(57)【要約】  本発明は電磁バルブの制御のための方法及び装置に関している。ここではバルブの温度が検出される。このバルブの駆動制御及び／又は電流通流はバルブ温度に依存して行われる。
2010513795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの温度が検出される、電磁バルブの制御のための方法において、
バルブの駆動制御及び／又は電流通流がバルブの温度に依存して行われるようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電流通流及び／又は駆動制御は温度最適化された行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
バルブを通って流れる電流及び／又はバルブを介して低下する電圧が検出される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
電流及び／又は電圧に対する値から出発して、温度が求められる、請求項３記載の方法。
【請求項５】
電流及び／又は電圧に対する値から出発して、バルブが開放及び／又は閉鎖される時点が求められる、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記時点は駆動制御の補正のために利用される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
温度最適化された電流通流によって引き起こされた変更が駆動制御の変更によって低減される、請求項２記載の方法。
【請求項８】
バルブの温度及び／又は内部抵抗が閾値を上回った場合には、温度最適化された駆動制御及び／又は電流通流が行われる、請求項２記載の方法。
【請求項９】
バルブの温度が検出される、電磁バルブの制御のための装置において、
バルブの駆動制御及び／又はバルブの電流通流がバルブ温度に依存して行われるように構成されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に自動車における電磁バルブの制御のための方法及び装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
液体の調量、例えば燃料及び／又は排ガス後処理システムと結び付けて用いられる液体、例えば尿素水溶液などの調量に対しては通常は電磁バルブが用いられている。特に排ガス後処理システムにおける適用のもとではこれらのバルブが非常に高温の温度負荷にさらされる。このことは調量すべき液体の正確な調量を困難にする。なぜなら温度変化のもとでは調量した量も変化してしまうからである。診断が何も行われない場合にはバルブの状態は不明である。そのため制御ユニットは通常はバルブが過負荷であるか否か、バルブが閉塞されているかどうか、送出される量が調量すべき液体の所望の量に相当しているかどうかに関する情報は何も有していない。通常は、これらの条件を推定してその推定結果に基づいてこのような作用に対処する相応の制御を実行することが行われている。
【０００３】
発明の開示
発明の利点
本発明による装置は電磁バルブの確実な作動と診断を可能にするものである。特に調量に対する温度の影響が考慮され、バルブにおいて生じ得る損傷の早期識別とその回避が可能となる。さらにバルブの移動経過、特にバルブニードルの移動経過が求められ、それがバルブの正確な制御と液体の正確な調量のために利用される。この利点は、バルブの温度を検出してバルブの駆動制御及び／又は電流通流の際に考慮することによって得られる。
【０００４】
特に有利には、電流通流が温度に基づいて最適化される（以下ではこのことを温度最適化とも称する）ように行われる。それにより不所望な若しくは許されないバルブの加熱が避けられるようになる。このような温度最適化された電流通流の枠内では、電流通流が次のように行われる。すなわちできるだけ僅かなバルブ加熱しか生じないように行われる。その際にはバルブの調量特性が悪化することは甘受しなければならない。そのため特にバルブ開閉の遅延が発生し得る。
【０００５】
