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Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Ansteuerschaltung zum Bereitstellen von Ansteuersignalen und eine Endstufe mit einer Mehrzahl von Ausgangskanälen zum Bereitstellen von Stellsignalen, wobei die Ansteuerschaltung und die Endstufe über eine Ansteuerschnittstelle miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Arbeitsverfahren für ein Steuerungssystem aufweisend eine Ansteuerschaltung und eine damit gekoppelten Endstufe.
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Steuerungssysteme der oben genannten Art sind vielfach bekannt. Beispielsweise ist es aus der Automobiltechnik bekannt, eine Mehrzahl von Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine durch Bereitstellen geeigneter Stellsignale durch eine Endstufe anzusteuern.
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Aufgrund der immer leistungsfähigeren Verbrennungsmotoren und den immer strikteren Anforderungen an sie bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen ist eine sehr genaue Ansteuerung der einzelnen Einspritzventile und anderer Regelkomponenten erforderlich. Um einzelne Ventile mit minimaler zeitlicher Verzögerung ansteuern zu können, sind daher oftmals eine Vielzahl von Steuerleitungen zwischen der Ansteuerschaltung und der Endstufe vorgesehen, über die die einzelnen Ausgangskanäle der Endstufe aktiviert werden können.
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Die
DE 100 41 448 A1 offenbart dem Fachmann eine Aufspaltung eines Steuerungssystems in eine Zentralsteuereinheit und Peripheriesteuereinheit, wobei die Zentralsteuereinheit über eine der Zylinderanzahl einer Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Leitungen Impulse bestimmter Länge an die Peripheriesteuereinheit überträgt, um anhand dieser Impulse Signalformen zur Ansteuerung von Einspritzventilen in der Peripheriesteuereinheit berechnen zu lassen. Hierzu ist in der Peripheriesteuereinheit eine Ansteuerberechnung vorgesehen. Aufgrund des analogen Anforderungssignals auf den Leitungen A1 bis A8 ist es erforderlich, eine Plausibilisierung durchzuführen, um festzustellen, ob das Signal gegebenenfalls zu lang oder zu kurz ist. Es wird also durch ein analoges Anforderungssignal eine Ansteuerberechnung ausgelöst, die schließlich zu einem Stellsignal für die Einspritzventile führt. Dies erfordert einerseits einen nicht unerheblichen Rechenaufwand in der Peripheriesteuereinheit, als auch aufgrund der analogen Übertragung eine ebenfalls aufwändige Plausibilisierung.
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Die
DE 197 33 748 C2 beschreibt eine Datenübertragungsvorrichtung zur unidirektionalen seriellen Datenübertragung von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung, insbesondere von einem Mikrokontroller zu einem Endstufen-IC von einem Kraftfahrzeug-Steuergerät, mit einer in der Sendeeinrichtung vorgesehenen P/S-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln eines in der Sendeeinrichtung bereitgestellten parallelen Datenstroms in einen seriellen Datenstrom mit Übertragungsrahmen eines vorbestimmten Formats und zum Übertragen des seriellen Datenstroms zur Empfangseinrichtung über einen Datenübertragungskanal; einer in der Empfangseinrichtung vorgesehenen S/P-Umwandlungseinrichtung zum Rückumwandeln des übertragenen seriellen Datenstroms in den parallelen Datenstrom; einer Taktsignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Taktsignals und zum Zuführen des Taktsignals an die P/S-Umwandlungseinrichtung und die S/P-Umwandlungseinrichtung, um den jeweiligen Umwandlungsbetrieb kontinuierlich und mit phasengleichem Takt durchzuführen; und einer Synchronisierungseinrichtung zum Erzeugen eines Synchronisierungssignals (SYNC; SYNC_WORT) entsprechend dem Umwandlungsbetrieb der P/S-Umwandlungseinrichtung und zum Zuführen desselben an die S/P-Umwandlungseinrichtung, zur Synchronisierung des jeweiligen Umwandlungsbetriebs.
