DE10034458A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers beschrieben. In einer ersten Boosterphase zu Beginn der Ansteuerung wird der Verbraucher mit einer gegenüber einer weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung beaufschlagt. Es werden eine erste Bedingung und eine zweite Bedingung überprüft. Die Boosterphase endet, wenn eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, wobei die zweite Bedingung so gewählt ist, dass sie in einem Normalbetrieb nicht zur Wirkung kommt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrau­ chers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers ist beispielsweise aus der DE 198 26 037 A1 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorgehensweise wird in einer sogenannten Boosterphase zu Be­ ginn der Ansteuerung der Verbraucher mit einer gegenüber der weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung beaufschlagt. Während dieser Boosterphase wird der Verbraucher vorzugsweise aus einem Boosterkondensator mit hoher Spannung beaufschlagt, worauf ein schneller Stromanstieg folgt. In einer sich an­ schließenden Anzugsphase bzw. einer anschließenden Haltepha­ se wird der Verbraucher aus der üblichen Versorgungsspannung versorgt. Bei einem Fahrzeug handelt es sich hierbei um die Batterie. Vor der nächsten Einspritzung wird der Boosterkon­ densator wieder in seinen ursprünglichen Ladezustand ver­ setzt. Hierzu wird vorzugsweise ein DC/DC-Wandler verwendet. Das Kriterium zur Beendung der Boosterphase ist beim Stand der Technik vorgesehen, dass das Umschalten in die Anzugs­ phase erfolgt, wenn der Strom einen bestimmten Stromschwel­ lenwert erreicht.

Vom Beginn der Boosterphase bis zum Erreichen des Sollstroms wird dem Boosterkondensator eine bestimmte Energie entzogen. Vor Beginn der folgenden Boosterphase, muß der Boosterkon­ densator mittels des DC/DC-Wandlers wieder auf seine Soll­ spannung nachgeladen werden. In ungünstigen Betriebszustän­ den, beispielsweise bei großen Drehzahlen, steht nur eine sehr kurze Ladezeit zur Verfügung. Aufgrund der begrenzten Ladeleistung des DC/DC-Wandlers kann der Fall eintreten, dass beim Beginn der folgenden Boosterung der Nachladevor­ gang noch nicht vollständig abgeschlossen ist. In diesem Fall startet die folgende Boosterphase mit einer verringer­ ten Boosterspannung und der Strom erreicht aufgrund seines geringeren Anstieges erst später seinen Stromschwellenwert. Dadurch wird dem Boosterkondensator noch mehr Energie entzo­ gen, was zu einer starken Abnahme der Boosterspannung inner­ halb weniger Einspritzungen führen kann.

(A) Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah­ ren und einer Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers einen sicheren Betrieb des elektromagnetischen Verbrauchers zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen ge­ kennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, dass eine erste und eine zweite Bedingung überprüft werden, wobei die Boosterphase endet, wenn eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, und die zweite Bedingung so gewählt ist, dass sie nur außerhalb des Normalbetriebs zur Wirkung kommt, kann sicher erreicht werden, dass während der Boo­ sterphase der Boosterkondensator nur so wenig Energie entzo­ gen wird, dass diese während des nächsten Ladevorganges wie­ der in den Boosterkondensator eingebracht werden kann. Da­ durch wird gewährleistet, dass die Spannung am Boosterkon­ densator nach einigen Einspritzungen nicht abfällt und eine stabile Boosterspannung erzielt wird. Dadurch wiederum kann ein sicherer Betrieb des Verbrauchers erzielt werden. Vor­ teilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehenswei­ se.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel eines elektromagnetischen Verbrauchers in Form ei­ nes Hochdruck-Einspritzventils beschrieben. Solche Magnet­ ventile werden insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffzu­ fuhr in Brennkraftmaschinen eingesetzt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Anwendung be­ schränkt, sie kann grundsätzlich bei allen elektromagneti­ schen Verbrauchern, die zu Beginn der Ansteuerung mit einer erhöhten Spannung beaufschlagt werden, insbesondere um einen schnellen Schaltvorgang zu erzielen, eingesetzt werden.

Die wesentlichen Elemente einer entsprechenden Vorrichtung sind in Fig. 1 als Blockdiagramm dargestellt. Der elektro­ magnetische Verbraucher ist mit 100 bezeichnet. Dieser steht über ein erstes Schaltmittel 110 mit einer Versorgungsspan­ nung 120 in Verbindung. Desweiteren steht der Verbraucher 100 über ein Strommeßmittel 130 mit einem Masseanschluß 140 in Kontakt. Über ein zweites Schaltmittel 150 ist der Ver­ braucher 100 ferner mit einer Spannungsquelle 160 verbunden.

