专利名称：控制系统和控制系统的工作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是内燃机的控制系统，包括提供控制信号的控制电路 和具有提供调节信号的多个输出通道的输出级，其中，控制电路和输出级通过 控制接口相互连接。
本发明此外涉及一种用于控制系统的工作方法，该控制系统具有控制电路 和与其连接的输出级。
背景技术：
上述类型的控制系统广泛应用。例如在汽车技术领域，内燃机的多个喷油 阀fflil由输出级提供适当的调节信号进行控制。
由于内燃机的功率越来越高和对其在允许的有害物质排放方面的要求越来 越严格，要求非常精确地控制各喷油阀及其执对亍机构。为了能够以最小的时滞
控制各阀门，因it隨常在控制电路与输出级之间具有大量可以m^活输出级各输 出通道的控制导线。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种特别灵活的控制系统，该系统具有得到简化 的结构。特别是在控制电路与输出级之间可以设置少量的控制导线。
该目的fflii独立权利要求的特征得以实现。本发明具有优点的构成在从属 权利要求中予以说明。
依据第一构成控制系统的特征在于，控制接口包括提供时间控律'腊号的单 一控制导线和选择接口 ，控制电路为至少一个信号形状选择和至少一个通道选
择在至少一个选择信号中编码并通31it择接口传送到输出级而设立，以及输出
级为选择信号解码并在提供时间控制言号的情况下将通aii择信号确定的调节 信号利用至少一种所选择的信号形状提供给至少一个所选择的输出通道而设立。
通过将控制接口分成单一控制导线并与可以确定所要使用的信号形状以及 所要使用的输出通道的选择接口分离，可以分开传输时间临界的和时间非临界的信息。此外，所需控制导线的数量通过共同使用输出通道和信号形状编码的 选择接口而可以减少。
依据一种有利的结构，输出级具有多个数据页的存储器，其中，通过每个 数据页确定至少一^^言号形>1^^择和/或者至少一个通 择，以及控制电路为 通皿择接口传输代码字而设立，其中，通过传输代码字确定多个数据页的一
个数据页并iM多路分用器为信号产生Mil输出级选出。
ffil存储器和调用各自确定信号糊犬和/或者输出通道的 页，可以为提 供调节信号将重要的参数事先寄存在输出级内并在需要时通过多路分用器调 用。 '
依据另一种有利的结构，选择接口具有多个并联传输代码字的并联数据导 线和输出级具有并联传输的代码字解码的并联解码器。通过使用并联数据导线 可以在控制电路与输出级之间快速交换所需的代码字。
依据另一种具有优点的构成，选择接口具有串联传输代码字的串联数据导 线，输出级具有串联传输的代码字解码的串联解码器。通过使用串联数据导线 可以劍专输 所需的魏导线降到最低限度。
依据另一种具有优点的构成，控制接口包括附加的数据接口，其为将数据 从控制电路传输到输出级而设立。皿使用附加的数据接口可以从控制电路向 输出级传输参数或者数据。
依据另一种具有优点的构成，数据接口作为串联接口构成，输出级包括串 联传输的数据解码的解码器。通过使用串联数据接口可以借助单一数据导线从 控制电路向输出级迸行 的时间非临别专输。
依据另 一种具有优点的构成，数据接口为多个数据页从控制电路传输到输 出级而设立，其中，通过每个类娥页为输出级确定至少一个信号形纟媳择和/或 者至少一个通 择。ffiil确定为输出级确定的各自一个信号糊犬选择和/或者 至少一个通itit择的不同数据页，可以将不同的参数组寄存在输出级内。
依据另一种具有优点的构成，控制电路作为可编程的微控制器构成。使用 可编程的微控制器可以舰控制电路特别灵活地控制输出级。
依据另一种具有优点的构成，输出级作为专用集成电路构成。通过输出级 作为专用集成电路构成，可以提高其运行速度。
依据一种具有优点的构成，控制系统为多个喷油阀提供调节信号而设立。特别是在控制多个喷油阀方面，电路结构可以如上所皿行简化。