特に有利には、温度最適化された駆動制御によって引き起こされる変化は、駆動制御の変更によって低減される。それによりバルブ開放の遅れは長めの電流通流によって補償し得る。
【０００６】
バルブを流れる電流とバルブに印加される電圧を評価すれば、簡単な抵抗測定と共に温度検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による装置の主要な構成要素のブロック回路図
【図２】バルブを通って流れる電流が時間軸に亘ってプロットされている図
【図３】本発明による装置の詳細図
【実施例】
【０００８】
本発明の実施例は図面に示されており、以下の明細書で詳細に説明される。
【０００９】
図１には電磁バルブの制御のための装置の主要な構成要素が示されている。このバルブは符号１００で表されている。この電磁バルブ１００は、第１のスイッチング手段１１０（これはハイサイドスイッチとも称する）を介して電圧供給部の第１の端子１１５に接続されている。さらに前記電磁バルブ１００は、第２のスイッチング手段１２０（これはローサイドスイッチとも称する）と電流測定手段１３０を介して電圧供給部の第２の端子１３５に接続されている。
【００１０】
第１のスイッチング手段１１０は電流制御部１４２によって駆動制御され、第２のスイッチング手段１２０は調量制御部１４４によって駆動制御されている。この電流制御部１４２と調量制御部１４４は制御回路１４０の主要な構成要素である。基本的には調量制御部が第１のスイッチング手段を駆動制御し、電流制御部が第２のスイッチング手段１２０を駆動制御するように構成してもよい。このケースでは種々異なるさらなる構成要素、例えば電流測定手段１３０やフリーホイール手段及び／又は解除手段などの配置構成も変更可能である。
【００１１】
電磁バルブ１００と第１のスイッチング手段１１０の間の接続点には、第１の抵抗１６０と第２の抵抗１７０からなる分圧器が接続され、供給電圧の第２の端子と接続されている。さらにこの接続点はフリーホイールダイオード１６２を介して供給電圧の第２の端子に接続されている。接続点１６５からは電圧検出部１５２に信号が印加される。
【００１２】
簡単な実施形態の場合には、分圧器が省略され、電圧供給部の端子１１５から電圧がピックアップされる。
【００１３】
電流測定手段１３０（これは有利にはオーム抵抗として構成されている）の２つの端子は、電流検出部１５４に接続されている。電圧検出部１５２と電流検出部１５４は、評価回路１５０の主要構成要素を形成している。
【００１４】
図示の実施例ではバルブがハイサイド／ローサイド出力段を介して駆動制御される。この場合第１のスイッチング手段１１０の電流通流は、電流の開ループ制御及び／又は閉ループ制御の趣旨で行われる。すなわちこのことは第１のスイッチング手段１１０の電流通流が次のように選択されることを意味する。すなわち当該バルブを通って所定の電流が流れるように選択されることを意味する。バルブを通る電流の閉ループ制御は、例えば所定の周波数でもってパルス幅変調された信号の変更可能なオンオフ比によって定められる。
【００１５】
このことは電流制御部１４２が第１のスイッチング手段を次のように駆動制御することを意味する。すなわち当該バルブに所望の電流通流が生じるように駆動制御することである。この電流通流は実質的に個々の位相における電流値によって定められる。特に時点Ｔ２とＴ３の間の引上電流か、及び／又は時点Ｔ４とＴ５の間の保持位相における保持電流によって定められる。さらに電流通流は残りの位相における電流上昇と電流低下によって定められる。
【００１６】
調量制御部１４４によって第２のスイッチング手段１２０は次のように駆動制御される。すなわち調量が所定の時点で開始され、所定の時点で終了し、それと共に所定の液体量が所定の時点において調量されるように駆動制御される。これらの調量の時点と持続時間は、上位に置かれた制御部によって、内燃機関の作動状態に依存して、ないしは排ガス後処理システムの状態に依存して設定される。調量制御部１４４によれば、実質的に電流通流が開始及び／又は終了するように制御される。
【００１７】