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In der
DE 100 30 989 A1 wird ein Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer externen Endstufe mit einem Steuergerät über einen Datenbus beschrieben. Bei diesem wird nach Empfang eines vom Steuergerät abgegebenen Signals ein Betätigungssignal auf den Datenbus gegeben. Dieses wird vom Steuergerät empfangen und dient zur Synchronisierung zwischen Steuergerät und Endstufe. Weiterhin werden eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine gemäß dem Verfahren anzusteuernde Endstufe beschrieben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders flexibles Steuerungssystem zu schaffen, das einen vereinfachten Aufbau aufweist. Insbesondere soll eine Anordnung mit einer geringen Zahl von Steuerleitungen zwischen einer Ansteuerschaltung und einer Endstufe möglich sein.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung zeichnet sich ein Steuerungssystem dadurch aus, dass die Ansteuerschnittstelle eine einzelne Steuerleitung zum Bereitstellen eines Zeitsteuersignals und eine Auswahlschnittstelle umfasst, die Ansteuerschaltung dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Signalformwahl und wenigstens eine Kanalwahl in wenigstens einem Auswahlsignal zu codieren und über die Auswahlschnittstelle an die Endstufe zu übertragen, und die Endstufe dazu eingerichtet ist, das Auswahlsignal zu decodieren und bei Bereitstellung des Zeitsteuersignals ein durch das Auswahlsignal bestimmtes Stellsignal mit wenigstens einer ausgewählten Signalform an wenigstens einem ausgewählten Ausgangskanal bereitzustellen, wobei die Endstufe einen Speicher für eine Mehrzahl von Datenseiten aufweist, wobei durch jede Datenseite wenigstens eine Signalformwahl und/oder wenigstens eine Kanalwahl bestimmt werden, und die Ansteuerung zur Übertragung eines Codeworts über die Auswahlschnittstelle eingerichtet ist, wobei durch die Übertragung des Codeworts eine Datenseite der Mehrzahl von Datenseiten bestimmt und durch den Demultiplexer zur Signalerzeugung durch die Endstufe ausgewählt wird.
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Durch die Trennung der Ansteuerschnittstelle in eine einzelne Steuerleitung und einer Auswahlschnittstelle, über die eine zu verwendende Signalform und ein zu verwendender Ausgangskanal bestimmt werden können, können zeitkritische und zeitunkritische Informationen getrennt übermittelt werden. Zudem kann die Anzahl der benötigten Steuerleitungen durch die gemeinsame Verwendung der Auswahlschnittstelle zur Kodierung von Ausgangskanal und Signalform verringert werden.
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Durch das Speichern und Abrufen von Datenseiten, die jeweils eine Signalform und/oder einen Ausgangskanal bestimmen, können für die Bereitstellung des Stellsignals maßgebliche Parameter vorab in der Endstufe abgelegt und bei Bedarf durch den Demultiplexer abgerufen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auswahlschnittstelle eine Mehrzahl von parallelen Datenleitungen zur parallelen Übertragung des Codewortes auf und die Endstufe weist einen parallelen Decoder zur Decodierung des parallel übertragenen Codewortes auf. Durch Verwendung von parallelen Datenleitungen können die benötigten Codeworte schnell zwischen der Ansteuerschaltung und der Endstufe ausgetauscht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auswahlschnittstelle eine serielle Datenleitung zur seriellen Übertragung des Codewortes auf und die Endstufe weist einen seriellen Decoder zur Decodierung des seriell übertragenen Codewortes auf. Durch Verwendung einer seriellen Datenleitung kann die Anzahl der zur Übertragung der Daten benötigten Datenleitungen minimiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Ansteuerschnittstelle eine zusätzliche Datenschnittstelle, die dazu eingerichtet ist, Daten von der Ansteuerschaltung an die Endstufe zu übertragen. Durch Verwendung einer zusätzlichen Datenschnittstelle können Parameter oder Daten von der Ansteuerschaltung an die Endstufe übertragen werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Datenschnittstelle als serielle Schnittstelle ausgestaltet und die Endstufe umfasst einen Decoder zum Decodieren seriell übertragener Daten. Durch Verwendung einer seriellen Datenschnittstelle kann eine zeitunkritische Übertragung von Daten von der Ansteuerschaltung an die Endstufe mittels einer einzelnen Datenleitung durchgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Datenschnittstelle dazu eingerichtet, eine Mehrzahl von Datenseiten von der Ansteuerschaltung an die Endstufe zu übertragen, wobei durch jede Datenseite wenigstens eine Signalformwahl und/oder wenigstens eine Kanalwahl für die Endstufe bestimmt wird. Durch die Definition unterschiedlicher Datenseiten, die jeweils eine Signalformwahl und/oder wenigstens eine Kanalwahl für die Endstufe bestimmen, können unterschiedliche Parametersätze in der Endstufe hinterlegt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung als programmierbarer Mikrocontroller ausgestaltet. Die Verwendung eines programmierbaren Mikrocontrollers erlaubt eine besonders flexible Ansteuerung der Endstufe durch die Ansteuerschaltung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Endstufe als anwendungsspezifische integrierte Schaltung ausgestaltet. Durch Ausgestaltung der Endstufe als anwendungsspezifische integrierte Schaltung kann deren Betriebsgeschwindigkeit erhöht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, Stellsignale für eine Mehrzahl von Einspritzventilen bereitzustellen. Insbesondere bei der Ansteuerung einer Mehrzahl von Einspritzventilen kann der Schaltungsaufbau wie oben beschrieben vereinfacht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Arbeitsverfahren für ein Steuerungssystem aufweisend eine Ansteuerschaltung und eine damit gekoppelte Endstufe mit einer Mehrzahl von Ausgangskanälen die folgenden Schritte:
