用于檢測螺線管銜鐵移動的系統和方法

專利名稱：用于檢測螺線管銜鐵移動的系統和方法
技術領域：
本公開一般涉及銜鐵位置檢測器，特別涉及用于檢測螺線管銜鐵移動 的系統和方法。
背景技術：
螺線管典型地被列為將電能轉換為線性動量的任何電磁裝置。螺線管 可包含繞巻在用作銜鐵的金屬活塞周圍的線圏導體。當電壓被施加到線圈 端子時，電流經過線圏導體，產生電磁場，其將金屬活塞向著場拖引。電 子控制器可,皮耦合到螺線管，以便調節經過線圈導體的電流的流動，從而 控制電磁場。
活塞的位置可通過控制電磁場的強度來操縱。例如，為了在一開始致 動螺線管銜^l失，可將電壓施加到線圏導體的兩端，對線圏通電，并增強與 線圏相關聯的電磁場。當電磁力變得強到足夠克服與銜鐵相關聯的靜態運
動力時，銜鐵被向著場"吸入(pull in)，，。 一旦銜鐵已經被移動到"吸 入，，位置，線圈中的電流可被減小到將銜鐵保持在適當位置需要的最小水 平(即"保持(hold in)"電流)。為了釋放銜鐵，由此允許其返回到原 始(即"休止(rested)")狀態，經過線圏導體的電流可被截止，允許 電磁場消失。 一旦線圈中的電流水平下降到低于"保持"電流，作用在銜 鐵上的電磁力不再足以將銜鐵保持在適當位置，銜鐵返回到其休止狀態。
在某些情況下，知道銜鐵何時被致動可能是有益的。例如，在用于內 燃機的電子燃料噴射系統中，發動機的具有燃料效率的運行可能依賴于一 個或一個以上的螺線管閥的精確操作。有效確定螺線管閥的操作可不僅僅 依賴于控制信號被義送到螺線管的時間，也依賴于可打開和關閉閥的螺線 管銜鐵的致動時間。因此，可能需要用于準確確定銜鐵移動時間的系統和方法。
至少一個系統已被開發以檢測與磁操作裝置相關聯的"脫離(drop off)"條件。例如，2001年2月13日授予Lutz等人的U.S.專利No.6188562 ("，562專利")介紹了用于識別螺線管閥的意外關閉的方法和設備。， 562專利的系統被配置為監視脈沖式保持電流的頻率，并基于頻率的增大 確定與螺線管閥相關聯的銜鐵已經意外脫離，使得閥被錯誤地關閉。
盡管，562專利的系統可確定螺線管銜鐵的錯誤或意外脫離，其可能 是成問題的。例如，由于系統可能僅僅監視供給保持電流的脈沖式信號的 頻率以檢測意外脫離，其不能確定在保持電流已經關斷后致動器何時返回 到其原始位置。結果，需要準確檢測通常操作條件下銜鐵移動的系統可變 得無效率和不準確。
當前7>開的用于檢測螺線管銜鐵移動的系統和方法被指向克服一個或 一個以上的上面所述的問題。

發明內容
根據一實施形態，>$^>開被指向一種用于檢測與螺線管相關聯的銜鐵 的致動的方法。該方法可包含向與螺線管相關聯的螺線管線圏提供電壓電 位。該方法還可包含測量流經螺線管線圏的電流。該方法還可包含當測量 得到的電流達到預定最大值時關斷電壓電位。該方法還可包含當測量得到 的電流達到預定的最小值時開通電壓電位。該方法還可包含測量與開通和 關斷電壓電位相關聯的脈沖之間的時間周期。該方法還可包含將測量得到 的脈沖之間的時間周期與表示與線圏相關聯的電感增長水平的預定數據進 行比較。該方法還可包含基于比較確定與螺線管相關聯的銜鐵的吸入時間。
根據另一實施形態，本公開被指向一種檢測與螺線管相關聯的銜鐵的 脫離的方法。該方法可包含在與螺線管線圏相關聯的保持電流已經被截止 之后向螺線管線圏提供脈沖式測試電壓。該方法還可包含測量流經螺線管 線圏的電流。該方法還可包含當測量得到的電流達到預定的最大值時關斷 脈沖式測試電壓。該方法還可包含當測量得到的電流達到預定的最小值時開通脈沖式測試電壓。該方法還可包含測量與脈沖式測試電壓相關聯的各 個脈沖之間的時間周期。該方法還可包含比較測量得到的脈沖之間的時間 周期。該方法還可包含基于比較確定與螺線管相關聯的銜鐵的脫離時間。
根據另一實施形態，4^Hf被指向一種銜鐵致動檢測系統。該系統可 包含經由一個或一個以上的開關元件有選擇地耦合到螺線管線圈且^J己置 為提供電壓輸出的電源。該系統還可包含有效耦合到所述一個或一個以上 的開關元件的控制器。控制器可被配置為操作所述一個或一個以上的開關 元件，以便有選擇向螺線管線圏提供電壓電位。控制器也可被配置為測量 流經螺線管線圏的電流。控制器可#^進一步配置為當測量得到的電流達到 預定最大值時關斷電壓電位。控制器可被進一步配置為當測量得到的電流 達到預定的最小值時開通電壓電位。控制器還可被配置為測量電壓電位的 脈沖之間的時間周期。控制器還可被配置為將測量得到的脈沖之間的時間 周期與表示與螺線管線圏相關聯的對數增長特性的預定數據相比較。控制 器可被進一步配置為基于比較確定與螺線管相關聯的銜鐵的吸入時間。
