DE10011924A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils zur Kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils zur Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine, wobei die in einem Booster-Kondensator (C¶BOOST¶) gespeicherte aus einer Versorgungsbatterie (BATT) erzeugte Ladung in einer Boosterphase (T¶BOOST¶) zu Beginn der Ansteuerung in eine Magnetspule (1, 2, 3) des Magnetventils umgeladen wird, die dadurch gekennzeichnet sind, dass unmittelbar nach der Boosterphase (T¶BOOST¶) die Spannung (U¶BATT¶) der Versorgungsbatterie (BATT) während einer bestimmten Zeitdauer (T¶X¶) auf die Magnetspule (1, 2, 3) des Magnetventils durchgeschaltet wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerverfahren sowie eine Schaltungsanordnung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Bei einem bekannten Verfahren zur Ansteuerung eines Einspritzmagnetventils wird im Umschwingverfahren Ladung zwischen dem Booster-Kondensator und der Magnetspule des Injektors z. B. aus 75 V, teilweise aus 90 V auf den maximalen Boosterstrom übertragen.

Nach der Boosterphase zu Anfang des Ansteuervorgangs wird beim bekannten Verfahren eine Freilaufphase auf das untere Anzugsstromniveau eingeleitet. Danach erst wird die Batteriespannung zugeschaltet und einige Takte der Anzugsstromregelung mit Hysterese ausgeführt, in der Erwartung, dass der Strom auf das obere Anzugsstromniveau ansteigt.

Allerdings hat sich bei Messungen, vor allem mit einer Entladung von 90 V auf 55 V gezeigt, dass bei niederen Batteriespannungen die Magnetspule des Injektors langsamer öffnet und dadurch eine deutlich geringere Kraftstoffmenge einströmt. Dies ist vor allem bei kurzen Voreinspritzmengen kritisch. Die Ursache dafür ist die beim bekannten Verfahren nach der Boosterphase eingeleitete Freilaufphase, bei der der Strom in kurzer Zeit auf das untere Anzugsstromniveau absinkt und bei niederer Batteriespannung, abhängig vom Spannungspegel der Batterie nur noch langsam ansteigt oder auch langsam weiter abfällt. Die Magnetspule des Magnetventils ist so hochohmig, dass bei heißem System aus der Batterie bei der Batteriespannung von 10 V nur maximal 14 A fließen können, wobei das Anzugsstromniveau bei 20 A liegt.

Die bei bekannten Verfahren nach der Boosterphase eingeleitete Freilaufphase erstreckt sich in der Zeit, in der Magnetanker des Magnetventils bewegt wird. Wenn in dieser Zeit ein zu kleiner Strom fließt, hat dies negative Auswirkungen auf die Geschwindigkeit der Bewegung des Magnetankers.

In bei der Robert Bosch GmbH in Entwicklung befindlichen Common-Rail-Einspritzsystemen wird eine zig-fach größere Boosterkapazität eingesetzt, die als Spannungsquelle wirkt. Um hier ein zeitlich ähnliches Stromanstiegsverhalten, wie beim Umschwingverfahren zu erhalten, ist die derzeit noch übliche Freilaufphase nach der Boosterphase besonders nachteilig.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ansteuerverfahren und eine Ansteuerschaltung für wenigsten ein Magnetventil zur Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine so anzugeben, dass die Abhängigkeit der Öffnungsgeschwindigkeit und damit der Einspritzmenge vor allem bei kurzen Voreinspritzmengen von der Batteriespannung vermieden wird.

Kern der Erfindung ist, dass unmittelbar nach der Boosterphase in jedem Fall die Batteriespannung auf die Magnetspule des Einspritzventils durchgeschaltet wird. Es darf sich auf keinen Fall eine Freilaufphase an die Boosterphase anschließen. Die Durchschaltung der Batteriespannung auf die Magnetspule erfolgt für eine bestimmte oder bestimmbare Zeitdauer.

Bei ausreichender Batteriespannung kann sich danach die Anzugsstromregelung anschließen. Bei zu niederer Batteriespannung wird der Strom je nach Spannung gleichbleiben oder auch langsam absinken.

Wichtig ist, dass in dieser Zeitdauer der Strom nicht oder bei zu geringer Batteriespannung nur langsam absinken darf. Dies wird eben durch das vorgeschlagene Durchschalten der Batteriespannung auf die Magnetspule erreicht.