- – Codieren wenigstens einer Signalformwahl und wenigstens einer Kanalwahl in wenigstens einem Auswahlsignal durch die Ansteuerschaltung,
- – Übertragen des wenigstens einen codierten Auswahlsignals über eine Auswahlschnittstelle von der Ansteuerschaltung an die Endstufe,
- – Decodieren des wenigstens einen codierten Auswahlsignals durch die Endstufe,
- – Bereitstellen eines durch das decodierte Auswahlsignal bestimmten Stellsignals mit wenigstens einer ausgewählten Signalform an wenigstens einem ausgewählten Ausgangskanal der Endstufe, wenn ein Zeitsteuersignal von der Ansteuerschaltung über eine einzelne Steuerleitung bereitgestellt wird und
- – im Schritt des Decodierens wird wenigstens eine Datenseite einer Mehrzahl von Datenseiten der Endstufenvorrichtung ausgewählt, wobei die ausgewählte Datenseite die wenigstens eine Signalformwahl und die wenigstens eine Kanalwahl umfasst.
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Durch das Codieren, Übertragen und Decodieren wenigstens einer Signalformwahl und wenigstens einer Kanalwahl kann eine Bereitstellung eines verhältnismäßig komplexen Stellsignals zeitgenau über ein einzelnes Zeitsteuersignal aktiviert werden.
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Durch die Auswahl einer Datenseite einer Mehrzahl von Datenseiten können unterschiedliche Kombinationen von Signalformwahlen und Kanalwahlen schnell abgerufen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im Schritt des Codierens wenigstens ein Codewort durch die Ansteuerschaltung bestimmt, im Schritt des Übertragens das bestimmte Codewort übertragen und im Schritt des Decodierens die ausgewählte Datenseite anhand des übertragenen Codeworts ausgewählt. Durch die Übertragung eines Codeworts kann die Kommunikation zwischen der Ansteuerschaltung und der Endstufe vereinfacht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen:
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1 eine Brennkraftmaschine mit einem Steuerungssystem,
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2 eine Detailansicht eines Einspritzventils,
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3 einen Signalverlauf im Rahmen eines Ansteuervorgangs des Einspritzventils,
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4 eine weitere Ausgestaltung eines Steuerungssystems,
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5 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Endstufe,
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6A eine Codierungstabelle unterschiedlicher Datenseiten,
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6B einen zeitlichen Ablauf einer Datenübertragung von einer Ansteuerschaltung an eine Endstufe,
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6C ein Ablaufdiagramm einer Ausgestaltung eines Arbeitsverfahrens eines Steuerungssystems und
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7 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausgestaltung eines Arbeitsverfahrens eines Steuerungssystems.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, ferner einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 zu einem Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst ferner eine Kurbelwelle 8, welche über eine Pleuelstange mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist.
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Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gaseinlassventil 12 und einem Gasauslassventil 13. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
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In dem Abgastrakt 4 ist ein Katalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet ist.
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Ferner ist in einer nicht dargestellten Fluidzuführung zu dem Einspritzventil 18 eine Fluidpumpe 22 vorgesehen, welche insbesondere als Hochdruckpumpe ausgebildet ist. Die Fluidpumpe umfasst einen ihr zugeordneten elektrischen Aktuator, auch bekannt als Aktor, mittels dessen ihr Pumpverhalten gesteuert werden kann.
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Ein Steuerungssystem 25 ist vorgesehen, dem Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Das Steuerungssystem 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
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Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 26, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, welcher einen Saugrohrdruck erfasst in dem Sammler 1, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl N zugeordnet wird.