根據另一實施形態，本公開被指向一種銜鐵脫離檢測系統。該系統可 包含經由一個或一個以上的開關元件有選擇地耦合到螺線管線圈且被配置 為提供電壓輸出的電源。該系統還可包含有效耦合到所述一個或一個以上 的開關元件的控制器。控制器可被配置為在與螺線管線圏相關聯的保持電 流已被關斷時操作所述一個或一個以上的開關元件，以便有選擇地向螺線 管線圏提供脈沖式測試電壓。控制器也可被配置為測量流經螺線管線圏的 電流。控制器也可被配置為當測量得到的電流達到預定的最大值時關斷脈 沖式測量電壓。控制器也可被配置為當測量得到的電流達到預定的最小值 時開通脈沖式測量電壓。控制器還可進一步凈皮配置為測量與脈沖式測試電 壓相關聯的各個脈沖之間的時間周期。控制器還可被配置為比較測量得到 的脈沖之間的時間周期。控制器可進一步被配置為基于比較來確定與螺線 管相關聯的銜鐵的脫離時間。
根據另 一 實施形態，本公開被指向 一種具有包含導體與銜鐵的螺線管 的機器，其中，在縱向方向上導體基本上4皮繞巻在銜4失的周圍且經由氣隙與銜鐵分開，銜鐵適用于在存在由導體產生的電磁場的情況下相對于導體 移動。機器還可包含有效耦合到螺線管的銜鐵脫離系統。銜鐵脫離系統可 包含經由 一個或一個以上的開關元件有選擇地耦合到螺線管導體且^皮配置 為提供電壓輸出的電源。銜鐵脫離系統還可包含有效耦合到所述一個或一 個以上的開關元件的控制器。控制器可被配置為在與螺線管相關聯的激勵 電流已^1關斷后操作所述一個或一個以上的開關元件，以便有選"f,地向螺 線管導體提供脈沖式測試電壓。控制器還可^t配置為測量流經螺線管導體 的電流。控制器還可被配置為當測量得到的電流達到預定的最大值時關斷 脈沖式測試電壓。控制器還可4皮配置為當測量得到的電流達到預定的最小 值時開通脈沖式測試電壓。控制器可被進一步配置為測量與脈沖式測試電 壓相關聯的各個脈沖之間的時間周期。控制器還可4皮配置為將測量得到的 脈沖之間的時間周期進行比較。控制器可被進一步配置為基于比較確定與 螺線管相關聯的銜鐵的脫離時間。
根據另 一 實施形態，本公開可被指向具有包含導體與銜鐵的螺線管的 機器，其中，在縱向方向上，導體被基本上繞巻在銜鐵的周圍，并經由氣 隙與銜4失分開，銜鐵適用于在存在由導體產生的電磁場的情況下相對于導 體移動。機器還可包含有效耦合到螺線管的銜鐵致動檢測系統。銜鐵致動 檢測系統可包含經由一個或一個上的開關元件有選擇地耦合到螺線管導體 并被配置為提供電壓輸出的電源。銜鐵致動檢測系統還可包含有效耦合到 所述一個或一個以上的開關元件的控制器。控制器可^f皮配置為操作所述一 個或一個以上的開關元件以便有選擇地向螺線管導體提供電壓電位。控制 器還可被配置為測量流經螺線管導體的電流。控制器還可被配置為當測量 得到的電流達到預定的最大值時關斷電壓電位。控制器還可被配置為當測 量得到的電流達到預定的最小值時開通電壓電位。控制器可被進一步配置 為測量電壓電位的脈沖之間的時間周期。控制器還可被配置為將測量得到 的脈沖之間的時間周期與表示與螺線管導體相關聯的對數增長特性的預定 數據進行比較。控制器還可進一步配置為基于比較確定與螺線管相關聯的 銜鐵的吸入時間。


圖l提供了一原理圖，其示出了根據特定公開實施例的示例性機器； 圖2提供了根據所公開的實施例的示例性銜鐵移動檢測系統的框圖； 圖3提供了一圖表，其示出了根據所公開的實施例關于時間的螺線管 線圏電壓和電流；
圖4提供了一流程圖，其示出了根據特定公開實施例用于檢測螺線圏 銜鐵致動的示例性方法；
圖5提供了一圖表，其示出了和與螺線管相關聯的對數增長曲線相比 較的、測量得到的脈沖之間的時間；
圖6提供了 一流程圖，其示出了根據特定公開實施例用于檢測螺線管 銜鐵脫離的示例性方法；以及
圖7提供了一圖表，其示出了相對于與螺線管脫離相關聯的時間的、 測量得到的電壓脈沖之間的時間。
具體實施例方式
