用于运行回输泵的方法和装置与流程

本发明涉及一种用于运行构造为活塞泵的回输泵的方法，其中在操控阶段中，在直至下一次操控之前的总周期持续时间之内向所述回输泵的电磁线圈加载脉宽调制的电压信号，并且所述回输泵的电枢运动通过对于流经所述电磁线圈的线圈电流的电流变化曲线的测评来测评。

此外，本发明还涉及用于实施所述按本发明的方法的一种装置、尤其是一种控制单元。

背景技术：

为了满足现今的废气排放法规，比如有针对性地借助于配给系统将氮氧化物还原的尿素-水溶液在scr催化器之前喷射到内燃机的排气道中，其中在此形成氨，所述氨有助于使废气中的nox-含量还原。scr表示“selectivecatalyticreduction：选择性催化还原”。所述scr系统由储箱和输送单元所构成，所述输送单元将尿素-水混合物从储箱中通过过滤单元来抽出、建立系统压力并且通过配给阀来喷射到柴油车辆的排气系中。

为了输送并且回输运行介质而使用活塞泵。在此安装了两个泵，一个用于输送所述运行介质并且一个用于回吸所述运行介质。所述系统本身通常没有对所述运行介质的运行压力进行检测的压力传感器。为此，必须求所述输送泵的电参数的数学上的导数。由于运行压力，所述泵的电枢在运行压力小的时候更早地并且更快地运动，在压力较高时所述电枢更迟地并且以更高的电流水平来运动。对于所述回输泵的电枢运动的测评通过对于泵电流的电流检测来实施，其中所述电枢运动能够从电流变化曲线中测评。这种对于运动的测评非常复杂并且前提是：在没有干扰的伪迹（artefakte）的情况下来检测所述电流变化曲线。

所述活塞泵的泵原理在泵电枢沿着前进方向撞到止挡中时、同样在其沿着后退方向撞到止挡中时由于所述泵本身的设计而产生所述泵电枢的碰撞噪声。在朝配给机构的方向泵吸运行介质过程的期间，这些碰撞噪声不太有干扰，因为机动车的内燃机处于运行中并且部分地覆盖了这些噪声。相对于此，在回输泵或者回吸泵的运行期间的碰撞噪声则更加有干扰，因为在这个时刻内燃机停止运行。目前用脉宽调制的操控以pwm电压信号的形式对所述回输泵进行操控。电流控制通过脉宽调制来实现，方法是：在保持相同的操控载波频率的情况下对输出级的接通时间和切断时间进行控制。而后通过线圈的电感来产生平均的电流。

不过，这种操控引起以下问题：既有的功能没有观察到线圈电流。更确切地说设定一种线圈电流，所述电枢应该以该线圈电流（根据数学上的计算）来运动。所述操控频率在此典型地是1.5khz。所述电流为小心起见而被设定得比必要的程度高，以便可靠地产生所述功能。电枢碰撞由于能量过剩而明显能够听到，其中1.5khz的载波频率作为“吱吱叫”也能够清楚地听到，因为1.5khz处于人耳的能够很好地听到的范围内。此外，没有所述泵的关于它已经运动的反馈。因此，所述诊断到底是不够的。

随后开始了一些考虑，所述考虑能够在这种回输泵的机械的碰撞的期间使这种回输泵更轻微。所有这些考虑旨在：在启动力矩中如此限制这种泵的运行电流，从而刚好还向所述电枢输送如此多的能量，使得所述泵能够可靠地、但是不再用太大的能量使所述电枢运动，因为所述能量过剩会使所述电枢过于加速并且由此引起太响的碰撞。为此，向回吸泵加载脉宽调制的操控。具有比如1.5khz的载波频率的脉宽调制一直以其平均的电流来提高，直至在电流变化曲线中呈现出所述电枢运动。这一直逐步地从操控到操控来进行，比如用1.0a的平均电流进行第一操控、用1.1a的平均电流进行第二操控、用1.2a进行第三操控等等，直至达到在所述电流变化曲线中呈现出所述电枢运动的水平。这而后是所述电枢已经运动的识别机制。电流提高在这里也通过所述脉宽调制来实现，方法是：在保持相同的操控载波频率的情况下扩大所述输出级的接通时间并且降低切断时间。而后，通过所述线圈的电感产生平均的电流。不过，在此产生下述问题：有待测量的、用于测评是否进行了所述电枢运动的电流必须完全不含测量伪迹，以便能够运用数学上的分析函数。同样，对于这种措施来说，仅仅在听觉上降低电枢碰撞，但是1.5khz的载波频率还总是可以清楚地听到。