評価回路１５０により、当該バルブを通って流れる電流Ｉと当該バルブに印加される電圧Ｕが検出されて評価される。図２には調量周期期間中の電流通流の電流経過、すなわちバルブを用いた液体の調量が例示的に表されている。時点Ｔ０でバルブの電流通流が開始される。すなわちこのことはハイサイドスイッチもローサイドスイッチも閉じられることを意味する。電流は時点Ｔ２まで上昇する。時点Ｔ２では電流が第１の電流レベルに到達する。この第１の電流レベルは引上電流レベルとも称する。この電流レベルは、バルブが確実に新たな終端位置へ移行するように選択される。時点Ｔ１ではバルブはその新たな終端位置に到達する。このことは結果としてバルブのインダクタンスを変化させ、さらにそれに伴って電流上昇も変化させることになる。一定の電圧のもとでのこのようなインダクタンスの変化とそれに伴う電流上昇の変化から出発してこの時点Ｔ１は電流経過の評価によって識別できる。時点Ｔ３までは電流は第１のスイッチング手段１１０によってその駆動制御レベルに維持されるように制御される。
【００１８】
時点Ｔ２とＴ３の間では、コイルがその飽和状態にある。この領域では有利にはコイル温度が通流電流と印加電圧に基づいてオームの法則に基づいて算出される。これについてはコイルに印加される電圧のみならずコイルを通って流れる電流も既知である必要がある。
【００１９】
時点Ｔ３と時点Ｔ４の間においては、電流がコイルの保持電流まで低減される。この値は、当該バルブがその位置に保持されるように選択される。このことはバルブが開いたまま維持され、さらに第１のスイッチング手段１１０によって電流が次のように設定されることを意味する。すなわち電流が再びほぼ一定に維持されるように設定される。電流の保持電流からの低減によってバルブにおける損失出力が低減され、バルブが過熱されなくなる。
【００２０】
時点Ｔ５では、電流通流が終了する。このことは２つのスイッチング手段が開かれ、電流が時点Ｔ６までの間に値０まで低減することを意味する。機械的な慣性に基づいてバルブニードルは、それが再びもとの位置に到達するまでの所定の時間を必要とする。この時点も電流経過の評価によって求めることが可能である。この測定も時点Ｔ１でのスイッチング時点の算出の際のように行うことが可能である。時点Ｔ７の後では電流は通常は値０にないしはその他の所定の値となる。この時点からはオフセット値と測定列ないし測定順序が補償される。そして時点Ｔ７の後で当該の調量周期が終了する。
【００２１】
図３ではバルブのための制御ユニットが詳細に示されている。この制御ユニットは制御回路１４０と評価回路１５０を含んでいる。既に図１において示されている構成要素には相応する符号が付されている。図示の制御ユニットはハードウエアユニットとして実現されてもよいし、プロセッサによって処理される制御方法として実現されてもよい。あるいはこれらの混合形態で実現されてもよい。
【００２２】
接続点１６５に印加される電圧ないしは電流測定手段１３０に印加される電圧は、電圧検出部１５２ないし電流検出部１５４に送出される。この電流検出部と電圧検出部は有利にはＡ／Ｄ変換器として構成されており、この変換器は目下の印加された信号をそれぞれの電圧値ないし電流値に相応するデジタル信号に変換する。
【００２３】
ＤＭＡ２００（これはダイレクトメモリアクセス手段とも称する）からは、電流検出部１５４ないし電圧検出部１５２によって検出された電流値及び／又は電圧値がメモリ２１０に書き込まれる。有利にはこのＤＭＡ２００はプログラム構造で実現されていてもよい。
【００２４】
さらに有利には第１のメモリ２１０と、第２のメモリと、プログラムを処理する図には示されていない計算機がプロセッサに集積されていてもよい。
【００２５】
データの交換のために、第１のメモリ２１０とＤＭＡ２００と第２のメモリ２２０はデータバス２５０を介して相互に接続を形成する。第１のメモリ２１０と第２のメモリ２２０は、さらにアドレスバス２４０と接続されている。第２のメモリ２２０は、状態機器２３０と信号を交換する。この状態機器２３０は再び電流制御部１４２と調量制御部１４４に相応の信号を印加する。
【００２６】
第２のメモリ２２０にファイルされたデータは状態機器２３０を介して制御回路１４０に供給され、この制御回路１４０はスイッチング手段１１０及び１２０を相応に駆動制御する。
【００２７】