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Ferner ist ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst. Ferner ist ein Drucksensor 39 vorgesehen, der einen Fluiddruck, insbesondere in einem Hochdruckspeicher der Fluidzuführung, erfasst. Ferner ist ein dritter Temperatursensor 40 vorgesehen, der eine Temperatur, also insbesondere eine Fluidtemperatur in der Fluidzuführung, also insbesondere in dem Hochdruckspeicher erfasst.
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Eine Abgassonde 42 ist vorgesehen, die stromaufwärts oder in dem Katalysator 21 angeordnet ist und die einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal MS1 charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1 und stromaufwärts der Abgassonde vor der Oxidation des Kraftstoffs, im Folgenden bezeichnet als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern Z1 bis Z4.
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Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
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Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Einspritzventil 18, die Zündkerze 19 oder die Fluidpumpe 22.
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Das Steuerungssystem 25 umfasst mindestens eine Endstufenvorrichtung 44, die ausgebildet ist zum Erzeugen eines Stellsignals für das jeweilige Stellglied. Bei der Endstufe 44 handelt es sich beispielsweise um eine anwendungsspezifische Schaltung (ASIC). Das Steuerungssystem 25 umfasst des Weiteren eine Ansteuerschaltung 45. Die Ansteuerschaltung 45 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an einen Kommunikationsbus 48, beispielsweise eine Serial Peripheral Interface (SPI) Schnittstelle, zur Kommunikation mit den oben beschriebenen Sensoren angeschlossen. Bei der Ansteuerschaltung 45 handelt es sich beispielsweise um einen programmierbaren Mikrocontroller.
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Die Endstufe 44 und die Ansteuerschaltung 45 sind über eine Steuerleitung 46 und eine Auswahlschnittstelle 47 verbunden. über die Auswahlschnittstelle 47 wird ein geeignetes Auswahlsignal, beispielsweise in Form eines Codewortes, von der Ansteuerschaltung 45 an die Endstufe 44 übermittelt. Durch Bereitstellen eines Zeitsteuersignals über die Steuerleitung 46, beispielsweise durch Setzen der Steuerleitung 46 auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau, wird eine durch die Endstufe 44 ausgewählte Signalform an einem Ausgangskanal 49 bereitgestellt.
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Neben dem Zylinder Z1 sind auch noch weitere Zylinder Z1–Z4 vorgesehen, denen dann auch entsprechende Stellglieder und gegebenenfalls Sensoren zugeordnet sind. Somit kann die Brennkraftmaschine eine beliebige Anzahl an Zylindern Z1–Z4 aufweisen. Bevorzugt ist je eine Endstufenvorrichtung 44 für mindestens vier Zylinder Z1–Z4 vorgesehen.
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Das Steuerungssystem 25 gemäß 1 umfasst vier Ausgangskanäle 49a bis 49d. Beispielsweise kann jeder der Ausgangskanäle 49a bis 49d je einem Einspritzventil 18 der Brennkraftmaschine zugeordnet sein.
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Das Einspritzventil 18 (2) umfasst einen Fluideinlasskörper 50 mit einer Einlassausnehmung 52, die hydraulisch gekoppelt ist mit der Fluidzuführung und von dieser insbesondere mit Kraftstoff versorgt wird. Das Einspritzventil 18 umfasst ferner eine Rückstellfeder 54. Ein elektromagnetischer Aktuator ist vorgesehen, der eine Spule 56, ein magnetisches Gehäuse 58, ein Ventilkörpergehäuse 60 und einen Anker 62 umfasst und grundsätzlich auch den Fluideinlasskörper 50. Darüber hinaus ist dem elektromagnetischen Aktuator auch ein nicht magnetisches Gehäuse 64 zugeordnet.
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Darüber hinaus umfasst das Einspritzventil 18 einen Ventilkörper 66, in dem in einer Ausnehmung 70 eine Ventilnadel 68 angeordnet ist. Die Ventilnadel 68 ist so mit dem elektromagnetischen Aktuator, insbesondere mit dem Anker 62, mechanisch gekoppelt, dass sie in einer Schließposition einen Fluidfluss durch eine Einspritzdüse 72 unterbindet und außerhalb der Schließposition einen Fluidfluss durch die Einspritzdüse 72 ermöglicht. Ein Hub der Ventilnadel 68 ist gegeben durch ihre Position in der Schließposition und andererseits ihre Position – eine Offenposition –, wenn der Anker 62 in Anlage mit dem Fluideinlasskörper 50 ist. Dabei ist der Hub der Einspritznadel 68 maximal, wenn der Anker 62 in Anlage ist mit dem Fluideinlasskörper 50. Das Einspritzventil kann auch einen beliebigen anderen Aktuator aufweisen, so zum Beispiel einen piezoelektrischen Aktuator.