圖1提供了根據特定公開實施例的示例性機器100。機器100可包含 任何固定的或可移動的機器，其用于執行與工業一一例如采礦、建筑、養 殖、運輸、發電、制造以及任何其他類型的工業一一相關聯的任務。固定 機器的非限制性實例包括發動機系統、渦輪機、發電機、固定鉆孑L設備(例 如用于近海鉆探平臺)以及任何其他類型的固定機器。可移動機器的非限 制性實例包括起重機、運輸機、前懸式裝載機、牽引機、道路和非道路車 輛、汽車、挖掘機、傾卸卡車或任何其他合適的可移動機器。除其他的以 外，機器100可包含動力源101，其用于產生動力輸出；電子控制單元 (ECU) 102; —個或一個以上的螺線管120，其被配置為執行與機器100 相關聯的至少一個任務；系統IIO，其用于檢測與螺線管l加相關聯的銜 4失的移動。盡管機器100被示為卡車型牽引機器，可以想到，機器100可 包含任何合適類型的可移動或固定機器，例如上面所介紹的那些。動力源101可包含任何被配置為輸出由機器IOO使用的能量的裝置。 例如，動力源101可包含^^配置為以柴油燃料、汽油、天然氣或任何其他 類型燃料運行的燃燒發動機。作為替代和/或作為附加的是，動力源101可
包含任何類型的被配置為輸出電和/或機械能的裝置，例如燃料電池、發電 機、電池、渦輪機、交流發電機、變壓器或任何其他合適的動力輸出裝置。
ECU 102可4皮耦合到與機器100相關聯的多個子系統和部件，并被配 置為監視和控制與這些系統以及部件相關聯的運行。例如，ECU 102可被 有效耦合到動力源101，并被配置為控制和與動力源101相關聯的子系統 以及部件相關聯的運行。作為附加和/或作為替代的是，ECU102可以可通 信地耦合到系統110，并被配置為監視和控制機器100的一個或一個以上 的螺線管120的運行。盡管ECU 102^t示為機器100的控制單元，ECU 102 可包含任何類型的控制系統，例如與汽車相關聯的動力系控制模塊 (PCM)、與一件制造設備相關聯的控制器或可適用于監視和/或控制與機 器100相關聯的運行方面的任何其他合適的系統。
一個或一個以上的螺線管120可各自包含^皮配置為將電能轉換為線性 移動的機電變送器，以便致動與機器IOO相關聯的至少一個機械裝置。例 如，螺線管120可4皮配置為機電閥、繼電器、開關或其他可被配置為基于 電力輸入提供機械輸出動力的合適的裝置。例如，螺線管120可包含一個 或一個以上的被配置為調節到燃燒室的燃料流動的閥。或者，螺線管120 可包含啟動器電機開關，其被配置為促進電流以便對與機器100相關聯的 啟動器電機進行通電。作為附加或作為替代的是，可以想到， 一個或一個 以上的螺線管120可以在可能需要才A^喊致動器的電子控制的與機器100相 關聯的任何應用場合中實現。
如圖2所示，螺線管120可包含一個或一個以上的被配置為接收電力 輸入并響應于電力輸入提供機械動力輸出的部件。例如，螺線管120可包 含螺線管線圏121，其有選擇地耦合到銜4失122并通過氣隙l23與銜鐵122 分開。螺線管120還可包含定位器124，其用于在氣隙1"中不存在電磁 場時將銜鐵122定位在初始(或原始)狀態(用位置"A，，表示)。螺線管線圏121可包含任何類型的金屬導體，且可被配置為基本為繞 巻布置。這種繞巻布置可促進基本上在線圏周圍的電磁場的感應，最強的 場包含在與由線圏創建的周界(perimeter)相關聯的區域內。螺線管線圏 121可包含銅、鋁、鋼、鎳、鐵或任何其他合適的金屬或金屬合金線，其 可用于感應與電流流經導線相關聯的磁場。
銜鐵122可基本上縱向地被布置在繞巻的導體內，并被配置為在存在 由流經線圍的電流產生的電磁場的情況下相對于螺線管線圏121移動。例 如，在存在螺線管線圈121所提供的電磁場的情況下，銜鐵122可被配置 為從原始位置"A"移動到"吸入"位置"B"。銜鐵122的移動可以與電 磁場的強度成比例，并可基本上在流經螺線管線圈121的電流方向上。銜 鐵122可用任何高磁導率材料構建，例如鐵、鎳、鈷或任何其他合適的高 磁導率金屬或金屬合金。
如圖2所示，螺線管120可被有選擇地耦合到用于檢測銜鐵移動的系 統110。系統110可包含一個或一個以上的被配置為控制螺線管120運行、 監視與螺線管120相關聯的一個或一個以上的運行方面并確定與螺線管 120相關聯的銜^l失122何時具有改變的位置的部件。除其他的以外，系統 110可包含經由 一個或一個以上的開關元件130有選擇地耦合到螺線管120 的電源140以及用于監視和控制系統110的運行的控制器150。