前記Ａ／Ｄ変換器１５２，１５４とＤＭＡ２００は読み取り手段とも称される。また状態機器２３０と制御回路１４０は、制御手段とも称される。前記ＤＭＡ２００，状態機器２３０、評価回路１５０及び制御回路１４０は、共に１つのインタフェースを形成している。有利にはこれらの要素はコントローラの構成部材である。
【００２８】
バルブに印加された電圧Ｕに関する入力値、及び／又はバルブを通って流れる電流Ｉに関する入力値は、電圧検出部１５２ないし電流検出部１５４によってクロック制御されてアナログ信号からデジタル信号に変換される。このデジタル化は電流検出部ないし電圧検出部の主要な構成要素を形成するアナログ／デジタル変換器を用いて行われる。ＤＭＡ２２００はデジタル化された信号を所定の時点で書き込む。すなわちクロック制御されて第１のメモリ２１０に書き込む。それにより第１のメモリ２１０には時間軸ないしは角度位置に亘る電圧及び／又は電流の信号経過がファイルされる。その際には全調量周期に亘る、すなわち時点Ｔ０から時点Ｔ７の完全な経過後までに亘る全ての値が固定の間隔でファイルされるようにしてもよい。
【００２９】
有利な実施例によれば、個別の測定窓（測定期間）が定められ、それらの期間内で複数の測定値が第１のメモリ２１０に読み込まれる。すなわち、着目すべき領域であってそれらの経過が噴射過程を特徴付けている領域のみの測定値を読み取る。これに対しては事象の出現が予想される推定時点ないし角度位置から出発して測定窓の開始と終了が定められる。そのため例えば、ある時点の開始として推定される時点の前の固定値を測定窓の開始時点として定めてもよい。また測定窓の終了時点として開始後の固定期間の時点を用いてもよい。
【００３０】
さらに別の実施例によれば、所定の期間後とに１つ以上の値がファイルされるようにしてもよい。それにより、時点Ｔ４とＴ５の間の期間においては唯一つの値がファイルされるだけで十分となる。時点Ｔ０とＴ２の間の期間においては複数の値がファイルされている。それにより、コイルのインダクタンスが変化する時点Ｔ１が確実に識別できるようになる。相応に時点Ｔ６とＴ７の間では電流経過の分析によってバルブの遮蔽時点を識別するために複数の値がファイルされる。
【００３１】
ＤＭＡ２００の適切な構成ないしプログラミングによって当該の装置は任意の負荷や電流経過、電圧経過とそれに伴う適用分野に適応化可能となる。このことはすなわち非常にフレキシブルな装置が得られることを意味しており、それと共にこの装置を低コストで使用することも可能である。
【００３２】
第１のメモリ２１０内にファイルされたこれらの電流値に基づいて、図示されていないプロセッサは電磁バルブを用いた液体の調量を特徴付ける様々な特性量を算出する。このことはプロセッサが、第１のメモリ２１０内にファイルされている電流経過及び／又は電圧経過に基づいて状態分析及び／又は経過分析を実行する評価手段を含んでいることを意味する。
【００３３】
それにより経過分析によって例えばバルブが液体を流し始める時点、ないしは液体の流れを止める時点が求められる。これらの時点は開放時点ＢＩＰないし閉鎖時点ＥＩＰとも称する。これらの時点の他にも噴射過程を特徴付けるさらなる時点が電流経過及び／又は電圧経過から求められてもよい。
【００３４】
状態分析によれば、例えばコイルの抵抗が求められる。これに対しては適切な時点で電流値及び／又は電圧値が読み込まれるだけでよい。抵抗値からは有利にはコイルの温度が温度パラメータとして求められる。さらに当該バルブの正常な機能を検査するために様々な電流値及び／又は電圧値が検出されてもよい。そのようなさらなる値はいわゆるオフセット電圧及び／又はオフセット電流であり、それらは調量周期の終了時点に若しくは調量周期の直前に読み込まれる。さらに別の特性量として保持電流の値が読み込まれてもよい。
【００３５】
これらの特性量とさらなる特性量（これらの詳細な説明は省く）から出発してプロセッサ３００の計算機３１０は、調量を特徴付ける特性量を算出する。これに対してはプロセッサは評定手段を含んでいる。この評定手段は経過分析及び／又は状態分析の結果を評定する。算出された値が所定の値から外れている場合には、プロセッサは駆動制御を特徴付ける制御量の少なくとも１つを補正する。