de102013207345a1比如说明了一种这样的用于运行活塞泵的方法，该方法包括以下步骤：获取所述活塞泵的电磁线圈的线圈电流ispule；确定所述活塞泵的机械的停止的时刻tmsp；以及借助于脉宽调制的操控（pwm）来改变所述线圈电流ispule的上升的梯度。大的pwm-比例引起高的有效电压和线圈电流的陡峭的上升。小的pwm-比例则引起小的有效电压和线圈电流的平坦的上升。这种方法降低了所述电磁线圈中的再充电损失（umladeverluste），使得其损耗功率下降。此外，阻止所述电磁线圈的磁饱和并且通过所述活塞泵的更为缓慢的活塞行程来降低其噪声排放，而没有抑制所述载波频率的“吱吱叫”。

de102004002454b4说明了一种尤其是用于在配给的情况下将燃料输送给车辆加热器的配给泵系统，该配给泵系统包括具有至少一个能够在两个运动终点位置之间运动的配给泵元件的配给泵以及配属于所述至少一个配给泵元件的配给泵元件驱动装置，其中所述配给泵元件驱动装置包括线圈装置和操控装置，所述操控装置为了使所述至少一个配给泵元件沿着至少一个运动方向运动而操控所述线圈装置，以用于产生磁力相互作用，其中所述操控装置构造用于：在与配给泵元件运动过程相对应的操控间隔（iein）的期间至少按阶段地脉冲地操控所述线圈装置，其中在操控间隔（iein）的期间所述脉冲的操控的占空比（iein'/aus'）至少按阶段地减小。所述配给泵元件运动的频率处于1到20hz范围内。所述脉冲的操控的频率处于200到2000hz的范围内。在这里也还总是产生具有能够清楚地听到的pwm操控频率的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种方法，提供一种尤其是用其它的pwm操控频率来进行的备选的操控，其中也对用于避免emv干扰并且用于降低尤其是开关输出级的构件负荷的方面加以考虑。

此外，本发明的任务是，提供用于实施所述方法的一种相应的装置、尤其是一种控制单元。

与所述方法相关的任务通过权利要求1到11的特征得到解决。

按照本发明，在此规定，在操控阶段期间，在所述操控阶段的不同的通电时段中产生具有相应不同的频率的脉宽调制的电压信号。由此能够实现这一点：在所述操控阶段期间，按通电时段能够预先给定所述pwm信号频率，所述pwm信号频率一方面能够实现所述输送泵的可靠的运行、保证对于电枢运动或者电枢碰撞的明确的探测，并且尤其是有助于降低开头所描述的噪声排放，其中emv方面也能够通过对于操控频率和持续时间的选择来有利地得以实现。在此，此外不仅在对此所需要的开关输出级的热负荷的降低方面而且在尤其是电容器的构件老化的降低方面产生优点。

一种特别有利的方法变型方案在此规定，在开始所述操控阶段之后，在第一通电时段中首先向所述电磁线圈加载具有很低的频率的脉宽调制的电压信号或者仅仅加载直流电压信号，并且在第二通电时段中转换到具有高频率的脉宽调制的电压信号上，在所述第二通电时段中比如根据所述电流变化曲线的数学上的测评方法或者根据所保存的经验值能够预料到所述电枢运动。尤其在这个第二通电时段中用这种高频率能够实现这一点：能够使如开头所提到的干扰的伪迹或者所谓的“波纹”、也就是所述线圈电流的电流变化曲线中的波状的叠加滑顺，由此能够提高在电枢运动或者电枢碰撞方面的测评质量。