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Ein Ansteuervorgang für das Zumessen von Fluid ist im Folgenden anhand eines Stromverlauf eines Stroms I in der 3 dargestellt, der hervorgerufen ist durch ein Stellsignal, das von der jeweiligen Endstufe 44 erzeugt wird. Zu einem Zeitpunkt eines Beginns einer Leerlaufzeitdauer T_IDLE wird ein Zeitsteuersignal NON erzeugt und zwar durch die Ansteuerschaltung 45 und an die jeweilige Endstufe 44 übertragen. Die Endstufe 44 ist dazu ausgebildet, abhängig von dem Zeitsteuersignal NON einen Ansteuervorgang für das jeweilige Einspritzventil 18 zu starten. Nach Ablauf der Leerlaufzeitdauer T_IDLE wird das Steuersignal so erzeugt, dass sich in der Spule 56 der Strom I mit einem Vorladestromwert I_PRECH aufbaut. Der Strom I wird bevorzugt mittels eines Zweipunktreglers mit vorgegebener Hysterese HYS eingeregelt.
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Die Vorladezeitdauer T_PRECH kann in der Endstufe 44 vorgegeben sein. Sie kann jedoch alternativ oder auch zusätzlich durch ein Bestimmen eines Parameters über die Auswahlschnittstelle 47 beeinflusst werden, der es ermöglicht, auch sehr zeitnah noch auf Änderungen von Betriebsbedingungen zu reagieren. Nach Ablauf der Vorladezeitdauer T_PRECH beginnt eine Fangphase und zwar für eine vorgegebene Fangphasenzeitdauer T_PEAK. Während der Fangphase wird der Strom durch die Spule 56 auf einen Fangstromwert I_PEAK erhöht. Um einen besonders schnellen Anstieg des Stroms zu erreichen, kann dazu beispielsweise als Stellsignal ein erhöhter Spannungswert U_BOOST vorgegeben werden. Während der Fangphase wird bevorzugt der Strom I auf den Fangstromwert I_PEAK begrenzt und es kann auch hier beispielsweise eine Zweipunktregelung erfolgen, gegebenenfalls auch mit einer größeren Schwankungsbreite als während der Vorladephase.
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Bei korrekter Funktionsweise des Einspritzventils 18 erreicht die Ventilnadel 68 ihren maximalen Nadelhub während der Fangphase und gibt so die Einspritzdüse 72 maximal frei zum Zumessen von Fluid.
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Im Anschluss an die Fangphase schließt sich eine erste Klemmphase an und zwar für eine erste Klemmzeitdauer T_CL1. Während der Klemmphase erfolgt in der Endstufe 44 eine Ansteuerung derart, dass ihr Stellsignal zu einem schnellen Reduzieren des Stroms I in der Spule 56 beiträgt.
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Im Anschluss an die erste Klemmphase schließt sich eine erste Haltephase an und zwar für eine erste Haltezeitdauer T_HOLD1. Auch in der ersten Haltephase wird der Strom durch die Spule bevorzugt mittels eines Zweipunktreglers mit Hysterese HYS eingestellt, wobei diese sich auch von derjenigen während der Vorladephase oder der Fangphase unterscheiden kann. Während der ersten Haltephase wird der Strom I durch die Spule 56 bevorzugt auf einen ersten Haltestromwert I_HOLD1 begrenzt. Mit Abschluss der ersten Haltezeitdauer T_OLD1 beginnt eine zweite Klemmphase, in der eine Ansteuerung entsprechend der ersten Klemmphase erfolgt und zwar für eine zweite Klemmzeitdauer T_CL2. Im Anschluss an die zweite Klemmphase beginnt eine zweite Haltephase und zwar für eine zweite Haltezeitdauer T_HOLD2, in der der Strom I durch die Spule 56 auf einen zweiten Haltestromwert I_HOLD2 eingeregelt wird und zwar bevorzugt mittels der Zweipunktregelung mit dem Zweipunktregler. Mit Rücksetzen des NON-Signals wird dann die zweite Haltestromphase abgeschlossen. Insofern bestimmt sich bevorzugt die zweite Haltezeitdauer T_HOLD2 durch das Eintreten der Ereignisses des Rücksetzens des Zeitsteuersignals NON. Alternativ kann die zweite Haltezeitdauer auch durch vorher gesetzte Parameter vorherbestimmt sein.