電源140可包含用于提供由螺線管120使用的電力輸出的任何裝置。 電源140可包含例如發電機、交流發電機、電池、燃料電池、變壓器、電 力轉換器或任何其他合適的提供由螺線管120使用的AC或DC電力的裝 置。電源140可構成被配置為向與機器IOO相關聯的多個電氣系統或部件 提供電力的獨立電力源。或者，電源140可被包含在控制器150內，作為 專門用于由控制器150使用的集成單元。
開關元件130可包含一個或一個以上被配置為有選擇地將電源140耦 合到螺線管120的部件。開關元件130可包含任何類型的機喊或電氣開關， 例如固態晶體管型開關(例如FET開關、BJT開關、CMOS開關、IBGT 開關等)、繼電器裝置、斷路器或適用于有選擇地將電源l鄰耦合到螺線管120的任何其他合適的裝置。開關元件130可被ECU 102或控制器150 等控制單元電子地操作。
控制器150可包含任何類型的基于處理器的系統，其中，根據所公開 的實施例的方法和過程可被實現。控制器150可包含一個或一個以上的硬 件部件，例如中央處理單元(CPU) 151、隨機訪問存儲器(RAM)模塊 152、只讀存儲器(ROM)模塊153、存儲設備154、數據庫155。作為附 加和/或作為替代的是，控制器150可包含一個或一個以上的軟件部件，例 如包含用于執行才艮據特定公開實施例的方法的計算機可執行指令的計算機 可讀介質。可以想到，上面所列的一個或一個以上的硬件部件可使用軟件 來實現。例如，存儲設備154可包含與控制器150的一個或一個以上的其 他硬件部件相關聯的軟件分區。控制器150可包含與以上所列相比附加的、 較少的和/或不同的部件。將會明了，上面所列的部件僅僅是示例性的，不 是為了限制。
CPU 151可包含一個或一個以上的處理器，其各自被配置為執行指令 和處理數據，以^更執行一個或一個以上的與控制器150相關聯的功能。如 圖2所示，CPU 151可以可通信地耦合到RAM 152、 ROM 153、存儲設 備154、數據庫155。 CPU 151可被配置為執行計算機程序指令序列以執行 多種過程，其將在下面詳細介紹。計算機程序指令可被裝載到RAM 152 以便由CPU 151執行。
RAM 152和ROM 153可各自包含一個或一個以上的用于存儲與控制 器150和/或CPU151的運行相關聯的信息的裝置。例如，ROM 153可包 含存儲器裝置，其被配置為訪問和存儲與控制器150相關聯的信息，包括 用于識別、初始化和監視控制器150的一個或一個以上的部件與子系統的 運行的信息。RAM 152可包含存儲器裝置，其用于存儲與CPU 151的一 個或一個以上的運行相關聯的數據。例如，ROM 153可將指令裝載到RAM 152中，以便由CPU 151執行。
存儲設備154可包含任何類型的海量存儲裝置，其被配置為存儲為執 行根據所公開的實施例的過程可能由CPU151需要的信息。例如，存儲設備154可包含一個或一個以上的磁和/或光盤裝置，例如硬盤驅動器、 CD-ROM、 DVD-ROM或任何其他類型的海量介質裝置。
數據庫155可包含一個或一個以上的軟件和/或硬件部件，其進行協作 以存儲、組織、湘lL選、過濾和/或安排由控制器150和/或151使用的數據。 例如，數據庫155可包含與關聯到螺線管120的不同運行狀態的電流最大 值以及最小值相關聯的一個或一個以上的預定閾值水平。例如，數據庫155 可包含與吸入運行狀態相關聯的一組電流最大和最小閾值水平。另外，數 據庫155也可包含與保持運行狀態相關聯的第二組電流最大與最小閾值水 平。數據庫155還可包含與脫離運行狀態相關聯的第三組電流最大和最小 閾值水平。這些運行狀態各自將在下面更為詳細地介紹。CPU151可訪問 存儲在數據庫155中的信息，以l更將測量得到的螺線管線圏電流與一個或 一個以上的閾值水平進行比較，從而確定是否/何時操作一個或一個以上的 與系統110相關聯的開關元件130。可以想到，數據庫155可存儲與上面 所列相比不同的和/或附加的信息。