依据本发明的另一种构成，具有控制电路和与其连接具有多个输出通道的 输出级的控制系统l顿的工作方》跑括下列步骤
- 至少一个信号形状选择和至少一个通道选择在至少一个选择{言号中 M31控制电路编码，
- 至少一个编码的选择信号M^择接口从控制电路传输到输出级，
- 至少一个编码的选择信号il31输出级解码，以及
- 在时间控制信号从控制电路通过单一控制导线提供的情况下，通过
解码的选择信号确定的调节信号禾,至少一^h所选择的信号形状提供给输出级
的至少一个所选择的输出通道。
通过至少一个信号形状选择和至少一个通道选择的编码、传输和解码，可
以时间准确iW过单一时间控制信号激舌提供比较复杂的调节信号。
依据一种具有优点的构成，在解码步骤中，选择输出级装置多个数据页的 至少一个数据页，其中，所选择的数据页包括至少一个信号形纟，择和至少一 个通m择。通^it择多个数据页的一个数据页，可以迅速调用不同组合的信
号糊，择和通M择。
依据另一种具有优点的构成，在编码步骤中，通过控制电路确定至少一个 代码字，在传输歩骤中，传输所确定的代码字并在解码步骤中借助所传输的代 码字选择所选择的数据页。通过传输代码字，可以简化控制电路与输出级之间 的通信。
下面借助附图的实施例对本发明进行详细说明。其中 图1示出具有控制系统的内燃机； 图2示出喷油阀的详图3示出喷油阀控制过程框架内的信号分布； 图4示出控制系统的另一构成； 图5示出输出级结构的示意图； 图6A示出不同数据页的编码表；
图6B示出从控制电路向输出端数据传输的时间进乾
图6C示出控制系统的工作方法一种构成的流程图；以及
6图7示出控制系统的工作方法另一种构成的流程图。
相同结构或者功能的单元附图总体上采用相同的附图符号标注。
具体实施例方式
内燃机(图l)包括进气系统l、发动机组2、气缸盖3和排气系统4。进气系统1优选包括节气门5 ，此外包括收集器6和进气管7 ，其通向发动机组2内的进气道上的气缸Zl。发动机组2此外包括曲轴8，其ilil连杆与气缸Zl的活塞ll连接。
气缸盖3包括具有进气门12和排气门13的气门机构。气缸盖3此外包括喷油阀18和火花塞19。作为选择，喷油阀18也可以设置在进气管7内。
排气系统4内设置im作为三元催化tl构成的催化器21。
此外在通向喷油阀18未示出的射流输,置中具有特别是作为高压泵构成的射流泵22。射流泵包括也作为t丸纟于元件公知的分配给其的电动4足动器，借助其可以控制射流泵的泵状态。
为控制系统25分配传感器，检测不同的测量值并各自观啶测量值的数值。工作参数除了测量f歡卜还包括从这些测量值中导出的参数。控制系统25根据至少一个工作参数测定调节值，然后将其转换成一个或者多个调节信号，用于借助相应的调节传动装置控制执纟于机构。
传麟为检测加3im板27的力口5im板位置的踏板位置发送器26、在沿节气门上游5检测空气流量的空气量传感器28、检测进气温度的第一温度传感器、在收集器l内检测进气管压力的进气管压力传繊34、检测曲轴角度，然后为其分配转速N的曲轴角度传感器36 。
此外设置第二温度传感器38，用来检测冷却齐U、鹏。此外具有压力传感器39，其特别是检测射流输送装置中高压蓄能器内的流体压力。此外具有第三温度传感器40，其检测射流输送装置内，因此特别是高压蓄能器内的温度，因此特别是射流纟，。
具有废气探针42，其设置在催化器21上游或在其内并检测废气的残余氧含量，其测量信号MS1说明气缸Z1燃烧室内以及沿废气探针上游燃料氧化前的空气/燃料比，下面称为气缸Z1-Z4内的空^/燃料比。
根据本发明的实施方式，可以增加所称的传感器或者也可以附加传感器。执行机构例如为节气门5、进气门和排气门12、 13、喷油阀18、火花塞19
7或者射流泵22。
