用于控制电磁阀的装置和方法

专利名称：用于控制电磁阀的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制特别是汽车中的电磁阀的方法和一种装置。
为了对流体，例如燃油，和/或与废气后处理相结合使用的流体，例 如水状的尿素溶液进行计量通常使用电磁阀。特别是在废气后处理系统 中的应用中这些阀门要经受4艮高的温度负荷。这增加了待计量的流体的 精确计量的困难，因为当温度变化时计量量也发生变化。若不规定进朽-诊断，则阀门的状况就不清楚。这样控制单元通常就没有下述信息，即 阀门是否过载，阀门是否被堵，或者排出的量是否与应计量流体的所希 望的量相符。通常规定对这些条件进行评估，并且根据这个评估规定针 对这些效应的相应的控制
发明内容
本发明的优点
采用本发明的装置可使电磁阀可靠运行，并且能对它进行诊断。特 别是能考虑温度对计量的影响，并且能提早地识别和避免阀门可能的损 坏。此外，可检测阀门，特别是阀针的运动过程，将其用于对阀门的准 确控制，并且因此用于准确地计量流体。通过下述措施产生这些优点， 即检测阀门的温度，并且在对阀门进行触发和/或给阀门提供电流时考虑 它的温度。
若温度最佳化地提供电流是特别有利的。这样就可避免对阀门所不 希望的，或者甚至是不允许的加热。在温度最佳化地提供电流的范围内 规定如此地提供电流，即对阀门的加热尽可能的小。在这种情况中要忍 受阀门的计量特性变坏。这样特别是可能会出现阀门的打开和闭合的延 迟。
若是通过一种变化的触发来减少由于温度最佳化的触发所引起的 这些变化则是特别有利的。这样就可通过更长时间的供电来补偿延迟的 打开。
通过对流过阀门的电流的计算和在阀门上的电压的分析就可简单
3地测量出电阻，并且因此4全测出温度。


附图中示出了本发明的一些实施例，下面对这些实施例进行更加详
细的说明。这些附图是
图1:根据本发明的装置的主要部件的方框图。 图2:流过阀门的电流和时间的关系曲线图。 图3:根据本发明的装置的详细图。
具体实施例方式
图1示出一个用于控制电磁阀的装置的主要部件。阀门用附图标记 100表示。这个阀门通过一个第一开关装置110 —也叫做高侧开关 (High-Side-Schalter) —和一个电源115的一个第一接头连4妾。此外该 阀门100通过一个也叫估文低侧开关(Low-Side-Schater)的第二开关装置 120和一个电流测量装置130与该电源的一个第二接头135连接。
第一开关110由一个电流控制装置142触发，第二开关装置由一个 计量控制装置144触发。电流控制装置142和计量控制装置144是控制 器140的主要部件。原则上也可规定计量触发装置控制第一开关装置 110,电流控制开关触发第二开关装置120。在这种情况中应^f多改其它不 同部件的设置，例如电流测量装置130和空运行装置，和/或熄灭装置。
在阀门IOO和第一开关装置IIO之间的一个连接点上一个由一个第 一电阻160和一个第二电阻170构成的分压器和电源电压的第二接头连 4妻。此外这个点通过一个空运行二极管162和电源电压的第二接头连接。 连接点165给电压检测装置152提供信号。
在一个简化的实施形式中规定，取消分压器，并且分接电源的接头 115上的电压。
优选地设计为欧姆电阻的电流测量装置130的两个接头到达一个电 流检测装置154。电压4企测装置152和电流检测装置154形成一个分析 装置150的主要部件。
在所示的实施例中阀门通过高侧末极/低侧末极进行触发。在这种情 况中按照电流控制，和/或电流调节给第一开关装置提供电流。也就是说 如此地选择给第一开关装置IIO提供电流，从而一个规定的电流流过阀门。对通过阀门的电流的调节例如是通过具有一定频率的脉宽调制的信 号的可变化的脉冲 一 停止一比例决定的。
这就是说电流控制装置142是如此地触发第一开关装置的，给阀门 提供所希望的电流。提供电流主要是通过单个阶段中的电流值定义的，
特别是通过时刻T2和T3之间的起动电流，和/或通过时刻T4/T5之间 的保持阶段中的保持电流定义的。此外，提供电流还通过在其余的阶段 中的电流的增加和电流降^氐定义的。
通过计量控制装置144如此地触发第二开关装置，即在一定的时刻 开始计量，并且在一定的时刻结束计量，并且因此在一定的时刻计量流 体的一定的量。计量的这些时刻和这些时间段是通过一个上级的控制装 置根据内燃机的运行状态或者根据废气后处理系统的状态规定的。主要 是通过计量控制装置144来控制电流提供的开始和/或结束的时刻。