Das erste und das zweite Schaltmittel wird von einer Steue­ rung 170 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Desweiteren wird ein Ausgangssignal des Strommeßmittels 130 der Steuerung 170 zugeleitet.

Das erste und das zweite Schaltmittel 110 bzw. 150 sind vor­ zugsweise als Halbleiterschalter insbesondere als Feldef­ fekt Transistoren ausgebildet. Neben den dargestellten Schaltmitteln können zusätzliche Schaltmittel, insbesondere zwischen dem Verbraucher 100 und dem Masseanschluß, vorgese­ hen sein. Bei der Versorgungsspannung 120 handelt es sich bei der Anwendung an einem Kraftfahrzeug vorzugsweise um die Fahrzeugbatterie.

Die Spannungsquelle 160 ist vorzugsweise als Kondensator ausgebildet, der auf eine gegenüber der Versorgungsspannung erhöhte Spannung aufgeladen werden kann. Zur Aufladung des Kondensators dient vorzugsweise ein DC/DC-Wandler. Bei be­ sonders vorteilhaften Ausgestaltungen wird die beim Abschal­ ten freiwerdende Energie des Verbrauchers 100 in den Konden­ sator zurückgeführt. Der Kondensator wird häufig auch als sogenannter Boosterkondensator bezeichnet.

Die Vorgehensweise ist nicht auf die Verwendung eines Boo­ sterkondensators beschränkt. Sie kann auch bei anderen Aus­ gestaltungen von Spannungsquellen 160 verwendet.

Das Strommeßmittel 130 ist vorzugsweise als ohmscher Wider­ stand ausgebildet, wobei dessen Spannungsabfall ein Maß für die durch den Verbraucher 100 fließenden Strom darstellt. Die Anordnung des Strommeßmittels 130 ist nur beispielhaft gewählt, es kann auch zwischen dem Verbraucher 100 und dem ersten und zweiten Schaltmittel angeordnet sein.

Die Steuerung 170 beaufschlagt das erste und das zweite Schaltmittel abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftma­ schine und/oder dem durch den Verbraucher 100 fließenden Strom.

Üblicherweise erfolgt die Ansteuerung derart, dass in einer ersten Phase, die auch als Boosterphase bezeichnet wird, das zweite Schaltmittel in seinem geschlossenen und das erste Schaltmittel in seinem geöffneten Zustand befindet. Dies be­ deutet, der Verbraucher wird mit einer gegenüber der Versor­ gungsspannung erhöhten Spannung beaufschlagt. Dies führt zu einem steilen Stromanstieg. Erreicht der Strom, der durch den Verbraucher fließt, einen bestimmten Schwellenwert, so wird das Schaltmittel 150 geöffnet und das erste Schaltmit­ tel 110 geschlossen. Abhängig von dem Vergleich zwischen dem gemessenen Strom und dem Sollwert für den Strom wird dann das Schaltmittel 1 im Sinne einer Stromregelung angesteuert. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine getaktete Steuerung erfolgt.

Die Zeitpunkte und die Stromwerte hängen vorzugsweise von nicht dargestellten Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschi­ ne ab.

Während der Ansteuerung wird üblicherweise zwischen einer Anzugsphase und einer Haltephase unterschieden. Während der Anzugsphase wird ein gegenüber der Haltephase erhöhter Stromwert eingestellt.

Im Normalbetrieb erfolgt die Umschaltung zwischen der Boo­ sterphase und der Anzugsphase abhängig von dem Erreichen ei­ nes Stromschwellenwerts. Der Normalbetrieb liegt vor, wenn unmittelbar vor der Boosterphase die an der Spannungsquelle 160 anliegende Spannung ihren üblichen Wert erreicht. In be­ stimmten Betriebszuständen ausserhalb des Normalbetriebs kann der Fall eintreten, dass die Energiezufuhr zu Booster­ kondensator zwischen zwei Einspritzungen nicht ausreicht, um diesen wieder auf die ursprüngliche Spannung aufzuladen. Da dadurch der Stromanstieg verringert und die Dauer bis zur Umschaltung auf den Anzugsstrom verlängert wird, hat dies zur Folge, dass die Spannung noch stärker abfällt.

Nach der Bestromung des Verbrauchers wird der Boosterkonden­ sator vorzugsweise über einen DC/DC-Wandler auf seine ur­ sprüngliche Spannung nachgeladen. Dieser Nachladevorgang er­ folgt vorzugsweise zwischen zwei Einspritzungen.