控制器150可被可通信地耦合到開關元件130并被配置為操作各個開 關元件130。控制器150可基于希望的螺線管120的運行來操作開關元件 130。例如，控制器150可操作開關元件130，以便向螺線管線圏121脈沖 發出由電源140供給的能量，由此提供經過螺線管線圏的可變電流，從而 產生用于致動銜4失122的磁場。控制器150可被配置為通過連續操作一個 或一個以上的開關元件130來操縱這種可變電流，從而基于希望的螺線管 120的運行產生與螺線管相關聯的電磁場。
控制器150還可以被可通信地耦合到電源140，以^f更控制與電源140 相關聯的電力輸出的電力等級。例如，對于與螺線管120相關聯的p及入狀 態，控制器150將與電源140相關聯的電力等級設置為第一電力等級。一 旦已經實現吸入，控制器150可基于希望的螺線管120的運行來改變電力 等級。除了電力等級以外，控制器150可被配置為調節與電源l卯相關聯 的其他的運行方面，例如頻率、波形等。
控制器150可被配置為監視與系統110相關聯的一個或一個以上的運行方面。例如，控制器150可包含有效耦合到系統110的一部分的一個或 一個以上的監視裝置(未示出)。這些監視裝置可包含一個或一個以上的 被配置為對與螺線管線圏121相關聯的電流或電壓水平進行監視的電流和/ 或電壓采樣裝置、凈皮配置為對所述一個或一個以上的開關裝置130的操作 之間的時間進行監視的時間計數器或用于監視與系統110相關聯的運行狀 態的任何其他合適的裝置。
控制器150可被配置為操作一個或一個以上的開關元件130和/或電源 140，以l更基于希望的螺線管120的運行來激勵螺線管線圏121。例如，在 一開始的時候，控制器150可將一個或一個以上的開關元件130引入"關 斷"狀態，對應于開關元件不傳導電流的狀態。結果，提供經過螺線管線 圏121的電流路徑的電路可被開路，防止電流并因此防止感應與螺線管線 圏121相關聯的磁場。在不存在磁力的情況下，螺線管銜鐵122可被定位 器124保持為休止在初始狀態"A"下，定位器124可包含電氣或機械元 件，例如彈簧、磁體或用于保持和/或將銜鐵122返回到初始狀態"A"的 任何其他類型的元件。
可以想到，除了將一個或一個以上的開關元件130引入"關閉"狀態 由此防止電源140與螺線管120之間的電流以外，控制器150可將一個或 一個以上的開關元件引入"減小，，狀態，由此將電流減小和/或最小化到預 定的水平。因此，可以想到，將一個或一個以上的開關元件130引入"關 斷"狀態指的是本質上將電流從第一狀態減小到第二狀態的任何活動，其 中，允許螺線管線圏所感應的磁場消失。
圖3給出了在螺線管120的示例性運行過程中與螺線管線圏121相關 聯的電流與電壓流圖。如圖3所示，通過將螺線管電路中存在的各開關元 件130引入"開通"狀態，使得電源140與螺線管120之間經由螺線管線 圏121的能量流動成為可能，控制器150可初始化螺線管120的運行。除 了將開關元件130引入"開通"以外，控制器150可基于與螺線管l加相 關聯的預定吸入電壓設置電源最大與最小電壓等級。這種吸入電壓可包含 向螺線管線圏m供給足夠大到感應具有足夠將銜鐵122從其初始位置"A"吸到吸入位置"B"的力的磁場的電流等級所需要的最小電壓等級。
由于螺線管線圏121的電感性，控制器150可#:配置為順序脈沖式關 斷和開通一個或一個以上的開關元件130，以便提供感應磁場可能需要的 可變電流。控制器150可以以預定的頻率脈沖發出此電壓。或者，才艮據一 實施例，控制器150可在一開始將電流激勵到最大電流等級。 一旦螺線管 線圏電流達到此最大等級，控制器150可將一個或以上的開關裝置130引 入關斷狀態，允許存儲在螺線管線圏121中的某些電流耗散。當電流耗散 到最小閾值等級時，控制器150可將開關引入開通狀態，由此使得電流能 夠對螺線管線圏121重新充電。
一旦線圏中的電流已經感應出強到足夠克服初始力的磁場，銜鐵122 可通過從位置"A"移動到位置"B"來致動。應當明了，銜鐵122從位置 "A"到位置"B"的移動可能導致與螺線管線圏121相關聯的電感的變化。 作為變化的結果，銜4失移動可感應出作用在吸入電壓的施加所感應的電流 的相反方向上的小電流。這種負電流可導致螺線管線圏電流達到其最大閾 值所需時間的增大。