由分析电路150检测和分析流过阀门的电流I以及位于该阀门上的 电压U。在图2中示范性地示出了在计量周期期间，也就是在借助阀门 计量流体期间的电流提供的电流曲线。在时刻TO开始给阀门提供电流。 也就是说无论是高侧开关还是低侧开关都是接通的。 一直到时间点T2 电流是增加的。在时刻T2时电流达到第一电流级。这个电流级也叫僻: 起动电流级。这个电流级是如此选择的，即阀门可靠地过渡到新的终端 位置。在时刻Tl阀门到达它的终端位置。这样做的结果是阀门的电感 发生变化，并且因此电流的增升也发生变化。根据在电压保持不变的情 况下电感的这种变化，并且与此相联系地电流的增加也发生变化，通过 对电流曲线的分析就可识别这个时刻Tl。直到时刻T3通过第一开关装 置对电流进行如此的控制，即它保持在它的触发水平。
在时刻T2和T3之间时线圈处于饱和。在这个范围内借助欧姆定律， 根据流过的电流和存在的电压优选地计算出线圈的温度。为此要求无i仑 是在线圈上的电压还是流过线圈的电流是已知的。
在时刻T3和T4之间电流降低到线圈的保持电流。这个数值是如此 选择的，使阀门保持在它的位置。这意味着阀门保持开着，并且通过第 一开关装置如此地调节电流，即电流重新几乎保持恒定。通过电流从保 持电流下降，阀门上的损耗功率下降，并且阀门不会过热。
在时刻T5时供电结束，这就是说两个开关装置被打开，并且电流 直到时刻T6降到零值。由于机械惯性的原因阀针重新达到它的起始位
5置需要某些时间。又是通过对电流曲线的分析得到这个时刻。这个测量
过程和时刻Tl求出转换时刻相类似。在时刻T7之后通常电流为零值， 或者为另 一规定的数值。从这个时刻起可将补偿值(Offset-Werte )和系 列测量值进行平衡。在时刻T7之后计量周期结束。
在图3中更详细地示出了用于阀门的控制单元。该控制单元包括控 制器140和分析装置150。已在图1中示出的部件用相应的附图标记表 示。所示的控制单元可作为硬件单元实现，或者作为由处理器执行的控 制方法实现，或者作为混合形式实现。
连接点165上的电压和电流测量装置130上的电压到达电压^r测装 置152和电流检测装置154。电流检测装置和电压检测装置优选地设计 为A/D转换器。这个转换器将瞬时存在的信号转换成和相应的电压值或 电流值相当的数字信号。
由 一 个 DMA 200 —也叫估支直接存々者器访问 (Direkt-Memory-Access )—将电流检测装置154或电压检测装置154 检测到的电流值和/或电压值写入到一个存储器210中。优选地规定 DMA 200作为程序结构实现。
此外，优选地规定第一存储器210、第二存储器和一个执行程序的 未示出的计算机集成到处理器中。
为了交换数据，第一存储器210、 DMA 200和一个第二存储器220 通过一个数据总线250彼此连接。此外，第一存储器210和第二存储器 220与地址总线240连接。第二存储器220和状态机(State Machine ) 230交换信号。这个状态机又给电流控制装置142和计量控制装置144 提供相应的信号。
在第二存储器220中存储的数据通过状态机230到达控制器140, 这个控制器相应地触发开关装置110和120。
A/D转换器152、 154和DMA 200也可以叫做读入装置。状态机230 和控制装置140也可以叫做控制装置。DMA 200、状态机230、分析装 置150和控制器140 —起组成一个接口 。优选地这些部件是一个控制仪 的纟且成部件。
有关在阀门上的电压U，和/或流过阀门的电流I的输入数值通过电 压检测装置152或电流检测装置154按时触发地由模拟信号转换为数字 信号。数字化是借助模拟/数字转换器完成的。这些转换器组成电流检测装置和电压检测装置的主要部件。DMA200在一定的时刻，也就是按时 触发地将数字化的信号写进第一存储器210中。因此在存储器210中存 入电压和/或电流的信号关于时间或者角位置的曲线。在这种情况中可以 规定，整个计量周期上的所有数值，也就是从时刻TO直到明显的时刻 T7之后都是按固定的间隔存入的。
在一个方案中规定仅定义单个的测量窗口。在这些测量窗中将测量 值存入到第一存储器210中。也就是说将测量数值只在这样的区域中存 入，即这些区域是感兴趣的，并且它们的曲线表示喷射过程的特征。为 此规定，根据从预计要出事故的预期时刻或者角位置出发定义测量窗口 的开始和结束。这样例如可以规定，期待时刻前的一个固定值的时刻定 义为测量窗口的开始。开始后的 一 个固定时间的时刻用作测量窗口的结 束。