Es existieren mehrere Möglichkeiten oder Ausführungsbeispiele, wie die Batteriespannung unmittelbar nach der Boosterphase auf die Magnetspule des Einspritzventils geschaltet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel ist die Durchschaltung der Batteriespannung auf die Magnetspule durch den Highside- Feldeffekt-Transistorschalter der Einspritzventil- Endstufenschaltung. Zum Beispiel wird der Highside- Feldeffekt-Transistorschalter vor dem Öffnen des Boosterschalters geschlossen. Vorzugsweise werden der Boosterschalter und der Highside-Schalter gleichzeitig geschlossen.

Eine andere Möglichkeit ist, den Highside- Feldeffekttransistorschalter zu Beginn der Anzugsphase für eine bestimmte Zeitdauer geschlossen zu halten.

Eine weitere Möglichkeit zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, zu Beginn der Anzugsphase für eine bestimmte Zeit dem Anzugsstrom einen erhöhten Sollwert vorzugeben.

Eine weitere Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, besteht darin, den Wert des Boosterstroms über den Anzugsstrom anzuheben.

Vorteilhafterweise wird dadurch erreicht, dass das Stromniveau unmittelbar nach der Boosterphase nicht oder nur ganz langsam absinkt und dass dadurch ausreichend Strom bzw. Energie in die Magnetspule des Magnetventils fließt, um den Magnetanker auch bei einer geringeren Batteriespannung in gleicher Zeit zu bewegen.

Zeichnung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens dienende Schaltungsanordnung werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens geeignete Ansteuerschaltung beispielhaft für eine Bank mit drei Magnetventilen.

Fig. 2 zeigt graphisch den Verlauf des Stroms durch die Magnetspule eines Magnetventils ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 3 zeigt graphisch in gleicher Weise wie Fig. 2 den Stromverlauf durch die Magnetspule eines Magnetventils bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiel

Gemäß Fig. 1 sind beispielhaft drei Magnetventile durch ihre Magnetspulen 1, 2, 3 angedeutet, die mit ihren Highside-Enden zusammengeschaltet sind und über eine Highside-Diode 18, einen Highside- Feldeffekttransistorschalter 10 und einen Highside-Shunt 16 mit einem ersten Anschluss einer Versorgungsbatterie BATT in Verbindung stehen.

Die anderen Enden der Magnetventile 1, 2,3 stehen jeweils separat über je einen Lowside-Feldeffekttransistorschalter 11, 12 und 13 und einen Lowside-Shunt 15 mit dem anderen Anschluss der Versorgungsbatterie BATT in Verbindung.

Ein Boosterkreis weist einen Booster-Kondensator C_BOOST, einen Booster-Feldeffekttransistorschalter 9 und eine Booster-Diode 17 auf und steht am Highside-Ende der Booster-Diode 17 mit den miteinander verbundenen Highside- Enden der Magnetventile 1, 2, 3 und am Lowside-Ende des Booster-Kondensators C_BOOST über den Lowside-Shunt 15 mit dem anderen Anschluss der Batterie BATT in Verbindung.

Weiterhin ist eine Freilaufdiode 14 zwischen den Highside- Enden der Magnetspulen 1, 2, 3 und dem anderen Anschluss der Versorgungsbatterie BATT vorgesehen.

Eine Schnittstelle zu einer programmierbaren Steuereinheit 21 aufweisende Treiberschaltung 20 hat Treiberausgänge, die mit Steuereingängen der Feldeffekttransistorschalter 9, 10, 11, 12, 13 in Verbindung stehen.

Ferner kann die Treiberschaltung 20 (nicht gezeigte) Messkreise enthalten, die eingangsseitig mit dem Highside- Shunt und dem Lowside-Shunt 15 verbunden sind, um jeweils die durch den Highside-Feldeffekttransistorschalter 10, den Booster-Feldeffekttransistorschalter 9 und die Lowside- Feldeffekttransistorschalter 11, 12, 13 fließenden Ströme zu messen.

Parallel zur Versorgungsbatterie BATT ist eine Gruppe von Batteriekondensatoren 19 hoher Kapazität geschaltet, um die Rückwirkung, d. h. die Spitzen der durch die Magnetventile fließenden hohen Ströme zu glätten.