一旦銜鐵122已經被成功吸入，控制器150可將與電源140相關聯的 最大與最小電壓等級設置為預定的保持值。由于與吸入銜鐵122相比將銜 鐵122保持在位置"B"可需要較小的能量，保持值可包含顯著小于吸入 電壓水平的最小電壓水平。這種保持值可對應于向螺線管線圏121提供這 樣的電流所需要的最小電壓水平該電流感應出具有足夠將銜鐵保持在位 置"B"的力的磁場。
為了釋放銜4失122并允許其返回到其原始狀態(即位置"A")，控 制器150可將一個或一個以上的開關裝置130引入"關斷"狀態，并允許 與螺線管線圏121相關聯的電流下降到低于保持值。隨著與螺線管線圏121 相關聯的電流的耗散，電流感應的電磁場減弱，直到初始力(定位器 所提供的)克服將銜4失122保持在保持位置"B"的電磁場的力，允許銜 鐵122 "脫離，，并返回到位置"A"。銜鐵122從位置"B"到其原始位置 "A，，的移動可導致螺線管線圏121的電感的變化。這種變化可感應螺線管線圏121內的補充(supplemental)電流，其可在與吸入電流的施加所 感應的電流相同的方向流動。這種正電流可增大電流從螺線管線圏121中 耗散可能需要的時間。
根據所公開的實施例的過程和方法可使得依賴于螺線管120的精確控 制的系統能夠準確確定銜鐵122何時致動(即銜鐵122何時"吸入"和"脫 離")。圖4提供了一流程圖400，其示出了用于操作與控制器150相關 聯的系統110的示例性方法。
如圖4所示，該方法包含向與螺線管120相關聯的螺線管線圏121提 供電壓(步驟410)。例如，控制器150可調節最大與最小電壓閾值水平， 以便向螺線管線圏121提供適當的吸入電壓，并將開關元件130引入"開 通"狀態。結果，吸入電壓可,皮施加到螺線管線圏121的兩端，4吏得電流 在其中流動。
一旦電壓已被提供給螺線管線圏121，流經螺線管線圏121的電流可 被測量(步驟420)。例如，控制器150可包含一個或一個以上電流監視 裝置，其被配置為自動監視與螺線管線圈121相關聯的電流。控制器150 可被配置為連續監視螺線管線圏電流。或者，控制器150可基于預定的采 樣率周期性地對螺線管線圏電流進行采樣。
控制器150可將測量得到的與螺線管線圏121相關聯的電流與最大電 流閾值相比較(步驟430 )。例如，控制器150的CPU 151可將測量得到 的電流與存儲在數據庫155中的預定最大電流閣值進行比較。如果螺線管 線圈電流沒有達到此最大閾值，控制器150可繼續監視線圏電流(步驟430: 否)。或者，如果螺線管線圏電流達到了最大閾值，控制器150可將一個 或一個以上的開關裝置引入"關斷"狀態，由此截止到螺線管線圏121的 供給電壓，并允許螺線管線圏電流耗散(步驟440)。
在螺線管線圏電流耗散時，控制器150可測量螺線管線圏電流(步驟 450)并將測量得到的電流與最小閣值進行比較(步驟460)。例如，與控 制器150相關聯的CPU 151可將測量得到的螺線管線圏電流與存儲在數據 庫155中的預定的最小闊值進行比較。如果螺線管線圈電流沒有耗散到最小閾值水平，控制器150可繼續測量通過螺線管線圏121的電流(步驟460: 否)。
或者，如果螺線管線圏電流已經耗散到最小閾值水平(步驟460:是)， 控制器150可將開關裝置130引入"開通"狀態，并測量開通與關斷開關 裝置130之間的時間(步驟470 )。例如，與控制器150相關聯的CPU 151 可提供開通開關裝置130的控制信號。CPU 151也可在開關裝置130的連 續操作中測量在開通與關斷開關裝置130之間經過的時間。CPU 151可在 存儲設備154中存儲測量得到的時間，以便用于將來的分析。
一旦脈沖開通和關斷與螺線管121相關聯的電壓之間的時間得到測 量，控制器150可將此時間和與對應脈沖相關聯的電感增長值進行比較(步 驟480)。例如，控制器150可將脈沖之間的多個時間值與螺線管線圏121 的電感相對于時間的理想圖線進行比較。由于脈沖之間的時間的量直接與 螺線管線圏121的電感成比例，測量得到的脈沖之間的時間應當與電感增 長密切對應。例如，圖5——其提供了電壓脈沖之間的時間(即開通和關 斷開關裝置130之間的時間)相對于時間的圖線一一示出，測量得到的脈 沖之間的時間(用虛線表示) 一般和與螺線管線圏Ul相關聯的電感相對 應。在第一脈沖4皮施加開始的各個特定時間上，控制器150可將理想電感 值與測量得到的脈沖之間的時間進行比較。