在另 一方案中也可以规定，对于确定的时间段只存储一个或者多个 数值。这样，在T4和T5之间的时间段内仅存储一个数值就够了。在 TO和T2之间的时间段内存储多个数值，这样就能可靠地识别在其中线 圈的电感发生变化的时刻Tl。相应地在时刻T6和T7之间也存储多个 数值，以通过对电流曲线的分析识别阀门的闭合。
通过对DMA 200的合适的设计或者编程本装置可和任何消耗器、 电流曲线、电压曲线，并且和应用相适配。这就是说产生了一种4艮灵活 的装置。这种装置因此也可成本有利地应用。
根据这些在第一存储器210中存储的电流数值 一个未示出的处理器 计算不同的特性参数，这些特性参数借助磁阀表示流体计量的特征。这 就是说处理器包括一个分析装置，这个分析装置根据在第一存储器210 中存储的电流和/或电压的曲线进行状态分析，和/或曲线分析。
这个曲线分析例如求出这样的时刻，即从此时刻起阀门允许流体流 动，或者中止流体的流动。这些时刻也叫做打开时刻或BIP,或闭合时 刻或EIP。除了这些时刻以外还可^v电流和/或电压曲线中求出其它的表 示喷射过程特征的时刻。
状态分析例如求出线圈的电阻。为此只需要在合适的时刻读入电流 /电压数值。从电阻中优选地求出线的圈的温度，作为温度参数。此外还 可检测不同的电流数值，和/或电压数值，以便检查阀门的按规定的功能。 这样一个另外的数值就是所谓的补偿电压，和/或补偿电流。在计量周期结束时，或者计量周期前读入这些补偿电压和/或补偿电流。此外，保持 电流的数值也可作为其它的参数读入。
根据这些参数和其它在此未详细叙述的参数，处理器计算出来表示 计量特征的参数。为此，处理器包括评价装置。这些评价装置评价曲线 分析和/或状态分析的结果。若所求出的数值和规定的数值不一致，则处 理器对至少一个表示触发特征的控制参数进行修正。
在图2中所示的具有高侧和低侧开关的例子中规定，这两个开关之
一在计量周期开始时也就是在时刻T0时是闭合的，在时刻T5时重新打 开。笫二开关在时刻T0时有一定时间，优选地直到时刻T3是闭合的， 并且紧接着用一个脉宽调制的信号进行触发。所述已调制信号是通过它 的占空比和它的频率定义的。从时刻T6至时刻T7第一开关短暂闭合， 以便能检测闭合时刻。由处理器将这些时刻——从这些时刻起应开始提 供电流，和结束提供电流一一以及占空比规定的控制参数。也可替代地 在结束处将持续时间规定为控制参数。这些表示计量特征的参数由处理 器存储在第二存储器220中。
根据这些存储在第二存储器中的数值状态机230计算用于加载开关 装置110和120的控制参数。这例如是如此进行的，即状态机根据第二 存储器220的内容将两个开关装置的状态的时间或者角度位置的曲线传 输到控制器140。然后控制器然后给开关装置110和120提供相应的触 发信号。这个状态机230和控制器也叫做控制装置，并且在一个优选的 方案中包括在控制仪中。
根据本发明规定下述方法方式。由至少一个开关装置构成的末级通 过一个接口由处理器触发。在所述的实施形式中示出两个开关装置。但
是也可仅规定一个开关装置，或者也可以还设置其它的开关装置。接口 包括至少 一个模拟/数字转换器以及DMA (Direkt Memory Access)。这 个接口检测电压和/或电流，并且将电压和/或电流的曲线写入到处理器 的第 一存储器中。根据存储在处理器的第二存储器中的用于阀门的所希 望的触发曲线，接口形成用于开关装置的触发信号。处理器与末级的类 型无关地分析这些信号，并且计算所希望的触发曲线。该接口使处理器 提供或者需要的数值和末级需要或者提供的信号相适配。
这就是说，处理器完全独立于所使用的末级或者所使用的线圈。反 之也一样。使用这种处理器可以任何所希望的方式和方法触发每个任何消耗器。通过接口实现消耗器和处理器的适配，及相反。这个接口必须 和两者相适配。这个接口仅包括模拟/数字转换器和一个小型的计算单
元。这个计算单元承担DMA和状态机的功能。
阀门通常是用于在内燃机中的流体介质的计量。因为这些阀门通常 是用在发动机的附近，或者在热的结构部件附近使用，例如用在废气侧
翼(Abgastrakt)中，所以这些结构部件的热载荷很大。这种热载荷一 方面是通过内燃机，或者配属于它的部件、如废气系统的加热，或者通 过在阀门的线圈中通过对阀门的通电的自加热引起的。通过这种加热一 方面使线圈的内阻发生变化，另 一方面在极端情况下可能会出现线圈的 损伤甚至破坏。通过线圏内阻的变化，阀门的动态特性也发生变化，这 样又影响了流体的计量。
