專利名稱：尤其用于控制內(nèi)燃機(jī)噴油嘴的執(zhí)行元件裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的、尤其是用于控制內(nèi)燃機(jī)噴油嘴的執(zhí)行元件裝置。
具有噴油設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)是已知的，在這些噴油設(shè)備中，通過由具有功率晶體管的末級所電氣控制的執(zhí)行元件來操作噴油嘴，其中，所述末級是與執(zhí)行元件分開地實施的，并且該末級經(jīng)電纜與此執(zhí)行元件連接。
此外，末級被集成到執(zhí)行元件中的執(zhí)行元件也是已知的，由此取消了執(zhí)行元件和末級之間的電纜連接，使得可以將執(zhí)行元件經(jīng)控制線路直接與發(fā)動機(jī)控制裝置相連。于是在發(fā)動機(jī)控制裝置中，僅還需要一個線路驅(qū)動器來代替末級，其中，線路驅(qū)動器能夠識別發(fā)動機(jī)控制裝置和執(zhí)行元件之間的控制線路上的故障。在控制線路中斷或短路的情況下，發(fā)動機(jī)控制裝置因此可以立即采取合適的措施。但是，通過發(fā)動機(jī)控制裝置中的線路驅(qū)動器來診斷集成到執(zhí)行元件中的末級的故障是不可能的。
因此已知一種所謂的智能執(zhí)行元件，這種執(zhí)行元件具有用于監(jiān)控執(zhí)行元件和末級的運行狀態(tài)的診斷能力。因此在這種智能執(zhí)行元件裝置的運行過程中譬如能夠識別與地電位或蓄電池電壓的短路、執(zhí)行元件中的中斷、末級的失效或供電電壓的損失等。為此，將一種診斷電路集成到執(zhí)行元件中，由該診斷電路測量輸出電流和輸出電壓，并且與給定的參考值進(jìn)行比較。在識別出故障時，診斷電路則在一個單獨的線路上給出相應(yīng)的信號到發(fā)動機(jī)控制裝置上。
這種智能執(zhí)行元件的缺點是如下事實，即為了將運行狀態(tài)反饋到發(fā)動機(jī)控制裝置上而需要一個單獨的線路。
因此本發(fā)明所基于的任務(wù)是創(chuàng)造一種具有集成末級和診斷能力的智能執(zhí)行元件裝置，其中，為了將運行狀態(tài)反饋到發(fā)動機(jī)控制裝置上，單獨的線路是不必要的。
從上述公知的智能執(zhí)行元件裝置出發(fā)，通過權(quán)利要求1的特征來解決該任務(wù)。
本發(fā)明包括如下的普通工程學(xué)，即通過無論如何都存在的控制線路向發(fā)動機(jī)控制裝置傳輸智能執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)，使得可以舍棄用于反饋運行狀態(tài)的單獨線路。
在此，尤其通過根據(jù)當(dāng)前的運行狀態(tài)影響執(zhí)行元件裝置的輸入性能來實現(xiàn)向發(fā)動機(jī)控制裝置反饋智能執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)。在此和在下文應(yīng)一般性地理解輸入性能這種概念，它包括在智能執(zhí)行元件裝置的控制輸入端上的全部狀態(tài)量，這些狀態(tài)量可以由發(fā)動機(jī)控制裝置經(jīng)過控制線路來采集，并由此實現(xiàn)從智能執(zhí)行元件裝置向發(fā)動機(jī)控制裝置進(jìn)行反饋。
在本發(fā)明的一種變型中，通過改變控制輸入端4的輸入阻抗來實現(xiàn)輸入性能的依賴于狀態(tài)的變化。為此譬如可以經(jīng)過電阻和開關(guān)元件將智能執(zhí)行元件裝置中的控制線路與地電位連接。然后，發(fā)動機(jī)控制裝置可以測量控制線路上的線路電阻，并且從中求出執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)。為了代替電阻，也可以經(jīng)過譬如象電容器或電感那樣的其它部件將控制線路與地電位或蓄電池電壓相連接。也可以按多個等級來改變執(zhí)行元件裝置的輸入阻抗，以便能夠給發(fā)動機(jī)控制裝置發(fā)出多種運行狀態(tài)信號。譬如可以如此來實現(xiàn)這一點，即執(zhí)行元件裝置中的控制線路經(jīng)過多個電阻和相應(yīng)的開關(guān)元件與地電位相連，其中各個電阻具有不同的電阻值。