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Mit Abschluss der zweiten Haltephase beginnt dann eine dritte Klemmphase und zwar für eine dritte Klemmzeitdauer T_CL3, unter der mittels entsprechender Ansteuerung wie in der ersten und zweiten Klemmphase der Strom I wieder auf einen Neutralwert, insbesondere in etwa null abgebaut wird. Im Anschluss an die dritte Klemmphase schließt sich noch eine vierte Klemmphase an und zwar für eine vierte Klemmzeitdauer T_ACL, während derer durch entsprechende Ansteuerung ein vorgegebener Klemmstromwert I_ACL erreicht werden kann oder soll, der einen vorgegebenen negativen Wert aufweist.
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Der in der 3 dargestellte Stromverlauf ist beispielhaft für einen Spulen-Injektor in einem Direkt-Einspritzsystem. Selbstverständlich können auch andere Einspritzventile 18 von Diesel- und Ottomotoren, wie beispielsweise Piezo-Injektoren, mit dem beschriebenen Steuerungssystem 25 gesteuert werden. Solche Einspritzventile erfordern in der Regel andere charakteristische Signalverläufe. Beispielsweise sind auch Systeme mit Direkt-Einspritzung bekannt, bei denen ein einfaches Ein- und Ausschalten eines jeweiligen Ausgangskanals zur Ansteuerung genügt. Selbstverständlich können auch andere Aktuatoren, wie beispielsweise Zündkerzen 19 oder -spulen von dem Steuerungssystem 25 mit einem oder mehreren erforderlichen Ansteuersignalen versorgt werden.
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4 zeigt den Aufbau eines Steuerungssystems 25 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Das Steuerungssystem 25 umfasst eine Endstufe 44 und eine Ansteuerschaltung 45. Die Ansteuerschaltung 45 und die Endstufe 44 sind über eine einzelne Steuerleitung 46, eine bidirektionale Datenschnittstelle 90 sowie eine Auswahlschnittstelle 47 miteinander verbunden. Die Funktion der Steuerleitung 46 sowie der Auswahlschnittstelle 47 gleicht dem mit Bezug auf die 1 beschriebenen Steuerungssystem 25. Über die zusätzliche Datenschnittstelle 90 können Steuerdaten und Parameter zwischen der Ansteuerschaltung 45 und der Endstufe 44 ausgetauscht werden. Beispielsweise ist es möglich, Steuerparameter zur Beschreibung von Stellsignalen von der Ansteuerschaltung 45 an die Endstufe 44 zu übertragen. Umgekehrt können auch Statusinformationen von der Endstufe 44 durch die Ansteuerschaltung 45 abgerufen werden. Die Datenschnittstelle 90 eignet sich insbesondere zur Programmierung von Datenseiten der Endstufe 44. Dies ist im Folgenden näher erläutert.
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5 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Endstufe 44 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Endstufe 44 umfasst einen Speicher 91 zum Speichern einer Mehrzahl von Datenseiten 92. Im Ausführungsbeispiel ist der Speicher 91 zur Speicherung von sechs Datenseiten 92 eingerichtet. Jede Datenseite 92 umfasst Informationen, die eine Signalformwahl 93 eines Stellsignals sowie eine Kanalwahl 94 zur Festlegung eines zur Ausgabe zu verwendenden Ausgangskanals 49 bestimmen. Im Ausführungsbeispiel ist der Speicher 91 über die Datenschnittstelle 90 programmierbar.
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Darüber hinaus umfasst die Endstufe 44 einen Demultiplexer 95, der über die Auswahlschnittstelle 47 angesteuert wird. Beispielsweise kann über die Auswahlschnittstelle 47 ein Steuercode übermittelt werden, aufgrund dessen der Demultiplexer 95 eine der Datenseiten 92 aus dem Speicher 91 auswählt. Daraufhin werden die benötigten Daten oder Parameter in ein oder mehrere Ausgaberegister 96 übertragen, so dass ein dementsprechendes Stellsignal beim Empfang eines Zeitsteuersignals über die Steuerleitung 46 an dem Ausgangssignal 49 bereitgestellt wird.
