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用于控制致动器的方法和装置,计算机程序

阅读:345发布:2021-02-22

IPRDB可以提供用于控制致动器的方法和装置,计算机程序专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本发明涉及用于控制致动器的方法和装置,计算机程序。该致动器包括一个线圈(21),第一衔铁(22)和一个第二衔铁(23a),其中线圈(21)有选择地用一个第一信号或一个第二信号进行电控制,其中建议,第一信号是这样的,即在用第一信号控制时仅仅第一衔铁(22)被操纵和该第二信号是这样的,即在用第二信号控制时第一衔铁(22)和第二衔铁(23a)被操纵。,下面是用于控制致动器的方法和装置,计算机程序专利的具体信息内容。

1.用于控制致动器的方法,该致动器包括一个线圈(21),一个第一衔铁(22)和一个第二衔铁(23a),其中线圈(21)有选择地用一个第一信号或一个第二信号进行电控制,其特征在于,第一信号是这样的,即在用第一信号控制时仅仅第一衔铁(22)被操纵和该第二信号是这样的,即在用第二信号控制时第一衔铁(22)和第二衔铁(23a)被操纵,其中,致动器包括用于第一衔铁的第一复位元件和用于第二衔铁的第二复位元件,其中,第一复位元件的弹性常数小于第二复位元件的弹性常数,其中,在第一衔铁上设有第一工作间隙和在第二衔铁上设有大于第一工作间隙的第二工作间隙。

2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于,这样地构造所述致动器,使得为了操纵第一衔铁(22)而由线圈(21)消耗的电能必须比为了操纵第二衔铁(23a)的要少。

3.按照权利要求1的方法,其特征在于,这样地设计第一信号和第二信号,使得在用第一信号控制线圈(21)时线圈(21)消耗的能量比在用第二信号控制线圈(21)时的要少。

4.按照权利要求1的方法,其特征在于,第一信号和第二信号是脉宽调制的,其中第一信号的脉宽(W1)小于第二信号的脉宽(W2)。

5.按照权利要求1的方法,其特征在于,第一信号和第二信号各包括一个具有相同电压或相同电流的脉冲,其用于对至少第一衔铁(22)的一次操纵,其中第一信号的脉冲的持续时间(T1)比第二信号的脉冲的持续时间(T2)短。

6.按照权利要求1的方法,其特征在于,第一信号和第二信号各包括一个用于对至少第一衔铁(22)的一次操纵的脉冲,其中第一信号的脉冲的电流强度(I1)比第二信号的脉冲的电流强度(I2)小。

7.按照权利要求1的方法,其特征在于,致动器是一个喷射装置的一部分,其中第一衔铁(22)与一个空气调节器(20d)相配属,第二衔铁(23a)与一个燃料泵(20a)相配属。

8.一种控制装置,在该控制装置中使用按照权利要求1至7中之一所述的方法。

9.一种内燃机,在该内燃机中使用按照权利要求1至7中之一所述的方法。

说明书全文

用于控制致动器的方法和装置,计算机程序

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于控制致动器的方法,该致动器包括一个线圈,一个第一衔铁和一个第一衔铁,其中线圈可以选择地用第一信号或第二信号进行电控制,一种用于实施这种方法的装置和一种具有计算机代码的用于实施这种方法的所有步骤的计算机程序。
[0002] 现有技术
[0003] 在致动器中存在这样的可能性,即设置一个线圈和两个衔铁,该两个衔铁可以都由该线圈操纵。这样通过仅对该一个线圈通电流就可以操纵两个调节器。由此可以使用一个致动器,以便例如通过该一个致动器和该惟一的线圈来操纵空气调节器和喷射装置的燃料泵。这对于要求喷射装置具有紧凑的结构形式的情况下尤其有利。
[0004] 但是缺陷在于,在对该一个线圈通电流时一般地两个衔铁被同时操纵,从而不可能与另一个衔铁的操纵无关地单独操纵一个衔铁,以便仅仅使与致动器相连的两个调节器中的一个调节器运动。