然而，除了輸入性能的上述無源的變化之外，有源地影響輸入性能也是可能的。譬如可以通過將執(zhí)行元件裝置中的控制線路經(jīng)過一個開關(guān)元件與蓄電池電壓相連接來實現(xiàn)運一點。發(fā)動機(jī)控制裝置則從控制線路上的電壓識別出智能執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)。只要執(zhí)行元件裝置的實時運行要求允許的話，也可以通過在控制線路上進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳輸來實現(xiàn)向發(fā)動機(jī)控制裝置反饋執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)。在數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸時，這譬如在全雙工或半雙工運行的范圍內(nèi)是可能的。與此相反，在執(zhí)行元件裝置和發(fā)動機(jī)控制裝置之間進(jìn)行模擬式數(shù)據(jù)傳輸時，可以在不同于由發(fā)動機(jī)控制裝置所生成控制信號的另外頻段中傳輸所述的反饋信號。此時可以以簡單的方式通過相應(yīng)調(diào)諧的帶通濾波器來實現(xiàn)控制信號與反饋信號的分離。
影響輸入性能的上述方式的共同點在于，智能執(zhí)行元件裝置中的控制輸入端是與可控制的開關(guān)元件連接的。在此，通過在輸出側(cè)與開關(guān)元件的控制輸入端相連的診斷電路來進(jìn)行輸入性能的控制，以便根據(jù)運行狀態(tài)來影響執(zhí)行元件裝置的輸入性能。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施形式中，診斷電路由一個比較單元和一個連接在其后的邏輯電路組成。在此，比較單元在輸入側(cè)與末級和/或與執(zhí)行元件本身連接，并且在這些測量點上測量電流和/或電壓。然后在比較單元中將測量值與給定的參考值進(jìn)行比較，以便分析執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)。然后，比較單元在輸出側(cè)控制邏輯電路，此邏輯電路再根據(jù)運行狀態(tài)來激活位于執(zhí)行元件裝置的控制輸入端上的多個開關(guān)元件，并由此確定控制輸入端上的輸入阻抗。
按本發(fā)明的智能執(zhí)行元件裝置特別有利地適合用在內(nèi)燃機(jī)噴油設(shè)備中，其中，尤其應(yīng)提及的是共軌(Common-Rail)噴油設(shè)備。但本發(fā)明不局限于這個使用領(lǐng)域。更確切地說，也可以將智能執(zhí)行元件的本發(fā)明原理應(yīng)用于另外的技術(shù)領(lǐng)域，這種智能執(zhí)行元件具有經(jīng)過無論如何都存在的控制線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離診斷的能力。
在從屬權(quán)利要求中講述了本發(fā)明另外的有利改進(jìn)方案，或者在以下結(jié)合對本發(fā)明的有利實施形式的說明并借助附圖來詳述本發(fā)明另外的有利改進(jìn)方案。所展示的

圖1為具有發(fā)動機(jī)控制裝置的本發(fā)明智能執(zhí)行元件裝置的電路圖。
圖1中所示的電路圖展示了用于控制內(nèi)燃機(jī)噴油嘴的一種本發(fā)明的智能執(zhí)行元件裝置1。
以下首先說明電路的結(jié)構(gòu)性構(gòu)造，以便隨后根據(jù)電路構(gòu)造的說明來闡述本發(fā)明裝置的作用方式。
經(jīng)過具有線路驅(qū)動器3的僅示意性地表示的發(fā)動機(jī)控制裝置2來控制執(zhí)行元件裝置1，其中線路驅(qū)動器3允許完整地診斷涉及中斷和對地電位或運行電壓發(fā)生低歐姆短路的線路狀況。執(zhí)行元件裝置1具有經(jīng)過控制線路5與線路驅(qū)動器3相連接的一個控制輸入端4，用于連接到發(fā)動機(jī)控制裝置2上。