控制系统25包括至少一个输出级装置44，其用于为各自的执行机构产生调节信号构成。输出级44例如是一种专用电路(ASIC)。控制系统25此外包括控制电路45。控制电路45在所示的实施例中与通信总线48，例如用于与战传皿通信的串行外设接口 (SPI)连接。控制电路45例如是一种可编程的微控制器。
输出级44和控制电路45 ilii控制导线46和选择接口 47连接。通,择接口 47，适用的选择信号例如以代码字的方式从控制电路45传输到输出级44。M31^控制导线46提供时间控制信号，例如M控制导线46设置在预先确定的电压水平上，将M31输出级44选择的信号形状提供给输出通道49。
除了气缸Z1外还设有其他气缸Z2 - Z4，也为它们分配相应的执行机构和需要时分配传感器。因此内燃机可以具有任意数量的气缸Z1-Z4。,各一个输出级装置44用于至少四个气缸Z1 -Z4。
图l的控制系统25包括四个输出ilil49a-49d。例如，可以为^^俞出通道49a-49d各分配一个内燃机的喷油阀18。
喷油阀18 (图2)包括射流iiA体50及进入间隙52，其液压地与射流输送装置连接并由该装置特别是供会合^m料。喷油阀18此外包括复位弹簧54。设有电磁促动器，其包括线圈56、磁性外壳58、阀体外壳60和电枢62并原则上还包括射 liS入体50。此外，为电磁促动器还分配非磁性的外壳64。喷油阀18此外包括阀体66，阀体的间隙70内设置阀针68。阀针68与电磁促动器，特别是与电枢62机械上这样连接，使其在闭合位置上阻止射涼dl过喷油嘴72流动并在闭合位置的外面可以^I^U131喷油嘴72流动。阀针68的升程Mil其在闭合位置内的位置和另一方面ffiil其位置-打开位置-确定，如果电枢62与射流m体50接触的话。此外，如果电枢62与射箭逾入体50接触的话，阀针68的升程最大。喷油阔也可以具有其他任意的促动器，例如像压电促动器。
下面借助图3中电流I的电流分布介绍射流计量的控制过程，该电流分布通过由各自输出级44产生的调节信号弓跑。在怠速持续时间TJDLE开始的时间点上，产生时间控制信号NON，而且是通过控制电路45产生荆专输至恪自的输出级44。输出级44为此构成，取决于时间控制信号NON启动各自喷油阀18的控制过程。在怠速擀卖时间T—IDLE结束后控制信号这样产生，使线圈56内构成预充电电流值I一PRECH的电流I。电流I ^it借助双位调节器以预先规定的磁滞HYS进行调节。
预充电持续时间T—PRECH可以在输出级44中预先规定。但作为选择或者附加，它也可以ffl31由选择接口47确定参数进行影响，该参数也可以非常及时土W"运行割牛的变化做出反应。预充电持续时间T—PRECH结束后，开始捕获阶段，确切的说是预先规定的捕获阶段持续时间T—PEAK。在捕获阶段期间，电流ilil线圈56提高到捕获电流值I—PEAK。为达到特别快速提升电流的目的，为此例如作为调节信号可以预先规定提高的电压值U—BOOST。在捕获阶段期间，tti^将电流I限制在捕获电流值I—PEAK上并在这里例如也可以进行双位调节，需要时也可以采用比预充电阶段更大的公差范围。
在喷油阀18正常工作的情况下，阔针68在捕获阶段期间达到其最大的阀针升程并这样最大程度释方夂喷油嘴72以计4I寸流。
在捕获阶段之后开始第一接线阶段，确切的说是第一接线持续时间T—CL1。在接线阶段期间，输出级44内这样进行控制，使其调节{言号有助于线圈56内快速降低电流I。
在第一接线阶段之后开始第一保持阶段，确切的说是第一保持持续时间T一HOLDl。在第一保持阶段中，电流也通过线圈优选借助双位调节器以磁滞HYS进fiH周整，其中，该磁滞也可与预充电阶段或者捕获阶段期间的那些磁滞有所不同。第一保持阶段期间，电流I通过线圈56优选限制在第一保持电流值I—HOLD1上。随着第一保持持续时间T—H0LD1的结束开始第二接线阶段，其中与第一接线阶段相应进行控制，确切的说是第二接线f教卖时间T—CL2。在第二接线阶段之后开始第二保持阶段，确切的说是第二保持持续时间T—HOLD2，其中电流I通过线圈56调节至U第二保持电流值I—HOLD2，确切的说im借助双位调节利用双位调节器进行。随着NON信号的清除，第二保持电流阶段就可以结束。就此而言， 第二保持持续时间了—HOLD2通过时间控制信号NON清除结果的出现确定。作为选择，第二保持持续时间也可以通过事先设的参数预先确定。