一旦已經將測量得到的脈沖之間的時間與電感增長值進行比較，控制 器150可確定與螺線管120相關聯的銜鐵122的吸入時的時間(步驟4卯)。 根據一實施例，控制器150可在圖線上將多個脈沖間時間和與螺線管線圏 121關聯的理想電感曲線進行比較，例如圖5所示。吸入時間可被選擇為 測量得到的脈沖之間的時間與理想電感曲線之間的偏差為最大的時間。根 據另一實施例，控制器150可將測量得到的脈沖之間的時間與預定的偏差 閾值進行比較，該偏差閾值可基于對先前結果的分析或由實驗結果收集的 經驗數據進行選擇。如果測量得到的脈沖之間的時間在與對應的電感值比 較時超過預定的偏差閣值，控制器150可確定在該測量得到的時間段內發 生銜鐵吸入。根據另一實施形態且除了檢測與銜鐵122相關聯的吸入時間以外，系 統110可檢測與螺線管120相關聯的銜鐵122的脫離時間。脫離時間可在 與螺線管線圏121相關聯的電流已經耗散到低于保持電流后確定。圖6示 出了流程圖600，其示出了用于由系統IOO確定致動器122的脫離時間的 操作的示例性方法。如圖6所示，通過關斷一個或一個以上的開關裝置130， 允許與螺線管線圏121相關聯的電流耗散，控制器150可脈沖式關斷施加 到螺線管線圈121的電壓。隨著螺線管線圏電流耗散，控制器150可監4見 與螺線管線圏121相關聯的電流(步驟601)。
控制器150可將監4見得到的螺線管線圏電流與最小電流閾值水平進行 比較(步驟602)。例如，與控制器150相關聯的CPU151可將監視得到 的電流與存儲在數據庫155中的預定最小閾值水平進行比較。這一閾值水 平可包含被設置為小于對應的最大值的某個水平的預定值，其均被設置為 小于保持電流水平的水平。如果螺線管線圏電流沒有達到最小閾值水平(步 驟602:否)，控制器150可繼續監視與螺線管線圏121相關聯的電流。
或者， 一旦螺線管線圈電流已經達到最小閾值水平，控制器150可操 作一個或一個以上的開關裝置130，以^^向螺線管線圏121提供測試電壓 (步驟603)。例如，控制器150可將電源l訓調節為測試電壓水平，其 中，測試電壓水平的最大幅值低于保持電壓水平。控制器150于是可將開 關裝置引入"開通"狀態，由此將電源140耦合到螺線管線圈121。
一旦測試電壓已經被施加到螺線管線圏121,控制器可測量與所施加 的電壓有關的電流(步驟604)。可將測量得到的電流與最大閾值水平進 行比較，最大閾值水平已被設置為小于保持電流水平的水平。如果電流水 平沒有達到最大閾值水平(步驟605:否)，控制器l50可繼續測量螺線 管線圈電流。
或者，如果測量得到的螺線管線圏電流已經達到最大閾值水平(步驟 605:是)，控制器150可關斷一個或一個以上的開關裝置130(步驟606)， 由此允許螺線管線圏電流耗散。隨著與螺線管線圏121相關聯的電流耗散, 控制器150可測量螺線管線圏電流(步驟607)，以便確定測量得到的電流是否達到預定的最小閾值(步驟608)。如果電流未達到預定閾值(步 驟608:否)，控制器150可繼續監視螺線管線圏電流。
然而，如果螺線管線圏電流已經達到最小閾值(步驟608:是)，電 壓可被脈沖式開通，且開關裝置脈沖式關斷與開通之間的時間可被測量(步 驟609)。例如，控制器150可包含時間計數器，其記錄開關元件130的 操作之間的時間間隔。這些時間間隔可被存儲在存儲設備154中，用于將 來的使用和/或分析。
脈沖式開通和關斷測試電壓的過程可繼續到基本上所有的與螺線管線 圈121相關聯的電流已經耗散。 一旦電流已耗散，控制器150可比較測量 得到的各測試電壓脈沖之間的時間周期(步驟610)。作為選自所有測量 得到的時間周期的、與脈沖之間的最大時間對應的時間，控制器150于是 可確定脫離時間(步驟611)。例如，如圖7所示，其提供了一圖表，該 圖表顯示出對于與螺線管120相關聯的多個操作測量得到的在脈沖之間的 時間，當測量得到的脈沖之間的時間達到最大值時發生脫離。如上所述， 此時間峰值對應于耗散由于銜鐵122的脫離引起的磁場變化感應的附加電 流所需要的增大的時間。
工業應用性