【００３６】
ハイサイドスイッチとローサイドスイッチを有している図２に示されている実施例では、これらの２つのスイッチの一方が調量周期の開始時点で、すなわち時点Ｔ０で閉じられ、さらに時点Ｔ５において再び開かれる。第２のスイッチは時点Ｔ０から所定の時間の間、有利には時点Ｔ３までに閉じられ、引き続きそのオン・オフ比と周波数によって定められるパルス幅変調された信号で駆動制御される。第１のスイッチは時点Ｔ６から時点Ｔ７までの短時間だけ閉じられ、それによって閉鎖時点が検出され得る。制御パラメータとしてプロセッサからは、そこから電流通流が開始される時点と終了する時点並びにデューティ比（オンオフ比）が設定される。代替的に終了時点において持続時間が制御量として設定されてもよい。この調量を特徴付けるパラメータは、プロセッサによって第２のメモリ２２０にファイルされる。
【００３７】
この第２のメモリにファイルされた値からは状態機器２３０がスイッチング手段１１０と１２０の印加すべき制御パラメータを算出する。このことは例えば次のように行われてもよい。すなわち状態機器が第２のメモリ２２０内の内容に基づいて２つのスイッチング手段の状態の時間軸ないしは角度位置に亘る経過を制御回路１４０に伝送する。この制御回路１４０は、スイッチング手段１１０と１２０に相応の駆動制御信号を印加する。この状態機器２３０と制御回路は制御手段と称されてもよいし、有利な実施形態においてはコントローラに含まれる。
【００３８】
本発明によれば、以下の方法ステップが実行される。少なくとも１つのスイッチング手段からなる出力段は、インターフェースを介してプロセッサによって駆動制御される。前述の実施形態によれば、２つのスイッチング手段が描写されており、ここでは１つだけのスイッチング手段が設けられていてもよいし、若しくはさらに別のスイッチング手段が設けられていてもよい。インターフェースは少なくとも１つのアナログ／デジタル変換器並びにＤＭＡ（Direkt Memory Access）を含んでいる。このインターフェースは電圧及び／又は電流を検出し、プロセッサの第１のメモリ内に電圧の経過を及び／又は電流の経過を書き込む。プロセッサの第２のメモリ内にファイルされているバルブに対する所望の駆動制御経過から出発してこのインターフェースはスイッチング手段に対する駆動制御信号を形成する。プロセッサは出力段の形式に依存することなく信号を評価し、所望の駆動制御経過を算出する。このインターフェースはプロセッサが供給した若しくは必要とした値を、出力段が必要とした若しくは供給した信号に適応化させる。
【００３９】
このことはプロセッサが、使用される出力段若しくは利用されるコイルに完全に依存することはない。相応にその逆も当てはまる。このプロセッサによれば、それぞれ任意の負荷がそれぞれ所望の形式で駆動制御され得る。負荷の適応化とプロセッサ及びその反対がインタフェースを介して行われる。このことは両方に適応化されなければならない。インターフェースはアナログ／デジタル変換器と、ＤＭＡないし状態機器の機能を引き継ぐ小さな計算ユニットだけを含んでいる。
【００４０】
バルブはしばしば内燃機関における流体媒体の調量のために用いられる。このバルブは頻繁にエンジン近傍ないしはエキゾーストマニホールドのような高温の構成部材近傍で用いられるので、これらの構成部材の熱的負荷は非常に大となる。このような熱的負荷は一方では内燃機関による加熱又はその対応する排気系のような構成部材に、ないしはバルブのコイル内への電流通流による固有加熱に起因する。この加熱によって一方ではコイルの内部抵抗が変化し、他方では極端なケースにおいてコイルの損傷または故障が発生しかねない。コイルの内部抵抗の変化によれば、バルブの動特性も変化する。これにより再び液体の調量が影響を受ける。
【００４１】