随着第二保持阶段的结束，就开始第三接线阶段，确切的说是第三接线保持时间T—CL3，在借助与第一禾B第二接线阶段相应的控制下，电流I重新降到
9中性值，特别是大致为零。在第三接线阶段之后还开始第四接线阶段，确切的说是第四接线持续时间T一ACL，在此期间通过相应的控制可以或者应该达到预
先规定的接线电流值I—ACL，其具有预先规定的负值。
图3所示的电流分布例如为直接燃油喷射系统中的线圈-喷油嘴。不言而喻，利用所介绍的控制系统25也可以控制柴油和汽油发动机的其他喷油阀18，例如像压电喷油嘴。这种喷油阀一般情况下需要其他特性化的信号分布。例如，公知的还有采用直接燃油喷射的系统，其中简单接通和断开各自的输出通道就足以进行控制。不言而喻，也可以是其他促动器，例如像由控制系统25提供一个或者多个所需控制信号的火花塞19或者点火线圈。
图4示出依据另一种构成的控制系统25的结构。控制系统25包括输出级44和控制电路45。控制电路45和输出级44 ilil单一控制导线46、双向数据接口 90以及选择接口 47相互连接。控制导线46以及选择接口 47的功能与参照图1所介绍的控制系统25相同。通过附加的数据接口 90可以在控制电路45与输出级44之间交换控制数据和参数。例如，用于说明调节信号的控制参数可以从控制电路45传输到输出级44。状态信息相反也可以由输出级44 M控制电路45调用。数据接口90特别适用于输出级44数据页的编程。下面对这一点进行详细说明。
图5示出依据本发明的一种构成输出级44结构的示意图。输出级44包括用于储存多个数据页92的存储器91。在该实施例中，存储器91为储存六个数据页92而设立。*数据页92包括信息，这些信息确定调节信号的信号形状选择93以及用于规定输出使用的输出通道49的通道选择94。在该实施例中，存储器91可以M31数据接口 90编程。
输出级44此外包括S313^择接口 47控制的多1^^用器95。例如，ffi31控制接口47可以传输控制码，多路分用器95根据该控制码从存储器91中选择一个数据页92。然后将所需的数据或者参数传输到一个或者多个输出寄存器96内，从而相应的调节信号在接收时间控制信号时ffl31控制导线46提供给输出信号49。
控制系统25输出级44的控制接口可以任意縮放。在此方面，iK仅需单一的控制导线46用于iW时间控制信号。为存储器91的编程或M多路分用器95选择数据页92，既可以使用串联接口也可以使用并联接口。使用串联接口的优点是，为在控制电路45与输出级44之间进行 传输仅需单一的数据导
线和需要时最少的控制导线。使用并联接口的优点是，控制电路45与输出级44之间可以特别快速地数据传输。
在图5所示的实施例中，因此为存储器91时间非临界的编程4顿串联的SPI接口。而为选择所要使用的信号糊犬和用于输出的输出通道49，相反使用并联的选择接口 47。其他不同的控制图在图6A-6C以及图7中予以说明。
图6A示出向通im择接口 47传输预先确定的代码字分配单一数据页92的分配表。在所示的实施例中，选择接口 47包括三个并联的选择导线SEL2、SEL1和SEL0，其逻辑值在图6A的左侧三木兰内示出。总体上说，ffl31i^择接口 47传输的信号形成确定存储器91数据页92的代码字。fflil为选择接口 47f柳三个并联的选择导线SEL2、 SEL1和SEL0形成八种可能的信号组合，为其分配八个不同的类娥页92。
在图6A表格的右侧两栏中示出确定信号形状选择93和fflM择94的不同参数。为八个数据页92的^^类 页分配不同组合的信号制^^择93和通道选择94。在该实施例中，四个输出通道49的每一个可以利用各自一个第一或者第二信号开沐进行选择。