在此，通過帶有勵磁線圈6的執(zhí)行元件進(jìn)行噴油嘴的機(jī)械操作，其中勵磁線圈6的一個接頭與蓄電池電壓UB連接，而另一個接頭與末級晶體管7的漏極接頭連接。末級晶體管7的源極接頭直接與地電位連接，使得在末級晶體管7接通時激活執(zhí)行元件，并且因而也激活噴油嘴。末級晶體管7的柵極接頭與控制輸入端4連接，使得線路驅(qū)動器3可以控制末級晶體管7。
除此之外，控制輸入端4經(jīng)過由一個第一電阻R1＝10kΩ和一個第一開關(guān)SW1組成的串聯(lián)電路與地電位連接，使得通過開關(guān)SW1可以改變控制輸入端4的輸入電阻。
此外控制輸入端4經(jīng)過由一個第二電阻R2＝100kΩ和一個第二開關(guān)SW2組成的串聯(lián)電路與地電位連接，使得根據(jù)兩個開關(guān)SW1、SW2的位置以多個等級來改變輸入電阻。
最后還安排了一個第三開關(guān)SW3，此開關(guān)SW3通過一個接頭與蓄電池電壓UB相連，并且通過另一接頭與第一開關(guān)SW1同第一電阻R1的連接點相連接，使得控制輸入端4經(jīng)過由第一電阻R1和第三開關(guān)SW3組成的串聯(lián)電路與蓄電池電壓UB相連接，以便可以將用于發(fā)出運行狀態(tài)信號的控制輸入端4施加到蓄電池電壓UB上。
為了控制三個開關(guān)SW1、SW2和SW3，安排了由一個比較單元9和一個邏輯電路10組成的診斷電路8。
邏輯電路10具有與三個開關(guān)SW2、SW1和SW3的控制輸入端相連的三個數(shù)字式輸出端P7、P8和P9。除此之外，邏輯電路10還具有與蓄電池電壓連接的一個電流供應(yīng)接頭VCC和與地電位連接的一個地電位接頭GND。最后，邏輯電路10還具有決定三個輸出端P7、P8和P9上的輸出信號的三個數(shù)字式輸入端P1、P2和P3。
比較單元9具有三個測量輸入端I檢測、U檢測和IN檢測，以便采集執(zhí)行元件裝置的運行狀態(tài)。測量輸入端IN檢測與控制輸入端4連接，并由此采集發(fā)動機(jī)控制裝置2的控制信號。與此相反，測量輸入端U檢測與末級晶體管7的漏極接頭連接，并由此采集末級晶體管7上的電壓，而測量輸入端I檢測被接到勵磁線圈6同末級晶體管7的連接點上，并由此間接地確定通過末級晶體管7和因而也通過勵磁線圈6的電流。除此之外，比較單元9還具有與蓄電池電壓連接的一個電流供應(yīng)接頭VCC和與地電位連接的一個地電位接頭GND。比較單元9在內(nèi)部將經(jīng)過測量輸入端I檢測、U檢測和IN檢測接收的測量值與給定的參考值進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果在三個數(shù)字式輸出端P4、P5和P6上輸出相應(yīng)的數(shù)字式信號，其中輸出端P4、P5和P6與邏輯電路10的輸入端P1、P2和P3連接。
現(xiàn)在接著根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)性電路構(gòu)造來闡述本發(fā)明執(zhí)行元件裝置的作用方式。
為了闡明電路功能，在下表中示出了不同運行狀態(tài)的測量輸入端I檢測、U檢測和IN檢測上的信號，開關(guān)SW1、SW2和SW3的位置，以及控制輸入端4的輸入電阻。標(biāo)記″G″在此意味著，相應(yīng)的開關(guān)是閉合的，而標(biāo)記″O″相當(dāng)于斷開的開關(guān)。
現(xiàn)在首先說明執(zhí)行元件裝置1的、在表格的開頭兩行中所示的無故障運行。在由發(fā)動機(jī)控制裝置2激活執(zhí)行元件時，線路驅(qū)動器3經(jīng)過控制線路5給出一個由測量輸入端IN檢測所測量的高電平到控制輸入端4上。末級晶體管7在此接通，使得測量輸入端U檢測的電位下降到地電位，并且相應(yīng)地具有一個低電平。與此相反，測量輸入端I檢測具有一個高電平，因為勵磁線圈6基于接通的末級晶體管7是流過電流的。比較單元9的輸出端P4、P5和P6以及邏輯電路10的輸入端P1、P2和P3則相應(yīng)地具有值P4＝P1＝高，P5＝P2＝低，和P6＝P3＝高。邏輯電路10然后根據(jù)施加在輸入端P1、P2和P3上的信號按照下表決定輸出端P7＝P9＝低和P8＝高，即開關(guān)SW1閉合，而開關(guān)SW2和SW3是閉合的。
在此運行狀態(tài)下控制輸入端4的輸入電阻RIN為RIN＝R1＝10kΩ。