发明内容

[0005] 本发明的任务是改进已知的用于控制具有一个线圈和一个第一衔铁和一个第二衔铁的致动器的方法,其中尤其是可以与第二衔铁的操纵相独立地操纵一个衔铁。
[0006] 该问题通过一种用于控制致动器的方法解决,该致动器包括一个线圈,一个第一衔铁和一个第二衔铁,其中线圈可以选择地用第一信号或第二信号进行电控制,其特征在于,该第一信号是这样的,即在用第一信号控制时仅仅第一衔铁被操纵和该第二信号是这样的,即在用第二信号控制时第一衔铁和第二衔铁被操纵。在此情况下用语“一个线圈”优选这样地理解为正好只存在一个独立的线圈电流回路。该线圈可以由多个单个线圈构成,但是这些单个线圈不能够相互独立地被控制。为了结构简单的原因,有利的是,仅仅提供一个线圈电流回路用于形成操纵第一衔铁和第二衔铁的磁场。与此相应地,衔铁的数量没有被限制,从而致动器也可以包括一个第三衔铁,该第三衔铁也可以通过对于线圈通电流进行操纵。设置一个第三或甚至第四或另外的衔铁的可能性总体上是适合于本发明的,从而即使没有特别的强调也可以将所有在本申请中针对衔铁所述的特征类似地应用于更多数量的衔铁。此外,本发明还包括,设置一组第一衔铁和/或一组第二衔铁,亦即多个第一衔铁或多个第二衔铁。这尤其是相应地适用于第三衔铁或更多的衔铁。
[0007] 有利地,致动器被这样地构造,使得为了操纵第一衔铁必须通过线圈消耗一个比用于操纵第二衔铁较小的电能。此时该能量最好一般地进行理解,从而其中也包括电功率,其中关键的是,为了操纵第二衔铁,要耗用比仅仅操纵第一衔铁时多的功率或能量。该特征可以类似地应用于一个第三衔铁上,此时为了操纵第三衔铁,优选要通过线圈耗用比用于操纵第一衔铁和第二衔铁时更高的能量。附加地,如前所述,可以设置多个第一,第二或第三衔铁,可以使它们分别在通过线圈耗用一定的能量水平下运动。
[0008] 优选地,在第一衔铁上设有第一工作间隙和在第二衔铁上设有与第一工作间隙不同的第二工作间隙。优选地,第二工作间隙较大。这样将实现通过线圈和各个衔铁的磁回路是不同的,从而在对线圈通电流情况下施加到衔铁上的力是不同的。这样可以实现,在或者用第一信号或者用第二信号对线圈进行控制时或者仅仅第一衔铁被移动或者两个衔铁都被移动。在此情况下,在其它都是相同或对称的设计边界条件下,两个衔铁之一中的较大的工作间隙导致的结果是,为了移动该衔铁必须使用更大的电能。
[0009] 优选地,致动器包括用于第一衔铁的第一复位元件和用于第二衔铁的第二复位元件,其中第一复位元件和第二复位元件具有不同的弹性常数。优选地,第二衔铁的第二复位元件的弹性常数较大。这样可以实现,为了操纵第一衔铁必须通过线圈消耗更多的电能或功率。这样可以通过合适地设计第一信号和第二信号实现,依据是用第一信号还是用第二信号来控制线圈的情况使只有第一衔铁被操纵或两个衔铁都被操纵。