そのようなことを避けるために、バルブの温度が検出され、バルブの駆動制御ないしは電流通流がバルブの温度に依存して行われる。この場合統計的な状態において、すなわち特に時点Ｔ２とＴ３の間において、電流が通流期間中に測定される。バルブに印加される電圧は、この状態において既知であるかないしは同じように測定される。電流と電圧に基づいてコイルの内部抵抗が確定される。そしてこの内部抵抗と空間温度のもとでの既知の内部抵抗から出発してコイルの温度が求められる。これについては例えば内部抵抗に依存したコイル温度がファイルされている特性マップを設けてもよい。また代替的に温度を、検出された特性量に基づいて計算するようにしてもよい。このようなファイルされている温度から出発して、ないしは求められた内部抵抗から直接的に、バルブの駆動制御ストラテジを変更してもよい。この駆動制御ストラテジは一方では温度制御を行う趣旨で変更され、他方ではバルブ特性に対する温度の影響が補償されるように駆動制御が変更される。
【００４２】
温度の制御に対しては例えば電流通流が温度最適化されて行われる。このことは例えば、引き上げ位相において、すなわち時点Ｔ３までの間に、小さな電圧が若しくは小さな電流上昇が選択されることによって可能となる。それによりバルブの温度負荷はより僅かとなり、対抗手段においては電磁バルブの開放が緩慢となる。電流通流を定める個々の若しくは複数のパラメータの変更によって温度が影響を及ぼす。
【００４３】
バルブの変更される動特性は、より高い温度に基づいて駆動制御の短縮及び／又は延長によって補償される。さらにこの動特性に対する影響も（これはバルブの温度適応かされた電流通流に起因する）駆動制御の変更によって補償される。このことは駆動制御時間を相応に延長及び／又は短縮することによって行われる。
【００４４】
本発明によれば、所定の作動状態において電流通流が温度最適化されて行われる。すなわち電流通流が次のように行われる。すなわちできるだけ僅かな熱損失しか生じないように行われる。特に有利には温度が閾値よりも大きいことが識別された場合に、あるいはコイルの内部抵抗が所定の値を上回ることが識別された場合に、そのような温度最適化された電流通流が行われる。このことは特に利点となる。なぜなら温度最適化された電流通流は通常は、バルブのスイッチング時間若しくは他の調量される量に影響を及ぼす他の特性量の変化につながる。あるいは駆動制御が不正確になる。それ故にこの温度最適化電流通流は有利には必要な場合にのみ行われる。
【００４５】
特に有利にはさらに特徴的な時点と電流通流の際の電流値が検出され、駆動制御の際に考慮される。そのため例えば、バルブが開放する時点、及び／又はバルブが閉鎖する時点が求められる。これらの２つの時点は実質的に調量される液体量を定める。これらの時点検出によって実際に調量される量が求められる。これらの時点の検出により、実際に調量すべき量が求められていた。前記量若しくは特徴付けられる値が所定の値から外れている場合には、駆動制御の補正が行われる。すなわち相応の修正が調量制御部１４４によって行われる。つまり調量の延長及び／又は短縮が行われるか、若しくは所定の値だけのシフトが行われる。この手段により一方ではバルブの変更が（これはより高い温度に起因するかないしは温度最適化された電流通流に起因する）求められ補正される。このことは、電流及び／又は電圧に対する複数の値から出発して、バルブが開放される時点及び／又は閉鎖される時点が求められる。従ってこれらの時点は駆動制御の修正のために利用される。
【００４６】
全体的にみてこのことが意味していることは、温度、特にバルブを通って流れる電流の変化ないしはバルブに印加された電圧の評価によって求められ、駆動制御の際に考慮される。その際一方では、影響を修正するために調量が変更される。このことは有利には調量制御部１４４によって行われ、第２のスイッチング手段１２０の制御によって行われる。さらに温度最適化された電流通流が温度に依存して行われる。このことは有利には第１のスイッチング手段１２０の制御による電流制御部１４２を介した相応の制御によって行われる。
【図１】
2010513795.tif 000003
【図２】
2010513795.tif 000004
【図３】
2010513795.tif 000005
【国際調査報告】
2010513795.tif 000006
2010513795.tif 000007
2010513795.tif 000008
2010513795.tif 000009
2010513795.tif 000010
2010513795.tif 000011