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Die Ansteuerschnittstelle der Endstufe 44 des Steuerungssystems 25 kann beliebig skaliert werden. Dabei wird bevorzugt nur eine einzelne Steuerleitung 46 zur Bereitstellung des Zeitsteuersignals benötigt. Für die Programmierung des Speichers 91 beziehungsweise die Auswahl einer Datenseite 92 durch den Demultiplexer 95 können entweder serielle oder parallele Schnittstellen Verwendung finden. Die Verwendung einer seriellen Schnittstelle hat den Vorteil, dass nur eine einzelne Datenleitung und gegebenenfalls wenigste Steuerleitungen zur Datenübertragung zwischen der Ansteuerschaltung 45 und der Endstufe 44 benötigt werden. Die Verwendung einer parallelen Schnittstelle hat den Vorteil, dass eine besonders schnelle Datenübertragung zwischen der Ansteuerschaltung 45 und der Endstufe 44 möglich ist.
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Im in der 5 dargestellten Beispiel wird daher für die zeitunkritische Programmierung des Speichers 91 eine serielle SPI-Schnittstelle verwendet. Zur Auswahl der zu verwendenden Signalform und des zur Ausgabe verwendeten Ausgangskanal 49 wird dagegen eine parallele Auswahlschnittstelle 47 verwendet. Weitere unterschiedliche Ansteuerschemata sind in den 6A bis 6C sowie in der 7 beschrieben.
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6A zeigt eine Zuordnungstabelle für die Zuordnung einzelner Datenseiten 92 zu einem vorbestimmten, über die Auswahlschnittstelle 47 übertragenen Codewort. Im Ausführungsbeispiel umfasst die Auswahlschnittstelle 47 drei parallele Auswahlleitungen SEL2, SEL1 und SEL0, deren logische Werte in den linken drei Spalten der 6A dargestellt sind. Zusammengenommen ergeben die über die Auswahlschnittstelle 47 übertragenen Signale ein Codewort an, das eine Datenseite 92 des Speichers 91 bestimmt. Durch die Verwendung drei paralleler Auswahlleitungen SEL2, SEL1 und SEL0 für die Auswahlschnittstelle 47 ergeben sich acht mögliche Signalkombinationen, denen acht unterschiedliche Datenseiten 92 zugeordnet sind.
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In den rechten zwei Spalten der Tabelle gemäß 6A sind unterschiedliche Parameter, die eine Signalformwahl 93 und eine Kanalwahl 94 bestimmen, dargestellt. Jeder der acht Datenseiten 92 ist eine andere Kombination einer Signalformwahl 93 und einer Kanalwahl 94 zugeordnet. Im Ausführungsbeispiel kann je einer von vier Ausgangskanäle 49 mit jeweils einer ersten oder einer zweiten Signalform ausgewählt werden.
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6B zeigt ein vereinfachtes Signallaufdiagramm der Ansteuerschnittstelle für eine Kommunikation zwischen der Ansteuerschaltung 45 und der Endstufe 44. In einem ersten Zeitabschnitt T1 werden Daten von der Ansteuerschaltung 45 an die Endstufe 44 über die Datenschnittstelle 90 übertragen. Beispielsweise können die Datenseiten 92 mit den Signalformwahlen 93 und die Kanalwahlen 94 von der Ansteuerschaltung 45 in den Speicher 91 der Endstufe 44 übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich können auch Parameter oder Daten übermittelt werden, durch die die auswählbaren Signalformen bestimmt werden.
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In einem zweiten Zeitabschnitt T2 wird eine erste Datenseite 92 (page0) über die Auswahlschnittstelle 47 ausgewählt. Hierzu werden beispielsweise die logischen Werte 0, 0 und 0 über die drei Steuerleitungen der Auswahlschnittstelle 47 übertragen. Gleichzeitig wird über die Steuerleitung 46 ein Zeitsteuersignal 97 an die Endstufe 44 bereitgestellt. Beispielsweise kann durch die erste abfallende Flanke des Zeitsteuersignals 47 die Wiedergabe einer vorbestimmten Signalform durch die Endstufe 44 ausgelöst werden.
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In einem dritten Zeitabschnitt T3 wird ein neues Auswahlsignal über die Auswahlschnittstelle 47 bereitgestellt. Beispielsweise kann die dritte Datenseite 92 (page2) durch die Übermittlung der logischen Werte 0, 1 und 0 über die Auswahlschnittstelle 47 ausgewählt werden. Die der Signalformwahl 93 zugeordnete Signalform wird wiederum durch ein Zeitsteuersignal 97 abgerufen und in diesem Fall über den ausgewählten Ausgangskanal 49b wiedergegeben.