[0010] 优选地,这样地设计第一信号和第二信号,使得在用第一信号控制线圈时线圈消耗的能量比在用第二信号控制线圈时的要少。这样可以实现,依据是选择第一信号还是选择第二信号情况使不同的力施加到衔铁上。
[0011] 优选地,第一信号和第二信号是脉宽调制的,其中第一信号的脉宽小于第二信号的脉宽。这样可以实现,依据是用第一信号还是用第二信号进行控制的情况将不同大小的电能供给到线圈和与此相应地通过线圈建立用于操纵衔铁的不同强度的磁场。此时优选通过调制具有恒定的最大电压的信号实现脉宽调制(PWM)。这使得电子控制装置特别简单和更具故障安全性。
[0012] 优选地,第一信号和第二信号各包括一个具有相同电压或相同电流的脉冲,其用于一次性地操纵至少第一衔铁,其中第一信号的脉冲的持续时间比第二信号的脉冲的持续时间较大。与脉宽调制的控制情况不同,在该控制情况下使用一个惟一的脉冲来操纵第一衔铁或操纵第一衔铁和第二衔铁。此时仅仅第二信号中的脉冲的持续时间相对于第一信号被改变。该脉冲具有基本上相同的电压或基本上相同的电流,也就是说,该脉冲基本上是矩形的。但是也可能的是,该脉冲在一个脉冲边沿或两个脉冲边沿上被平滑处理,以便避免在电子控制装置中的功率峰值。
[0013] 优选地,第一信号和第二信号各包括一个用于一次性地操纵至少第一衔铁的脉冲,其中第一信号的脉冲的电流强度比第二信号的脉冲的电流强度小。这样通过简单的电流调节可以实现,由第一信号和第二信号导致不同的磁力,从而可以用第一信号只操纵第一衔铁和用第二信号操纵第一衔铁和第二衔铁。对于具有脉宽调制、脉冲的持续时间不同或脉冲的电流强度不同(后者脉冲的持续时间可以是固定的或是变化的)的信号的所有实施例,在本申请中一般都适用的是,这些特征也可以类似地应用于具有三个或更多个衔铁的情况,这些衔铁应该能够至少部分地相互独立地进行控制。
[0014] 优选地,致动器是一个喷射装置的一部分。优选第一衔铁与一个空气调节器相配属和/或第二衔铁与一个燃料泵相配属。该喷射装置优选是用于具有仅仅一个或仅仅两个燃烧室的内燃机的喷射装置,如它们例如被用于摩托车上那样。由此可以实现一种紧凑的喷射装置,其在两轮机动车中占据很小的结构空间。
[0015] 本发明的另一个独立的主题是一种装置,尤其是控制装置或内燃机,其被设置用于实施按照上述实施例之一所述的方法。
[0016] 本发明的另一个独立的主题是一种具有计算机代码的计算机程序,当该计算机程序被在计算机中执行时用于实施这种方法。