Der Abfall der Boosterspannung außerhalb des Normalbetriebs wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass eine maximale Boosterzeit definiert wird. Dies bedeutet, erreicht der Strom seinen Schwellenwert nicht innerhalb seiner Zeit­ schwelle, so wird die Boosterphase beendet, d. h. das Schalt­ mittel 150 geöffnet und das erste Schaltmittel 110 geschlos­ sen und auf die Anzugsstromregelung übergegangen.

Durch die Begrenzung der maximalen Boosterzeit wird bei ab­ gesunkener Boosterspannung und somit flacherem Stromanstieg bei einem kleineren Boosterstrom die Boosterphase beendet. Je mehr die Boosterspannung abgesunken ist, desto weniger Boosterenergie wird verbraucht. Dadurch stellt sich ein sta­ biles Gleichgewicht ein.

In der Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise an­ hand eines Flußdiagrammes dargestellt. In einem ersten Schritt 200 wird die Zeitschwelle TS, bei der spätestens die Boosterphase beendet wird, vorgegeben. Diese Vorgabe erfolgt vorzugsweise abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftma­ schine. Die Zeitschwelle wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass sie größer ist, als die Boosterphase im Normalbetrieb. Ferner wird der Stromschwellenwert IS, bei dem die Booster­ phase endet, vorgegeben. In vereinfachten Ausführungsformen werden feste Werte TS und IS verwendet.

Anschließend im Schritt 210 wird ein Zeitzähler auf einen Startwert gesetzt. Im Schritt 220 erfolgt dann die Booster­ phase, d. h. das erste Schaltmittel 110 ist geöffnet und das zweite Schaltmittel 150 gibt den Stromfluß frei. Im an­ schließenden Schritt wird das Vorliegen einer ersten Bedin­ gung überprüft. Ist diese Bedingung erfüllt, so endet das Programm in Schritt 240, d. h. in Schritt 240 wird die Boo­ sterphase beendet, d. h. das zweite Schaltmittel 150 wird ge­ öffnet und das erste Schaltmittel 110 wird in einen ge­ schlossenen Zustand überführt.

Erkennt die Abfrage 230 anhand der ersten Bedingung, dass die Boosterphase noch nicht beendet ist, so erfolgt die zweite Abfrage 250. Liegt diese zweite Bedingung vor, er­ folgt ebenfalls Schritt 240, in dem die Boosterphase endet. Ist diese Bedingung ebenfalls nicht erfüllt, so wird in Schritt 260 der Zeitzähler T erhöht. Anschließend setzt die Boosterung in Schritt 220 fort.

Bei der ersten Bedingung wird in der dargestellten Ausfüh­ rungsform überprüft, ob der Strom I, der durch den Verbrau­ cher 100 fließt, größer als ein Stromschwellenwert IS ist. Anstelle dieser Bedingung können auch, andere Bedingungen vorgesehen sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass überprüft wird, ob die an dem Boosterkondensator anliegende Spannung kleiner als ein Schwellenwert ist. Bei der zweiten Bedingung wird vorzugsweise überprüft, ob ein Zeitzähler T größer als eine Zeitschwelle ist.

Erfindungsgemäß bewirkt die zweite Bedingung, dass die Boo­ sterphase nach Ablauf einer Zeitbedingung beendet wird. Da­ durch erfolgt eine Begrenzung der Dauer der Boosterphase auf einen Maximalwert.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung wenigstens eines elektromagneti­ schen Verbrauchers, wobei in einer ersten Boosterphase zu Beginn der Ansteuerung der Verbraucher mit einer gegen­ über einer weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung beauf­ schlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Be­ dingung und eine zweite Bedingung überprüft werden, dass die Boosterphase endet, wenn eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, wobei die zweite Bedingung so gewählt ist, dass sie in einem Normalbetrieb nicht zur Wirkung kommt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Bedingung überprüft wird, ob der Strom der durch den Verbraucher fließt und/oder die Spannung, die am Verbraucher anliegt, einen Schwellenwert übersteigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Bedingung überprüft wird, ob die Dauer der Boosterphase länger als eine Zeitschwelle ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Zeitschwelle so gewählt ist, dass sie größer ist, als die Boosterphase im Normal­ betrieb.

5. Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektromagne­ tischen Verbrauchers, wobei in einer ersten Boosterphase zu Beginn der Ansteuerung der Verbraucher mit einer ge­ genüber einer weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung be­ aufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vor­ gesehen sind, die eine erste Bedingung und eine zweite Bedingung überprüfen, und die die Boosterphase beenden, wenn eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, wobei die zweite Bedingung so gewählt ist, dass sie in einem Nor­ malbetrieb nicht zur Wirkung kommt.