为了避免这种情况现在规定，检测阀门的温度，并且根据阀门的温 度对阀门进行触发或者对阀门供电。在这种情况中规定，在静态时，也 就是说特别是在时刻T2和T3之间测量在才是供电流时的电流。在这种状 态中阀门上的电压是已知的，或也对它进行测量。然后根据这种电流和 电压确定线圈的内阻。才艮据该内阻和室温中的已知的内阻求出线圈的温 度。为此例如可以规定一个特性曲线族。将线圏温度与内阻的关系存储 在该特性曲线族中。可替代地规定，根据检测到的参数计算温度。现在
方面按这种意义改变触发策略，即对温度施加影响，另一方面规定如此 方式地改变触发，即补偿温度对阀门特性的影响。
为了对温度施加影响例如规定温度最佳化地提供电流。这一点例如 通过下述措施是可办到的，即在起动阶段，也就是直到时刻T3，选择比 较小的电压或者比较小的电流增升。这样阀门的温度载荷变小了，对应 地放慢打开磁阀。通过改变决定提供电流的单个的或者多个参数来影响 温度。
通过缩短和/或延长触发来补偿由于温度较高所引起的阀门的变化 的动态特性。此外还规定也是通过改变触发来补偿对动态特性的影响， 所述影响基于给阀门温度最佳化地提供电流。这又是通过下述措施达到 的，即相应地延长和/或缩短触发时间。
根据本发明规定在一定的运行状态，温度最佳地提供电流，也就是 说如此地提供电流，即尽可能少地出现损耗热。特別是规定，当识别到
9温度大于阈值时，或者是线圈的内阻超过一定的数值时要进行这样的温 度最佳的提供电流。这样做是特别有利的，因为温度最佳地提供电流通 常有这样的后果，即阀门的开关时间，或者是影响计量的量的其它参数 会发生变化，或者是触发变得更不准确。因此优选这种温度最佳化的提 供电流只有在需要时才这样做。
此外特别有利的是，在提供电流时对特征时刻和电流数值进行检 测，并且在触发时予以考虑。因此例如对阀门打开的时刻，和/或阀门闭 合的时刻进行检测。这两个时刻基本上确定了计量的流体量。通过检测 这些时刻可求出实际已计量的量。若这个量或者这些特征值与规定值不 一致，则对触发进行修正，也就是说通过计量控制装置144进行相应的 修正，也就是说将计量延长，缩短，和/或推迟一定的量。通过这一措施 得出和校正阀门的基于较高温度而产生的变化，或者基于温度最佳化地 提供电流所产生的变化。这就是说，根据电流和/或电压的数值求出阀门 打开和/或闭合的时刻。然后将这些时刻用于修正触发。
总之这意味着特别是通过对流过阀门的电流和阀门上的电压的分 析求出温度，并且在触发时对该温度予以考虑。在这种情况中改变计量，
以纠正影响。这优选地通过计量控制装置144和通过对第二开关装置的
控制进行。此外，根据温度，温度最佳化地提供电流。这优选地通过经
电流控制装置142的相应的控制通过第一开关120的控制得以完成。
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权利要求
1.用于控制电磁阀的方法，检测阀门的温度，其特征在于，根据阀门的温度触发阀门和/或对阀门提供电流。
2. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，温度最佳地提供电流和/或进行触发。
3. 按照权利要求1所述的方法，其特征在于，检测流过阀门的电流和/或检测在阀门上下降的电压。
4. 按照权利要求3所述的方法，其特征在于，根据电流和/或电压的数值求出温度。
5. 按照权利要求3所述的方法，其特征在于，根据电流和/或电压的数值求出阀门打开和/或闭合的时刻。
6. 按照权利要求5所述的方法，其特征在于，将这些时刻用于修正触发。
7. 按照权利要求2所述的方法，其特征在于，通过改变触发减少通过温度最佳化地提供电流所引起的变化。
8. 按照权利要求2所述的方法，其特征在于，当所测得的温度和/或阀门的内阻超过阈值时进行温度最佳化的触发和/或提供电流。
9. 用于控制电磁阀的装置，检测阀门的温度，其特征在于，根据阀门的温度对阀门进行触发和/或给阀门提供电流。
全文摘要
本发明介绍用于控制电磁阀的方法和装置。检测阀门的温度。根据阀门的温度对阀门进行控制和/或给它提供电流。
文档编号F01N3/20GK101558221SQ200780046394
公开日2009年10月14日 申请日期2007年11月23日 优先权日2006年12月14日
发明者H·克莱因克内克特, J·卡卢扎 申请人:罗伯特·博世有限公司