附图说明

[0017] 以下依据附图对本发明的优选实施例进行详细解释。附图所示:
[0018] 图1是一个带有喷射装置的小型发动机的示意图,该喷射装置可以用按照本发明的方法运行,
[0019] 图2是图1的喷射装置的示意图,
[0020] 图3是按照本发明的方法的示意流程图,
[0021] 图4a,b,c是按照本发明的实施例的控制信号的变化的示意图,[0022] 图5a,b,c是按照本发明的另一个实施例的控制信号的变化的示意图,[0023] 图6a,b,c是按照本发明的另一个实施例的控制信号的变化的示意图,[0024] 图7a,b,c是按照本发明的另一个实施例的控制信号的变化的示意图。

具体实施方式

[0025] 以下参照图1和图2描述一个内燃机或小型发动机1,该内燃机或小型发动机可以用按照本发明的方法运行。此时要考虑到,在图1和图2中示出的应用仅仅示出了可以应用本发明的方法的一种可能的装置。尤其可能的是,本发明的方法也能够应用于其它的调节器或喷射装置,该调节器或喷射装置包括一个带有一个线圈和至少两个衔铁的致动器。一般地,本发明可以有利地应用于具有一个线圈的致动器中,其中该线圈操纵一个第一衔铁和一个第二衔铁和必要时另外的衔铁。
[0026] 图1示意地示出了小型发动机1的结构,它包括喷射模块2,燃烧室或气缸3,可以在气缸中移动的活塞4,控制装置5和油箱6。油箱6通过燃料输送管6a与喷射模块2连接。燃料回流管6b从喷射模块2通到油箱6,以便引回过剩的燃料。如可以由图1示意地看到,油箱6布置在喷射模块2的上方,从而燃料在不需要泵的情况下仅仅依靠重力通过燃料输送管6a到达喷射模块2。
[0027] 此外,小型发动机1包括节流阀7,该节流阀影响向进气管8中的空气输入。在气缸3上此外还布置了火花塞9,进气阀10和排气阀11。通过旁通管12可以将空气在节流阀的上游分流并且引导到集成在喷射模块2中的空气调节器中。通过旁通管12的处于下游的端部或出口与喷射模块2的一个喷射器直接相邻地布置。在排气阀11的下游布置废气管13,它具有氧传感器14。除了氧传感器14,在控制装置5上,此外还连接了冷却水传感器15,机油温度传感器16和节流阀位置传感器17。此外,控制装置与布置在进气管8中的温度传感器和布置在进气管8中的压力传感器连接。
[0028] 以下结合图2详细描述喷射模块2。喷射模块2可以与燃料泵20a,压力调节器20b,喷射器20c和空气调节器20d一起特别紧凑地构造。它特别是被应用于两轮机动车或割草机或类似机器中。但是本发明绝不局限于对这种喷射模块或喷射装置的控制。
[0029] 与本发明相关联地,需要特别强调的是,一个公共的致动器操纵燃料泵20a和空气调节器20d。为此该公共的致动器包括一个线圈21,一个第一衔铁22和一个第二衔铁23a。第一衔铁22与空气调节器20d连接,空气调节器具有阀件22a,该阀件在旁通管12的阀座12a上可以释放或关闭该旁通管。第一衔铁22在线圈断开时由复位弹簧28保持住。
第二衔铁23a操纵燃料泵20a,其中第二衔铁23a与燃料泵20a的柱塞23一体地构造。在第二衔铁23a支撑第二复位弹簧24。第二复位弹簧24此时是用于使第二衔铁23a复位的第二复位元件。同样第一复位弹簧28是用于第一衔铁22的第一复位元件。此外喷射模块
2包括由多个部分构成的外壳25,该外壳包括第一外壳部分25a,第二外壳部分25b,第三外壳部分25c和第四外壳部分25d。第四外壳部分25d布置在燃料泵20a和空气调节器20d之间并且具有基本上罐形的形状和在内部的底部部位中附加地具有止挡26。止挡26牢固地固定在第四外壳部分25d的内部的底部部位上和用作第二衔铁23a的止挡。第一复位弹簧28布置在第四外壳部分25d的外部的底面上并且支撑在那里。这样第四外壳部分25d被位置固定地布置在线圈21的内部和经套筒34与第二外壳部分25b连接。在第二外壳部分25b中布置用于燃料输送管6a以及用于燃料回流管6b的接头,其中燃料输送管6a通到吸入区32而燃料回流管6b从回流区33,40引出。