特别有利的是，为所述第二通电时段中的脉宽调制的电压信号选择下述频率，所述频率大约在人的听觉谱之上或者在人的听觉谱的上部的范围内。由此，能够在一定程度上使所述干扰的“吱吱叫”听不见。

在此，在所述第二通电时段中处于12khz到20khz的范围内、典型地大约15khz的频率已经证实特别有利。

另一方面，对于如此高的频率来说也产生emv干扰，所述emv干扰同样应该加以避免。在这里应该遵守在辐射方面的极限值。所述极限值一方面个性化地根据应用领域（工业、家用领域或者机动车技术…）并且个性化地根据客户要求而不同。极限值也取决于频率并且被划分为频率范围。这些频率范围在此以技术上的频率为导向（长波（lw）、中波（mw）、短波（kw）、超短波（ukw）…）。它们额外地通过以下方式来区分：根据宽带干扰并且根据窄带干扰来区分。宽带干扰/窄带干扰的区分通过测量技术来实施。原则上存在用于确定峰值（pk）的峰值探测器和用于确定平均值（av）的平均值探测器。窄带干扰总是并且每时每刻存在，宽带干扰仅仅分开地、也就是并非总是存在。这比如由此来区分，如果在以特定的测量频率进行的测量中所述峰值和平均值具有相同的数值。这意味着，所述平均值平均刚好与所述峰值一样大，这意味着，在这种频率中是干扰源，所述干扰源持续地在这种频率上“发送”或者辐射。在emv辐射中的测量通常以150khz来开始，也就是以长波（lw）的频率范围来开始。分开地对较低的频率进行评估，如果客户在其车辆中拥有发送器，该发送器拥有低的载波频率。这比如能够是胎压传感器或者“无钥匙进入”系统。如果用比如15khz、也就是在上部的能够听到的谱中的频率来操控所述回输泵，以用于得到尽可能小的电流测量伪迹，而后在emv排放测量中明显地显示出这种15khz，因为这种15khz的高次谐波在长波（lw）的范围内并且部分地在中波（mw）的接下来的范围内作为干扰源来显示出来。在进行峰值测量时，不重要的是，这种15khz是仅仅很短暂地存在还是持续地存在。所述峰值测量识别出存在辐射峰值并且不对频次进行评估。所述频次本身由平均值测量来记录。如果具有所属的高次谐波的15khz持续地存在，那么所述平均值测量就显示出与在峰值测量时相同的水平。但是，如果这种15khz仅仅短暂地存在，则相应地相对于出现持续时间按份额地减小所述平均值。在此能够用第一近似数来实施三分律。如果在测量期间持续地存在作为载波频率的15khz，那么所述平均值就与所述峰值相同。但是，如果这种频率按份额仅仅是所述时间的十分之一，那么这种测量的数值也仅仅大约为所述峰值的十分之一。不过，因为所述平均值测量的极限值总是低于所述峰值测量的极限值，所以能够利用这种效应。在此任务是，将所述15khz的频率的持续时间选择得尽可能地短。因此，在一种优选的方法变型方案中规定，相对于直至所述电磁线圈的下一个操控阶段之前的总周期持续时间用最大30%、典型地15%与25%之间来预先给定所述第二通电时段的持续时间。由此，能够将前面所描述的emv干扰限制到处于极限值之下的数值上。

为了实现这一点：将在所述第二通电时段中以高频率进行的通电仅仅限制到必要的持续时间上以用于将上面所提到的emv干扰降低到最低限度，能够规定，一旦通过对于所述电流变化曲线的测评探测到电枢运动，就结束这个阶段。

在另一种有利的方法变型方案中规定，在具有用于所述脉宽调制的电压信号的高频率的第二通电时段之后，在第三通电时段中用相对于所述第二通电时段中的频率明显减小的频率来实施补充通电。在此尤其在电容器老化的避免方面产生优点。