图6B示出控制电路45和输出级44之间通信的控制接口简化的信号曲线图。在第一时段^中，娜从控制电路45舰娄鄉接口 90传输至輸出级44。例如，数据页92可以利用信号幵mit择93和通itit择94从控制电路45传输至輸出级44的存储器91内。作为选择或者附加，也可以传输确定可选择信号糊犬的参数或者 。
在第二时段T2中，第一数据页92 (page0) ilil^择接口 47选择。为此例如将逻辑值0、 0和0MH个控制导线传输至ij选择接口47。同时M控制导线46将时间控制信号97提供给输出级44。例如，可以M时间控制信号47的第一下降脉冲波释放Mil输出级44重发预先确定的信号形状。
在第三时段T3中，i!33M择接口 47提供新的选择信号。例如，第三数据页92 (page2)可以通过1述择接口 47传输逻辑值O、 1和O进行选择。分配给信号形状选择93的信号形状再fflil时间控制信号97调用并在这种情况下i131所选择的输出通道49b重发。
在该实施例的第四时段丁4中，第四数据页92 (page4)通31M选择接[:J 47
ii传输逻辑值1 、 0和0选择并在收到另一时间控制信号97后用于M31输出端44
输出调节信号。
图6C示出控制系统25工作方法的流程图。在第一歩骤S1中，参数数据通过数据接口 90写入存储器91 。
在后面的步骤S2中，第一输出通道49a所要求的信号形状利用输出接口 47选择并通过控制导线46激舌。在另一步骤S3中，用于重发的另一信号形状通过第二输出通道49b选择并ffiai控制导线46激舌。在步骤S4中，通雌择接口 47选择第三输出通道49c所要求的信号幵爿犬并通过控制导线46激舌。在另一步骤S5中，M3ii^择接口 47选择第四输出通道49d所要求的信号开别犬并通过控制导线46i^活。
在具有四个喷油阀18的内燃机情况下，在后面的步骤S2中继续该方法。
图7示出依据本发明一种可选择构成的控制系统25的工作方法。在图7 ff示实施例的第一步骤S6中，所4顿的参数利用第一输出通道49ait^择接口47选择。在后面的步骤S7中，所选择的参数在收到时间控制言号97后M31控制导线46在输出通道49a上重发。
在后面的步骤S8中，需要时ilil选择接口 47选择变化的参数。在步骤S8中选择的参数用于在输出级44的第二输出通道49b上重发。在步骤S9中，在收到另一时间控制信号97后iM控制导线46将所选择的参数用于在输出通道49b上产生适用的调节信号。
只要控制系统25用于控制其他输出通道49c或者49d，在后面但图7中未示出的步骤中，其他参数就可以ilil控制电路45选择并由输出级44用于产生适用的调节信号。随后在步骤S6中重新开始该方法。
控制接口可以采用其他的控制方法和构成。例如，基本说明调节信号的信号形状并很少变化的单个参数例如在内燃机温升或者其老化的情况下，可以通过数据接口 90传输并储存在数据页92内，而变化频繁的信号形状选择93或者通M择94则及时ilitW接口 47进行。
所介绍的实施例因此可以改善控制接口的可縮放性并将统一的控制电路45和输出级44用于具有不同气门和气缸数量的大量不同的内j:然机。控制系统25特别适用于在那种具有汽油或者柴油发动机的汽车上使用，特别适用于控制多个喷油阀18或者其他执行机构。
1权利要求
1. 特别是内燃机的控制系统(25)，包括提供控制信号的控制电路(45)和具有提供调节信号的多个输出通道(49)的输出级(44)，其中，控制电路(45)和输出级(44)通过控制接口相互连接，其中，控制接口包括提供时间控制信号(97)的单一控制导线(46)和选择接口(47)，控制电路(45)为至少一个信号形状选择(93)和至少一个通道选择(94)在至少一个选择信号中编码并通过选择接口传送到输出级(44)而设立，以及输出级(44)为选择信号解码并在提供时间控制信号(97)的情况下将通过选择信号确定的调节信号利用至少一种所选择的信号形状提供给至少一个所选择的输出通道(49)而设立。