[0030] 第三外壳部分25c也基本上是罐形的并且形成燃料泵20a的一部分,其中第三外壳部分25c限定了泵室27,在该泵室中布置第一止回阀29,第二止回阀30和第三止回阀31。第一止回阀29将吸入区32与泵室27连接,第二止回阀30将泵室27与喷射器20c中的室连接和第三止回阀31将泵室27与回流区33连接并且由此形成压力调节器20b,它的任务是降低可能在泵室27中形成的过压。第二止回阀30被构造成在泵室27中的预定压力下开启,以便将燃料引导到喷射器20c。喷射器20c在预定压力下克服弹簧的回复力而打开并且此时将燃料喷射到进气管8中。为第一衔铁22配置第一工作间隙S1和为第二衔铁
23a配置第二工作间隙S2。第一工作间隙S1由布置在空气调节器20d的外壳和外壳部分
25d之间的垫片35限定。在垫片35的内侧面上设置使空气调节器20d密封的O形环密封件36。
[0031] 以下说明喷射模块2的工作方式。燃料泵20a的抽吸阶段的特征在于,第二复位元件24移动第二衔铁23a,其中第一止回阀29被打开,第二和第三止回阀30和31被关闭,从而燃料流到泵室27中。接着对线圈21通电流使得衔铁23a克服第二复位元件24的力而在箭头A的方向上动作。通过在泵室27中建立的压力,第一止回阀29关闭。自在泵室27中的一定的压力起,第二止回阀30打开,从而燃料流到喷射器20c和可以从那里喷射。
同时通过对线圈21通电流操纵第一衔铁22,使得空气调节器20d打开。此时空气通过旁通管12流动。
[0032] 为了在不希望操纵第二衔铁23a的阶段中也使得空气调节器20d打开,将使用以下描述的本发明的方法。这种工作方式可以用于消耗优化或功率优化。这种措施的另一个目的可以是减少废气中的有害物质。
[0033] 在图3中示出了本发明的方法的一种实施方式,其中仅仅示出了通过控制装置5对线圈21的控制。在对图3至7的描述中一般都涉及到图1的描述。一般地,控制装置5对喷射模块2的过程的控制要比在此处特别指出的对线圈21的按照本发明的控制多得多。
[0034] 按照本发明的方法部分以步骤51开始。接着在步骤52中确定是否应该操纵燃料泵20a和空气调节器20d或者是否应该仅仅操纵空气调节器20d,例如因为不希望将附加的燃料输送到进气管8中。这种设置由控制装置5的另外的例行程序预先设定。如果规定仅仅控制空气调节器20d,那么该方法在步骤52之后跳到步骤53,在该步骤中线圈21通过第一信号被电控制。此时线圈21被这样地通电流,使得仅仅第一衔铁22被操纵。此时本发明的方法充分利用喷射装置的结构尤其是与两个衔铁和衔铁的支承相关联的设计结构。由此用于操纵第一衔铁22所需要的磁能量或磁力比用于操纵第二衔铁23a的要小。这种情况下的实现是因为空气隙S1小于空气隙S2并且此外第一复位弹簧28的弹簧常数小于第二复位弹簧24的弹簧常数。这样可以实现,利用一个对操纵第一衔铁22足够的但是对操纵第二衔铁23a不足够的信号来达到仅仅操纵第一衔铁22。在此情况下用语“足够的”或“不足够的”的意义是,通过用第一信号控制线圈21所建立的磁力足以或不足以操纵相应的衔铁。
[0035] 相反,如果在步骤52中确定,不仅要求操纵空气调节器20d而且要求操纵燃料泵20a,那么该方法跳到步骤54,在该步骤中线圈21被用第二信号电控制,该信号导致线圈21的更高的磁力,从而第一衔铁22和第二衔铁23a被操纵。关于第一信号和第二信号的可能的典型的按照本发明的设计方案参见与图3至图7相关联的说明。在此情况下可以设想各自不同的可能性,由此可以实现在用第一信号进行控制时通过线圈21建立一个磁场,通过该磁场使得仅仅第一衔铁22被操纵,和在用第二信号控制时通过线圈21建立一个磁场,该磁场使得第一衔铁22和第二衔铁23a被操纵。图3中示出的方法部分结束于步骤55,在该步骤中控制装置5的控制过程又返回到一个上位的例行程序中。