控制单元为了对由于电流变化引起的干扰进行滤波而在其滤波线路中拥有电解电容器。需要这些滤波器用于减弱如在车载电网中出现的那样的电压波动，因为所述滤波器能够储存能量。同样，所述滤波器也代表着“电流缓存器”，用于向所述控制单元中的内部的开关过程供给能量，以便这些电流波动没有从所述控制单元朝车载电网的方向产生影响。来自所述控制单元进入到所述车载电网中的电流波动可能引起emv辐射。出于这个原因，控制单元拥有这样的电容器，用于截获有线的干扰辐射的极限值预先规定或者至少减弱这些有线的干扰辐射。电解电容器一般而言会“老化”。在此，所述电解电容器本身失去储存电流并且在需要情况下又快速地输出电流的能力。所述电解电容器的电容由于老化而减小。这些构件尤其由于温度、不过同样由于高的开关电流而老化。如果在使用寿命期间高的开关电流十分经常给所述电解电容器加载，那么所述电容器中的电解质就改变其化学特性，能量储存的功能就减弱。简单地讲，以高频率和高电流进行的电流提取显著地使老化过程加速。这种老化过程能够得到抑制，方法是：降低所提取的电流或者用以提取所述电流的频率。同样，也能够选用第二电解电容器，用于提高储存电容本身，以便在使用寿命结束时还拥有足够的电容来实现对于电压的足够的缓存。或者能够使用下述电容器，所述电容器根本没有或者至少以减弱的形式具有这样的特性。这一切扩大了位置空间需求并且也扩大了成本，并且因此不应该力求这样。因此，按照本发明来规定，在第三通电时段中进行补充通电的期间将所述脉宽调制的电压信号的频率降低到处于200到500hz的范围内的数值、典型地降低到300hz上。由此，比如所述电解电容器的使用寿命在将操控频率从15khz降低到比如300hz时能够在计算上增大倍数50。

另一个方面涉及所述用于转换负荷的控制单元内部的尤其是输出级的热负荷。这些输出级原则上通过对于负荷的操控引起自加热。这种自加热通过以下方式而产生：电流流经所述输出级，该电流又通过所述输出级的内部的内电阻对所述输出级进行加热。但是，所述电流不是如此紧要。更加有干扰的是通过将高的电流接通或者切断这种方式而产生的开关损失。如此设计输出级，使得特定的电流流经所述输出级，而不是其经常不适当地开关。在开关期间产生高的损耗功率，因为对于这种短暂的时刻来说在“在模拟的范围内”运行所述输出级。在这里适用关系p=u×i，其中u是电压降，i是开关电流并且p是损耗功率。因为所述输出级切断并且接通，所以在通常作为功率开关来使用的mosfet上的电压下降，其中已经有一定的电流在流动。在静止的“切断状态”中，虽然在所述mosfet上电压降是高的，但是没有电流流动。所产生的损耗功率在实际上是p=0w。如果所述输出级接通，则在这个输出级上电压几乎没有下降（仅仅通过漏源电阻rds_on的电压下降）。这种电压很小，因而所述损耗功率在这个工作点中倒不如说是低的。越经常地经过“非数字的范围”，那就越经常地出现这种即使很短时间的加热。但是，在使用高的开关频率时所述输出级平均地不适当地得到加热。这也是基于所述开关频率的问题。这种频率越高，就越经常地出现这种“加热脉冲”并且在最严重的情况下所述输出级经受热过载。出于这个原因，也重要的是，不用比如15khz实施完整的操控过程而是仅仅在下述位置上实施，所述位置需要这种频率，用于在能够测评的情况下显示所述电流变化曲线。仅仅在这个位置上应该如此高地同步。在其它的位置上，所述操控要么应该静止地作为直流电压操控要么应该借助于低的频率要么在由这二者构成的组合中来进行。因此，在一种方法变型方案中已经证实有利的是，为所述脉宽调制的电压信号预先给定适度的开关速度，所述开关速度一方面足够高，以用于避免对于开关输出级的加热，并且另一方面被选择得如此之低，以用于避免所述频谱中的强烈的高次谐波。在这方面能够利用这一点：存在着下述输出级，用所述输出级通过所述输出级ic中的寄存器能够对输出级开关速度进行优化，用于改进emv结果。用降低了的输出级开关速度（也被称为转换速率），能够将从所述操控频率中产生的高次谐波降低到最低限度。因此，所述操控以梯形的脉冲的形式进行。不过，如果（通过所述转换速率）来降低所述开关速度，则还更快地将所述输出级驱动到热过载中，因为所述输出级需要更长时间来经过“模拟的范围”。这一点应该通过对于开关速度预选的合适的选择来避免。比如，对于像本申请人所提供的那样的类型cj960的输出级来说，可以选择不同的转换速率。示例：4.5v/μs对于12v系统来说意味着，开关过程对于12v来说大约需要2.7μs。0.15v/μs对于12v系统来说意味着，所述开关过程对于12v来说需要80μs，并且由此已经产生并非微不足道的、用于所述输出级的热脉冲。另一方面，关于emv特性产生不那么“强烈的”高次谐波。在这里应该用调节可行方案来选择正确的平衡。