在未激活但是無故障的狀態(tài)下，與此相反地有一個低電平位于控制輸入端4上，使得末級晶體管7截止。這導(dǎo)至測量輸入端I檢測表現(xiàn)為一個低電平，因為沒有電流流過勵磁線圈6。與此相反，在測量輸入端U檢測上出現(xiàn)蓄電池電壓和因此出現(xiàn)一個高電平，而測量輸入端IN檢測接收所述的控制信號，并且因此同樣具有一個低電平。邏輯電路10的輸入端因此具有邏輯值P4＝P1＝低，P5＝P2＝高，和P6＝P3＝低，使得在邏輯電路10的輸出端上按上列的表格輸出值P7＝P9＝低和P8＝高，即當(dāng)開關(guān)SW2和SW3是閉合時，開關(guān)SW1是閉合的?？刂戚斎攵?的輸入電阻RIN相應(yīng)地為RIN＝R1＝10kΩ。
現(xiàn)在接著說明在蓄電池電壓失效時執(zhí)行元件裝置1的運行性能。在此情況下，在邏輯電路10的輸出端P7、P8和P9上基于電壓失效而出現(xiàn)一個低電平，使得所有的開關(guān)SW1、SW2和SW3是斷開的。與此相應(yīng)地，控制輸入端4的輸入電阻RIN等于末級晶體管的輸入電阻，即是很高歐姆的。
如果與此相反地中斷了勵磁線圈6的話，電流則不能流過勵磁線圈6，并且測量輸入端I檢測始終具有一個低電平。此外在此故障情況下，測量輸入端U檢測始終位于地電位上，并且因此具有一個低電平。信號P1＝低、P2＝低因此位于邏輯電路10的輸入端上，而輸入端P3取決于控制輸入端4。邏輯電路10按上列的表格從中計算出輸出信號P7＝P8＝P9＝低，使得所有的開關(guān)SW1、SW2和SW3斷開。在此情況下，象在以上所述的蓄電池電壓損失時那樣，控制輸入端4上的輸入電阻是很高歐姆的。
現(xiàn)在接著說明在末級晶體管不再接通的故障情況下的執(zhí)行元件裝置1的運行性能。在此情況下測量輸入端U檢測始終位于蓄電池電壓上，并且因此位于高電平上，而測量輸入端I檢測具有一個低電平，因為再沒有電流可以流過勵磁線圈6。所以在此故障情況下，在邏輯電路10的輸入端上出現(xiàn)信號P1＝P4＝低和P2＝P5＝高，而輸入端信號P3取決于通過發(fā)動機(jī)控制裝置2的控制。然后，按照上列的邏輯表格在輸出端上出現(xiàn)P8＝高和P7＝低，使得開關(guān)SW1閉合，而開關(guān)SW3斷開。與此相反，開關(guān)SW2的位置在此情況下取決于發(fā)動機(jī)控制裝置的控制。在控制信號IN檢測＝低時，在邏輯電路10的輸入端P3上同樣地出現(xiàn)一個低電平，使得在邏輯電路10的輸出端P9上出現(xiàn)一個低電平，并且開關(guān)SW2斷開。在此故障情況下，執(zhí)行元件裝置1的輸入電阻RIN等于電阻R1＝10kΩ。與此相反，在執(zhí)行元件裝置1由發(fā)動機(jī)控制裝置2控制時，測量輸入端IN檢測具有一個高電平，使得一個高電平也位于邏輯電路10的輸入端P3上。邏輯電路10的輸出端P9則按照以上的邏輯表格具有一個高電平，使得開關(guān)SW2也閉合?？刂戚斎攵?上的內(nèi)電阻RIN則基本上等于電阻R2＝100Ω。
最后，現(xiàn)在來說明如下故障情況，在此故障情況下末級晶體管7短路，或者勵磁線圈6與地電位接觸。在此情況下，測量輸入端U檢測位于地電位上，使得在比較單元9的輸出端P5上和在邏輯電路10的輸入端P2上也存在著一個低電平。由于末級晶體管7中的短路，測量輸入端I檢測位于高電平上，使得在比較單元9的輸出端P4上和在邏輯電路10的輸入端P1上也出現(xiàn)一個高電位，而邏輯電路10的輸入端P3上的信號取決于發(fā)動機(jī)控制裝置2的控制。在控制線路5上的高電平時，在邏輯電路10的輸入端P3上也出現(xiàn)一個高電平，使得邏輯電路10的輸出端具有值P9＝低、P8＝高和P7＝低。與此相應(yīng)，開關(guān)SW1是閉合的，而開關(guān)SW2和SW3是斷開的?？刂戚斎攵?上的輸入電阻RIN則為RIN＝10kΩ。與此相反，在控制線路5上的低電平時，在測量輸入端IN檢測上和因此也在邏輯電路10的輸入端P3上出現(xiàn)一個低電平。邏輯電路10的輸出端則取值P9＝低、P7＝高、和P8＝低，使得開關(guān)SW3是閉合的，而開關(guān)SW1和SW2是斷開的。蓄電池電壓UB則經(jīng)過輸入電阻RIN＝R1＝10kΩ位于控制輸入端4上。