[0036] 在图4a中示出了一个信号序列,采用该信号序列对线圈21按照本发明地进行控制。在图4a中示出的信号是一种脉宽调制信号。图4a的信号包括具有仅仅两个限定的脉宽即W1和W2的脉冲。在图4b中单独地示出了图4a的信号的一个细节,其中在图4b中示出了用具有脉宽W1的脉宽调制信号控制线圈21。在图4c中示出了图4a的信号的另一个细节,其中在图4c中示出了一个具有比脉宽W1更宽的脉宽W2的脉宽调制信号。这导致,在用图4c的信号控制线圈21时,与用图4b中示出的信号相比较,将供给更多的电能,从而通过线圈21建立一个更大的磁力。这样导致在用相应于图4b的信号控制线圈21时仅仅第一衔铁22被操纵和在用相应于图4c的信号控制线圈21时第一衔铁22和第二衔铁23a被操纵。图4a中示出的信号引起对两个衔铁22和23a的一系列的操纵,其中在开始时没有衔铁被操纵,随后仅仅第一衔铁被操纵,随后又是没有衔铁被操纵,再随后两个衔铁22和23a被操纵。接下来线圈21继续用各自不同的信号进行控制,但是这些信号没有被详细说明,因为产生的效果与到此为止所描述的类似。
[0037] 对于在此处没有示出的但是包含在本发明内的情况,即电磁致动器包括由一个线圈操纵的三个衔铁,还可以具有进一步的差异。例如在这种情况下可以用具有脉宽为W1的脉冲只操纵第一衔铁,具有脉宽为W2的脉冲,其中W2也大于W1,将导致对第一衔铁和第二衔铁和可能的第三衔铁的操纵。备选地,也可以规定,有具有大于W2的脉宽的控制,亦即具有脉宽为W3且大于W2的控制产生对第一衔铁和第二衔铁和第三衔铁的操纵。
[0038] 图5a示出了另一个按照本发明的控制信号,该信号由一系列具有恒定电压的、但是不同的随时间变化的脉冲持续时间的脉冲构成。在图5b和5c中示出了两个具有不同脉冲持续时间的不同脉冲,其中在图5b中示出了具有脉冲持续时间T1的脉冲。在图5c中示出了具有相同电压但是具有更长的持续时间T2的脉冲。在控制线圈21时,用相应于图5b的视图的脉冲T1的控制仅仅使第一衔铁22被操纵,其中第二衔铁23a没有被操纵。在比T1更长的脉冲持续时间情况下,例如在脉冲持续时间T2(图5c)的情况下,不只是第一衔铁被操纵,而是所建立的磁力也足够操纵第二衔铁23a。在图5a中示出了具有不同脉冲持续时间的不同脉冲,其中短的脉冲(持续时间T1)仅仅导致第一衔铁22的操纵而所有更长的脉冲导致第一衔铁22和第二衔铁23a的操纵。
[0039] 如上面结合图4a,b和c所述的那样,也可以用相应于图5a的信号对具有一个线圈和三个衔铁的致动器区别地控制。此时特别长的脉冲,其大致示于图5a的中部,适用于通过线圈建立一个比通过用具有脉冲持续时间T2发生的磁力还要大的磁力,以便附加地操纵一个第三衔铁。在存在第三衔铁的情况下,该第三衔铁需要比第二衔铁更大的操纵磁力,可以针对控制采用这样的决定,即是否应该只控制第一衔铁,或控制第一衔铁和第二衔铁,或一起控制第一衔铁、第二衔铁和第三衔铁。
[0040] 在图6a,b和c中示出了用具有恒定电流强度的、但是不同的随时间变化的脉冲持续时间的脉冲系列的控制。如结合图5a,b和c所述的那样,该不同的脉冲也产生不同的衔铁操纵。在本发明的范围内,脉冲具有与理想的矩形变化不同的变化是可能的,例如在图6a,b和c中示出的那样,其中在开始时和结束时具有渐近线式的变化。这种情况类似地适用于图5a,b和c中具有恒定电压的脉冲。
[0041] 在图7a,b和c中示出了控制信号,其中使用了具有不同电流强度和可能时也具有不同的随时间变化的脉冲持续时间的电流脉冲。例如不仅电流强度或脉冲持续时间的改变是可能的,而且由线圈21建立的磁力也可以通过这两个参量即电流强度或脉冲持续时间的改变而被改变。这样,也可以这样地实现对衔铁22和23a的控制,即只控制衔铁22或者两个衔铁22和23a都被控制。
[0042] 此外用在图7a中示出的信号也可以差分地控制具有多于两个衔铁的致动器,这些衔铁由一个线圈操纵。此时也与具有两个衔铁的结构类似地被使用,即只要致动器是相应地进行结构设计的,则为了控制不同的衔铁则需要用不同的磁力。如在所有的实施例中那样,也可以在该典型的实施例中设置应该第三衔铁或更多的衔铁,它们类似地被按照本发明的方式控制。
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