因为在操控阶段期间用变化的频率进行的操控借助于软件更可能难以描绘，因为在所述第二通电时段中需要信号变化曲线来进行电流变化曲线分析，所以能够规定，频率的转换在所述通电时段之内借助于能够适配的定时器-功能来实施并且/或者所述频率范围转换根据电流来实施。如果比如在所述第一时刻之后借助于直流电流-通电（在没有频率的情况下进行的操控）达到一定的电流水平，则转换到比如15khz上，直至识别出电枢运动，并且转换到低的载波频率，所述低的载波频率又拥有时间控制的激活持续时间。

前面所描述的方法连同其变型方案的优选的使用规定用在配给系统中，以用于操控输送泵、尤其是回输泵，所述配给系统通常由具有回输泵的配给单元和具有配给阀的喷射单元所构成，用所述配给阀在构造为柴油马达的内燃机的高负荷运行中为了进行氮氧化物还原而沿着废气的流动方向在氮氧化物-储存催化器之前将柴油燃料的形式的碳氢化合物配入到排气道中。这种配给系统也作为diair系统而为人所知并且尤其在像比如在载客车中所使用的小型柴油内燃机中用于进行氮氧化物还原。diair表示“dieselnoxaftertreatmentbyadsorbedintermediatereductants（通过吸附中间还原剂的柴油机nox后处理）”。在diair模式中，尤其是在所述内燃机的高负荷运行中额外地喷射柴油燃料。这种燃料喷射也能够额外地在柴油颗粒过滤器（dpf）的再生的期间用于提高废气的温度。一种备选的使用规定用在所谓的scr废气净化设备中。在这里，沿着废气的流动方向在scr催化器之前配入氮氧化物还原的尿素水溶液（也作为adblue®而为人所知）。这样的系统比如作为本申请人的denoxtronic5.x为人所知。在此，尤其也将活塞泵用于回输运行介质，在所述活塞泵的运行中应该在其运行期间引起噪声降低。用所述按本发明的方法，一方面能够尽可能地抑制在根据现有技术进行的操控中可以听到的干扰的“吱吱叫”以及其它的碰撞噪声，并且另一方面用所述方法能够实现这一点：能够降低对此来说所需要的开关输出级的热负荷并且能够将由于高的开关频率和/或开关电流所引起尤其是电容器的构件老化降低到最低限度。此外，在所述emv排放的降低方面产生优点。

与所述装置相关的任务通过以下方式来解决：所述控制单元具有用于实施前面所描述的方法连同其变型方案的机构。这尤其是用于产生具有能够转换的频率的脉宽调制的电压信号的机构以及形式为能够适配的定时器-组件的、用于对所述频率转换进行时间上的控制的控制组件、用于利用adc单元和滤波功能对线圈电流进行电流变化曲线分析的机构以及优选能够参数设定的开关输出级，对于所述开关输出级来说比如能够预先给定开关速度、也就是pwm信号的边沿陡度。所述实施方式在此至少能够部分地在软件基础上来设置，其中所述控制单元能够构造为单独的单元或者构造为上级的马达控制机构的集成的组成部分。对此通常不需要在硬件中进行改动，因为这些机构已经是用于进行阀控制的控制单元的组成部分，这简化了所述按本发明的方法的实施。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。附图中：