Obwohl in Fig. 1 nur eine Gruppe oder Bank von Magnetventilen 1, 2, 3 dargestellt ist, ist es dem Fachmann deutlich, dass die Ansteuerschaltung gemäß Fig. 1 mehrere Gruppen oder Bänke von Magnetventilen aufweisen kann, wobei ein Highside-Feldeffekttransistorschalter 10 und ein Booster-Feldeffekttransistorschalter 9 für alle Bänke gemeinsam sein kann und die Magnetventile jeder Bank jeweils einzeln mit einem eigenen Lowside- Feldeffekttransistorschalter 11, 12, 13 verbunden sind.

Um möglichst kurze Schaltzeiten erreichen zu können, wird der Injektor bzw. das Magnetventil mit einer hohen Boosterspannung beaufschlagt.

Dies führt gemäß Fig. 2, die graphisch den durch eine Magnetspule 1, 2 oder 3 fließenden Strom darstellt, während der Boosterphase T_BOOST zu einem steilen Stromanstieg. Ab einem bestimmten Stromschwellwert, der am Shunt 15 abgreifbar ist, wird üblicherweise auf die anschließende Anzugsstromregelung umgeschaltet.

Folgt der Boosterphase, wie bei dem oben geschilderten bekannten Ansteuerverfahren, eine Freilaufphase, sinkt der Strom in kurzer Zeit auf das untere Anzugsstromniveau ab und steigt dann bei niederer Batteriespannung U_BATT abhängig von dieser Batteriespannung nur noch langsam an oder fällt sogar weiterhin ab. Dies ist in Fig. 2 in der an die Boosterphase T_BOOST unmittelbar anschließenden Phase erkennbar, bei der der Strom in kurzer Zeit auf das untere Anzugsstromniveau absinkt (siehe Pfeil A).

Die Freilaufphase liegt zeitlich in der Phase, in der der magnetische Anker bewegt wird.

Erfindungsgemäß steuern die Ansteuermittel 20, 21 die Feldeffekttransistorschalter, d. h. den Boosterschalter 9, den Highside-Feldeffekttransistorschalter 10 und die Lowside-Feldeffekttransistorschalter 11-13 so an, dass nach der Boosterphase T_BOOST in jedem Fall die Batteriespannung U_BATT auf die Magnetspule 1, 2, 3 des jeweils anzusteuernden Magnetventils durchgeschaltet wird. Der Boosterphase darf sich auf keinen Fall die Freilaufphase anschließen.

Die Batteriespannung wird während einer bestimmbaren Zeit T_x auf die jeweilige Magnetspule 1, 2, 3 durchgeschaltet. Bei ausreichender Batteriespannung kann sich danach die Anzugstromregelung anschließen.

Es gibt verschiedene Ansteuerverfahren, die von den Ansteuermitteln 20, 21, um ein Absinken des Stroms nach der Boosterphase T_BOOST zu vermeiden, ausgeführt werden können.

Bei einem ersten Verfahren wird der Highside- Feldeffekttransistorschalter 10 vor dem Öffnen des Boosterschalters 9 geschlossen. Dabei werden vorzugsweise der Boosterschalter 9 und der Highside- Feldeffekttransistorschalter 10 gleichzeitig zu Beginn der Boosterphase geschlossen.

Eine andere Verfahrensweise ist, den Highside- Feldeffekttransistorschalter 10 zu Beginn der Anzugsphase für eine feste Zeit T_x geschlossen zu halten.

Eine weitere Verfahrensweise ist, zu Beginn der Anzugsphase dem Anzugsstrom für eine feste Zeit einen erhöhten Sollwert vorzugeben.

Eine weitere Verfahrensweise ist, den Wert des Boosterstroms über den Anzugsstrom anzuheben.

Bei keinem der oben geschilderten Ansteuerverfahren darf sich der Boosterphase T_BOOST eine Freilaufphase anschließen.

Die mit den oben geschilderten verschiedenen Verfahrensweisen ermöglichte Verbesserung zeigt die den Stromverlauf durch eine Magnetspule 1, 2, 3 darstellende Kurve der Fig. 3.

Unmittelbar nach der Boosterphase T_BOOST kommt erfindungsgemäß die festlegbare Zeitdauer T_x, in der nach einem Ausführungsbeispiel der Highside-Schalter 10 die Batteriespannung U_BATT auf die durch den jeweiligen Lowside­ schalter gewählte Magnetspule 1, 2, 3 durchschaltet. Dadurch erhöht sich die Stromstärke zu Beginn der Anzugsphase (Pfeil B) über die in Fig. 2 mit dem Pfeil A gezeigte Stromstärke hinaus und sinkt von diesem Strommaximum dann bis zum Ende der Zeitdauer T_x auf die Anzugsstromstärke ab.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Phase T_x schließt sich dann die Anzugsstromregelung an.

Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ansteuerverfahrens ist, dass nach der Boosterphase ausreichend Strom bzw. Energie in die Spule fließt, um den Anker in kurzer Zeit zu bewegen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils zur Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine, wobei die in einem Booster-Kondensator (C_BOOST) gespeicherte aus einer Versorgungsbatterie (BATT) erzeugte Ladung in einer Boosterphase (T_BOOST) zu Beginn der Ansteuerung in eine Magnetspule (1, 2, 3) des Magnetventils umgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der Boosterphase (T_BOOST) die Spannung (U_BATT) der Versorgungsbatterie (BATT) während einer bestimmten Zeitdauer (T_x) auf die Magnetspule (1, 2, 3) des Magnetventils durchgeschaltet wird.

2. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zeitdauer (T_x) keine Freilaufphase auf das Anzugstromniveau aktiviert wird.

3. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn der Zeitdauer (T_x) ein die Magnetspule mit der Versorgungsbatterie (BATT) verbindender erster Schalter vor dem Öffnen eines den Booster- Kondensator (C_BOOST) mit der Magnetspule verbindenden zweiten Schalters geschlossen wird.

4. Ansteuerverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und der erste Schalter gleichzeitig geschlossen werden.

5. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Magnetspule des Magnetventils mit der Versorgungsbatterie verbindender erster Schalter zu Beginn der Anzugsphase des Magnetventils für die Zeitdauer (T_x) geschlossen gehalten wird.

6. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Zeitdauer (T_x) für den Anzugsstrom des Magnetventils ein erhöhter Sollwert vorgegeben wird.

7. Ansteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Booster-Stromstärke über die Anzugsstromstärke angehoben wird.

8. Ansteuerschaltung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils zur Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine mit einem ersten Schalter (10), der zwischen einem ersten Anschluss einer Batterieversorgungsspannung (U_BATT) und einem ersten Anschluss einer Magnetspule (1, 2, 3) des wenigstens einen Magnetventils angeordnet ist, einem Booster-Kreis, der einen Booster-Kondensator (C_BOOST) und einen zweiten Schalter (9) aufweist und der zwischen dem ersten Anschluss der Magnetspule (1, 2, 3) und einem zweiten Anschluss der Batterieversorgungsspannung eingeschaltet ist, dritten Schaltern (11-13), die jeweils zwischen einem zweiten Anschluss der Magnetspule eines zugeordneten Magnetventils und dem zweiten Anschluss der Batterieversorgungsspannung angeordnet sind und mit Ansteuermitteln (20, 21), die die ersten bis dritten Schalter (9-13) so ansteuern, dass die im Booster-Kondensator (C_BOOST) gespeicherte aus der Versorgungsbatterie (BATT) erzeugte Ladung in einer Boosterphase (T_BOOST) zu Beginn der Ansteuerung des Magnetventils in die Magnetspule (1, 2, 3) desselben umgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) zu Beginn der Ansteuerung unmittelbar nach der Boosterphase die Batterieversorgungsspannung während einer bestimmten Zeitdauer (T_x) auf die Magnetspule (1, 2, 3) des Magnetventils durchschalten.

9. Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) zu Beginn der Zeitdauer (T_x) den ersten Schalter vor dem Öffnen des zweiten Schalters schließen.

10. Ansteuerschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) den ersten und zweiten Schalter (10, 9) gleichzeitig schließen.

11. Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) den ersten Schalter (10) zu Beginn der Anzugsphase des Magnetventils (1, 2, 3) für die Zeitdauer (T_x) geschlossen halten.

12. Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) zu Beginn der Anzugsphase für die Zeitdauer (T_x) einen erhöhten Sollwert für den Anzugsstrom vorgeben.

13. Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) die Stromstärke des Boosterstroms über die des Anzugsstroms anheben.

14. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (9-13) Feldeffekttransistoren sind, deren Steueranschlüsse jeweils mit den Ansteuermitteln (20, 21) verbunden sind.

15. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (20, 21) Treiberschaltungen (20) für jeden Feldeffekttransistorschalter (9-13) und eine programmierbare Steuereinheit (21) aufweisen, die über eine Schnittstelle mit den Treiberschaltungen verbunden ist.