2. 按权利要求1所述的控制系统(25)，其特征在于，输出级(44)具 有多个数据页(92)的存储器(91)和多路分用器(95)，其中，ilil針数据 页(92)确定至少一^H言号幵沐选择(93)禾口/或者至少一个通M择(94)，以 及控制电路(45)为通皿择接口 (47)传输代码字而设立，其中，通过传输 代码字确定多个数据页(92)的一个数据页(92)并通过多路分用器(95)为 信号产生Mil输出级(44)选择。
3. 按权利要求2所述的控制系统(25)，其特征在于，选择接口 (47) 具有多个并联传输代码字的并联数据导线，输出级(44)具有并联传输的代码 字解码的并联解码器。
4. 按权利要求2所述的控制系统(25)，其特征在于，选择接口 (47) 具有串联传输代码字的串联数据导线，输出级(44)具有串联传输的代码字解 码的串联解码器。
5. 按权利要求l -4之一所述的控制系统(25)，其特征在于，控帝赎 口包括附加的数据接口 (90)，其为将 从控制电路(45)传输到输出级(44) 而设立。
6. 按权利要求5所述的控制系统(25)，其特征在于，数据接口 (90) 构成串联接口，输出级(44)包括串联传输的数据解码的解码器。
7. 按权利要求5或6所述的控制系统(25)，其特征在于，数据接口 (90) 为将多个数据页(92)从控制电路(45)传输到输出级(44)而设立，其中， fflil每个数据页(92)为输出级(44)确定至少一个信号幵刻犬选择(93)和/或者至少一个通道选择(94)。
8. 按t又利要求l - 7之一所述的控制系统(25)，其特征在于，控制电 路(45)作为可编程的微控制器构成。
9. 按权利要求l - 8之一所述的控制系统(25)，其特征在于，输出级 (44)作为专用集成电路构成。
10. 按权利要求l - 9之一所述的控制系统(25)，其特征在于，控制系 统(25)为多个喷油阔(18)提供调节信号而设立。
11. 控制系统(25)的工作方法，该控制系统具有控制电路(45)和与 其连接具有多个输出通道(49)的输出级(44)，包括.-_ 至少一个j言号形状选择(93)和至少一个通道选，華(94)在至少一 个选择信号中通过控制电路(45)编码，- 至少一个编码的选择信号通过选择接口 (47)从控制电路(45)传 输到输出级(44)，- 至少一个编码的选择信号M输出级(44)解码，以及- 在时间控制信号(97)从控制电路(45)通过单一控制导线(46) 提供的情况下，通过解码的选择信号确定的调节信号利用至少一个所选择的信 号形状提供给输出级(44)的至少一个所选择的输出通道(49)。
12. 按权利要求ll所述的工作方法，其特征在于，在解码步骤中，选择 输出级驢(44)多个类娥页(92)的至少一个类鄉页(92)，其中，所选择的 数据页(92)包括至少一个信号形4，择(93)和至少一个通m择(94)。
13. 按权利要求12所述的工作方法，其特征在于，在编码步骤中，通过 控制电路(45)确定至少一个代码字，在传输歩骤中，传输所确定的代码字并 在解码歩骤中借助所传输的代码字选择所选择的数据页(92 ) 0
全文摘要
本发明涉及控制系统和控制系统的工作方法。该控制系统特别是内燃机的控制系统(25)，包括提供控制信号的控制电路(45)和具有提供调节信号的多个输出通道(49)的输出级(44)。控制电路(45)和输出级(44)通过控制接口相互连接，该控制接口包括提供时间控制信号(97)的单一控制导线(46)和选择接口(47)。
文档编号F02D41/20GK101509432SQ20091013071
公开日2009年8月19日 申请日期2009年1月24日 优先权日2008年1月29日
发明者B·法尔克, J·阿斯佩尔梅尔 申请人:欧陆汽车有限责任公司