图1示范性地示出了用于本发明的技术环境；

图2以第一变化曲线图表示出了按照现有技术的回输泵的线圈电流的变化曲线；并且

图3以第二变化曲线图表示出了在进行多频率-操控时所述回输泵的线圈电流的变化曲线。

具体实施方式

图1示范性地示出了一种技术环境，在该技术环境中能够运用所述按本发明的方法。在此，图示局限于对本发明的解释来说必要的组件。

在图1中示范性地示出了构造为柴油马达的内燃机1，该内燃机由马达缸体10和排气道30所构成，在所述排气道中导引着废气流20。所述排气道30具有废气净化设备，该废气净化设备在所示出的实施例中作为以催化方式经过涂覆的组件在沿着废气的流动方向布置的情况下首先具有scr催化器40和柴油颗粒过滤器50（dpf）。在所述scr催化器40的前面，在所述排气道30上安置了喷射单元70，用该喷射单元能够喷射尿素-水溶液。所述喷射单元70与配给单元80一起属于配给系统60，该配给系统能够由控制单元91来操控。所述控制单元91的功能能够在软件和/或硬件基础上在上级的马达控制机构90、比如像在柴油马达中常见的那样的ecu（enginecontrolunit：马达控制单元）中实现。所述配给单元80作为主要的组件除了输送泵之外还具有能够构造为活塞泵的回输泵81。在向所述配给系统60提出量要求时，打开配给阀71，该配给阀是所述喷射单元70的组成部分。液压的诊断以及对于所述配给系统60的控制和监控通过所述控制单元91来进行。

图2以变化曲线图表100根据用于所述回输泵81的行程的操控的时间102示出了用于所述回输泵81的线圈电流101的电流变化曲线103，所述时间作为直至下一次操控的总周期持续时间的一部分。根据现有技术，所述操控借助于具有大约1.5khz的典型的频率的pwm信号在整个操控阶段的范围内进行，所述整个操控阶段能够被划分为四个通电时段104、105、106、107，在所述通电时段中通过脉宽调制来控制所述线圈电流101。由此产生“受噪声干扰的”电流变化曲线，所述电流变化曲线的特征在于所述pwm信号的频率、不过也在于更高频的高次谐波。

在所述第一通电时段104中，所述线圈电流首先以所述pwm信号的增加的脉宽连续地上升。在所述第二通电时段105中，对所述回输泵81的电枢运动进行测评。在所述第三通电时段106中，所述线圈电流接近饱和。在实现所述回输泵81的行程之后，在所述第四通电时段107中切断所述电压，因而在这个空转阶段中仅仅流动着减小的电流。

图3以与图2中的第一变化曲线图表100相当的第二变化曲线图表100示出了按照按本发明的操控方法产生的电流变化曲线103。

对于这种多频率-操控来说，在所述第一通电时段104中首先以极低的频率或者用持续通电进行操控。在所述第二通电时段之内能够预料到所述回输泵81的电枢运动，在该第二通电时段105中用pwm信号进行操控，所述pwm信号具有对人的听觉来说不能发觉的频率。优选这种频率在所述第二通电时段105之内大约大于10khz，理想地大约为15khz。一直加载这种更高频的pwm信号，直至探测到电枢碰撞。此后，对于所述第三通电时段106来说，用pwm信号进行补充通电，所述pwm信号具有几百赫兹、优选大约300hz的频率，该频率代表着对人的听觉来说仅仅有限地能够发觉的频率。此后，在结束所述操控之后在所述第四通电时段107中跟随着所述空转，在所述空转中所述线圈电流101衰减并且一直下降到数值零。在一定的暂停之后（在变化曲线图表100中未示出）重新对所述电磁线圈进行操控。所述第二通电时段105的持续时间大约为一次操控过程的总周期持续时间的20%。