；和 去往所述调节器的第二反馈路径，用于提供对于对所述小信号的所述响应的测量。
12.根据权利要求11所述的电流驱动电路，其中所述调节器使得所述调苄基于所述螺线管阀门的阻抗值，其中所述阻抗值基于所测量的对所述小信号的响应。
13.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其中所述小信号具有5至IOMHz范围内的频率。
14.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其中所述测量单元包括用于利用100和200MHz之间的采样频率对所述响应进行采样的采样单元。
15.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其中所述测量单元包括过零检测单元。
16.一种用于控制螺线管阀门的方法，包括: 生成小信号； 将所述小信号输出至所述螺线管阀门的电输入； 使用测量单元测量对在所述螺线管阀门的所述电输入处所耦合的小信号的响应。
17.根据权利要求16所述的方法，其中生成所述小信号包括生成周期性信号。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括: 在所述功率晶体管将电流驱动至所述螺线管阀门中的时间期间不将任何小信号耦合至所述输出。
19.一种用于控制螺线管阀门的方法，包括: 基于所述螺线管阀门的电感确定第一阻抗参数， 根据所述第一阻抗参数将电流经由对功率晶体管的控制输入进行控制的预驱动器驱动至所述螺线管阀门中，其中所述电流包括小信号； 测量对在所述螺线管阀门的所述电输入处所驱动的电流的所述小信号的响应； 基于所测量的响应确定第二阻抗参数；以及 将所述第一阻抗参数与所述第二阻抗参数进行比较。
20.根据权利要求19所述的方法，其中 如果所测量的阻抗不等于所述第一阻抗参数，则以第二阻抗参数重写所述第一阻抗参数。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述小信号包括小电压信号。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述小信号包括小电流信号。
23.根据权利要求19所述的方法，进一步包括: 在将所述第一阻抗参数与所述第二阻抗参数相比较之后继续根据所述第一阻抗参数将电流驱动至所述螺线管阀门中。
24.一种包括指令的计算机可读介质，所述指令被配置成使得计算设备: 生成小信号； 将所述小信号输出至螺线管阀门的电输入； 使用测量单元测量对在所述螺线管阀门的所述电输入处所耦合的小信号的响应。
【文档编号】F16K31/02GK104006203SQ201410064875
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】C·施魏克特, J·舍费尔 申请人:英飞凌科技股份有限公司