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In einem vierten Zeitabschnitt wird in dem Ausführungsbeispiel die fünfte Datenseite 92 (page4) durch die Übermittlung der logischen Werte 1, 0 und 0 über die Auswahlschnittstelle 47 ausgewählt und nach Erhalt eines weiteren Zeitsteuersignals 97 zur Ausgabe eines Stellsignals durch die Endstufe 44 verwendet.
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6C zeigt ein Ablaufdiagramm eines Arbeitsverfahrens des Steuerungssystems 25. In einem ersten Schritt S1 werden Parameterdaten über die Datenschnittstelle 90 in den Speicher 91 geschrieben.
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In einem nachfolgenden Schritt S2 wird eine gewünschte Signalform für den ersten Ausgangskanal 49a mit Hilfe der Auswahlschnittstelle 47 ausgewählt und über die Steuerleitung 46 aktiviert. In einem weiteren Schritt S3 wird eine weitere Signalform zur Wiedergabe über den zweiten Ausgangskanal 49b ausgewählt und über die Steuerleitung 46 aktiviert. In dem Schritt S4 wird über die Auswahlschnittstelle 47 eine gewünschte Signalform für einen dritten Ausgangskanal 49c ausgewählt und über die Steuerleitung 46 aktiviert. In einem weiteren Schritt S5 wird über die Auswahlschnittstelle 47 eine gewünschte Signalform für den vierten Ausgangskanal 49d ausgewählt und über die Steuerleitung 46 aktiviert.
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Im Falle eines Verbrennungsmotors mit vier Einspritzventilen 18 wird das Verfahren nachfolgend im Schritt S2 fortgesetzt.
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7 zeigt ein Arbeitsverfahren für ein Steuerungssystem 25 gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung. Im in der 7 dargestellten Beispiel werden in einem ersten Schritt S6 Parameter zur Verwendung mit einem ersten Ausgangskanal 49a über die Auswahlschnittstelle 47 ausgewählt. In einem nachfolgenden Schritt S7 werden die ausgewählten Parameter nach Erhalt eines Zeitsteuersignals 97 über die Steuerleitung 46 auf dem Ausgangskanal 49a wiedergegeben.
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In einem nachfolgenden Schritt S8 werden gegebenenfalls geänderte Parameter über die Auswahlschnittstelle 47 ausgewählt. Die im Schritt S8 ausgewählten Parameter sind zur Wiedergabe auf einem zweiten Ausgangskanal 49b der Endstufe 44 bestimmt. In einem Schritt S9 werden nach Erhalt eines weiteren Zeitsteuersignals 97 über die Steuerleitung 46 die ausgewählten Parameter zur Erzeugung eines geeigneten Stellsignals an dem Ausgangskanal 49b verwendet.
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Sofern das Steuerungssystem 25 zur Ansteuerung weiterer Ausgangskanäle 49c oder 49d verwendet wird, können in nachfolgenden, in der 7 jedoch nicht dargestellten Schritten weitere Parameter durch die Ansteuerschaltung 45 ausgewählt und von der Endstufe 44 zur Erzeugung geeigneter Stellsignale verwendet werden. Anschließend beginnt das Verfahren erneut im Schritt S6.
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Weitere Ansteuerverfahren und Ausgestaltungen der Ansteuerschnittstelle sind möglich. Beispielsweise können einzelne Parameter, die etwa die Signalform eines Stellsignals beschrieben und sich nur verhältnismäßig selten ändern, beispielsweise bei Erwärmung der Brennkraftmaschine oder deren Alterung, über eine Datenschnittstelle 90 übertragen und in Datenseiten 92 gespeichert werden, während die Signalformwahl 93 oder die Kanalauswahl 94, die sich sehr häufig ändert, zeitnah über eine Auswahlschnittstelle 47 vorgenommen wird.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele erlauben somit eine verbesserte Skalierbarkeit der Ansteuerschnittstelle und die Verwendung einheitlicher Ansteuerschaltungen 45 und Endstufen 44 für eine Vielzahl unterschiedlicher Brennkraftmaschinen mit unterschiedlichen Ventil- oder Zylinderanzahlen. Das Steuerungssystem 25 eignet sich insbesondere zur Verwendung in jeglicher Art von Fahrzeugen mit Otto- oder Dieselmotoren, insbesondere zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Einspritzventilen 18 oder anderen Stellgliedern.