所公開的銜鐵移動檢測系統可適用于電磁變送器中的銜鐵移動的準確 且可靠確定可能有利的任何系統。具體而言，所公開的銜鐵移動檢測系統 可提供用于確定螺線管致動器的吸入時間與脫離時間的方法，吸入時間與 脫離時間在依賴于螺線管操作的精確控制的系統中可能是關鍵的。
當前公開的銜鐵移動檢測系統可提供幾個優點。例如，系統110可被 配置為在吸入電壓已被截止后確定與螺線管銜鐵相關聯的脫離時間。結果， 脈沖式測試電壓可被施加到螺線管120，使得與監視可能難以檢測的、螺 線管線圏電流變化的傳統系統相比，系統110能夠更為準確地確定與銜鐵 122相關聯的脫離時間。
另外，當前公開的銜鐵移動檢測系統可增強與機器IOO相關聯的系統 的控制能力。例如，通過允許系統將由于磁場的建立引起的銜鐵移動的任何延遲考慮在內，確定吸入時間與脫離時間的能力可使得系統110更為準 確地控制銜鐵122的致動。結果，依賴于銜鐵致動的精確控制的系統(例 如燃料噴射系統)可變得更為高效。
本領域技術人員將會明了，在不脫離本發明的范圍的情況下，可對所 公開的螺線管銜鐵移動檢測系統進行多種修改和變化。由^^開的實踐和 考慮本說明書，本領域技術人員將會想到本公開的其他實施例。本說明書 和實例僅僅用于示例，^^開的真實范圍由所附權利要求及其等價內容給 出。
權利要求
1. 一種用于檢測與螺線管(120)相關聯的銜鐵(122)的致動的方法，其包含向與螺線管相關聯的螺線管線圈(121)提供電壓電位；測量流經螺線管線圈的電流；當測量得到的電流達到預定的最大值時關斷電壓電位；當測量得到的電流達到預定的最小值時開通電壓電位；測量與開通以及關斷電壓電位相關聯的脈沖之間的時間周期；將測量得到的脈沖之間的時間周期與表示與線圈相關聯的電感增長水平的預定數據進行比較；以及基于比較，確定與螺線管相關聯的銜鐵的吸入時間。
2. 根據權利要求l的方法，其中，預定數據包含與螺線管線圏相關聯的對數增長特性。
3. 根據權利要求2的方法，其中，對數增長特性包含與螺線管線圏相關聯的電感。
4. 根據權利要求l的方法，其中，所述確定還包含將表示測量得到的脈沖之間的時間周期相對于預定數據的最大偏差的時間識別為吸入時間。
5. 根據權利要求l的方法，其中，測量脈沖之間的時間周期包含測量開通電壓電位與關斷電壓電位之間的時間。
6. —種銜4失致動檢測系統，其包含電源(140)，其經由一個或一個以上的開關元件(130)被有選擇地耦合到螺線管線圏(121)且被配置為提供電壓輸出；控制器(150)，其被有效耦合到所述一個或一個以上的開關元件，且凈皮配置為操作所述一個或一個以上的開關元件，以便有選擇向螺線管線圏提供電壓電位；測量流經螺線管線圏的電流；當測量得到的電流達到預定的最大值時關斷電壓電位； 當測量得到的電流達到預定的最小值時開通電壓電位； 測量電壓電位的脈沖之間的時間周期；將測量得到的脈沖之間的時間周期與表示與螺線管線圏相關聯的對數 增長特性的預定數據進行比較；以及基于比較，確定與螺線管相關聯的銜鐵的吸入時間。
7. 根據權利要求6的系統，其中，控制器包含與機器(100)相關聯 的電子控制單元(102)。
8. 根據權利要求6的系統，其中，預定數據包含與關聯到螺線管線圏 電感的隨時間的對數增長相關聯的數據。
9. 根據權利要求6的系統，其中，預定數據包含與關聯到由螺線管線 圏感應的磁場的隨時間的對數增長相關聯的數據。
10. 根據權利要求6的系統，其中，控制器被進一步配置為將與測量 得到的脈沖之間的時間周期與預定數據之間的最大偏差相關聯的時間識別 為吸入時間。
全文摘要
一種用于檢測與螺線管(120)相關聯的銜鐵(122)的致動的方法。該方法包含向與螺線管相關聯的螺線管線圈(121)提供電壓電位。該方法還包含測量流經螺線管線圈的電流。該方法還包含當測量得到的電流達到預定的最大值時關斷電壓電位。該方法還包含當測量得到的電流達到預定的最小值時開通電壓電位。該方法還包含測量與開通以及關斷電壓電位相關聯的脈沖之間的時間周期。該方法還包含將測量得到的脈沖之間的時間周期與表示與線圈相關聯的電感增長水平的預定數據進行比較。該方法還包含基于比較來確定與螺線管相關聯的銜鐵的吸入時間。
文檔編號H01F7/18GK101484953SQ200780025005
公開日2009年7月15日 申請日期2007年3月30日 優先權日2006年5月30日
發明者J·W·舒馬赫 申請人:卡特彼勒公司