因此，控制輸入端4上的輸入電阻RIN或控制輸入端4上的電壓取決于執(zhí)行元件裝置1的運行狀態(tài)，使得發(fā)動機(jī)控制裝置2可以通過監(jiān)控控制線路5而不用附加的線路就能求出執(zhí)行元件裝置1的運行狀態(tài)。
本發(fā)明在其實施中不局限于以上所給出的優(yōu)選實施例。更確切地說，在類型根本不同的實施方案中也可以設(shè)想利用所述解決方案的一定數(shù)量的變型。
權(quán)利要求
1.尤其是用于控制內(nèi)燃機(jī)噴油嘴的執(zhí)行元件裝置(1)，具有可電氣激活的執(zhí)行元件(6)，用于激活所述執(zhí)行元件(6)的功率開關(guān)(7)，用于經(jīng)控制線路(5)從外部控制單元(2，3)接收用于控制功率開關(guān)(7)的控制信號的控制輸入端(4)，用于采集運行狀態(tài)的、在輸入側(cè)與執(zhí)行元件(6)和/或功率開關(guān)(7)連接的診斷電路(8)，其特征在于，所述控制輸入端(4)與至少一個第一開關(guān)元件(SW1，SW2，SW3)連接，以便影響電輸入性能，并且所述診斷電路(8)在輸出側(cè)與所述第一開關(guān)元件(SW1，SW2，SW3)連接，以便根據(jù)運行狀態(tài)來影響輸入性能，并由此使外部控制單元(2，3)經(jīng)過控制線路(5)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離診斷。
2.按權(quán)利要求1的執(zhí)行元件裝置(1)，其特征在于，所述第一開關(guān)元件(SW1)將控制輸入端(4)經(jīng)過一個第一電阻(R1)與地電位連接。
3.按權(quán)利要求1或2的執(zhí)行元件裝置(1)，其特征在于，一種將控制輸入端(4)經(jīng)過一個第二電阻(R2)與地電位相連的第二開關(guān)元件(SW2)。
4.按權(quán)利要求3的執(zhí)行元件裝置(1)，其特征在于，所述第二電阻(R2)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所述第一電阻(R1)。
5.按以上權(quán)利要求之一的執(zhí)行元件裝置(1)，其特征在于，一種將控制輸入端(4)經(jīng)過一個第三電阻(R1)與供電電壓相連的第三開關(guān)元件(SW3)。
6.按以上權(quán)利要求之一的執(zhí)行元件裝置(1)，其特征在于，所述診斷電路(8)具有帶有多個數(shù)字式輸入端(P1，P2，P3)和輸出端(P7，P8，P9)的邏輯電路(10)，并且具有帶有多個模擬式輸入端(IN檢測，U檢測，I檢測)和多個數(shù)字式輸出端(P4，P5，P6)的比較單元(9)，用于控制邏輯電路(10)，其中，所述比較單元(9)的模擬式輸入端(IN檢測，U檢測，I檢測)與執(zhí)行元件(6)和功率開關(guān)(7)連接，以便采集運行狀態(tài)，而所述邏輯電路(10)的數(shù)字式輸出端(P7，P8，P9)各自與開關(guān)元件(SW1，SW2，SW3)中的一個相連，以便影響控制輸入端(4)上的輸入性能。
全文摘要
尤其是用于控制內(nèi)燃機(jī)噴油嘴的執(zhí)行元件裝置(1),具有可電激活的執(zhí)行元件(6),用于激活執(zhí)行元件(6)的功率開關(guān)(7),用于經(jīng)過控制線路(5)從外部控制單元(2,3)接收用于控制功率開關(guān)(7)的控制信號的控制輸入端(4),用于采集運行狀態(tài)的、在輸入側(cè)與執(zhí)行元件(6)和/或功率開關(guān)(7)相連的診斷電路(8),其中,控制輸入端(4)與至少一個第一開關(guān)元件(SW1,SW2,SW3)連接,以便影響電輸入性能,并且診斷電路(8)在輸出側(cè)與第一開關(guān)元件(SW1,SW2,SW3)連接,以便根據(jù)運行狀態(tài)來影響輸入性能,并由此使外部控制單元(2,3)經(jīng)過控制線路(5)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離診斷。
文檔編號G01R31/02GK1369063SQ00811347
公開日2002年9月11日 申請日期2000年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月5日
發(fā)明者S·波爾茨, D·薩斯 申請人:西門子公司