-
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zur Ansteuerung von durch Spulen betätigten Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors, das eine Anzahl von Treiberschaltungen zur Versorgung der Einspritzventile mit Energie aus einer Energiequelle und eine Anzahl von Auswahlschaltern aufweist, wobei jedem anzusteuernden Einspritzventil zumindest ein Auswahlschalter zugeordnet ist, so dass durch Betätigung eines Auswahlschalters Energie aus der Energiequelle über eine zugeordnete Treiberschaltung und den Auswahlschalter dem Einspritzventil zuführbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Ansteuerung von Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors mittels eines solchen Steuergeräts.
-
Ein solches Steuergerät und ein Ansteuerverfahren sind aus der
DE 10 2008 040 860 A1 bekannt. In den dortigen Ausführungsbeispielen sind die Spulen der Einspritzventile einerseits über eine Treiberschaltung mit dem Pluspol einer Energiequelle und andererseits über einen jeweiligen Auswahlschalter mit dem Minuspol der Energiequelle verbunden. Die Treiberschaltung weist dabei neben einem geeigneten Schaltelement, zumeist ein Leistungstransistor mit integrierter Inversdiode, Freilaufdioden auf, die es ermöglichen, dass beim Abschalten der Treiberschaltung und/oder des Auswahlschalters die in der Spule gespeicherte magnetische Energie sich über diese Freilaufdioden vorzugsweise zurück in die Energiequelle abbauen kann.
-
Für das Einspritzen von Treibstoff in den Zylinder eines Verbrennungsmotors mittels eines elektromagnetischen Einspritzventils werden üblicherweise komplexe Ansteuerverfahren durchgeführt. So wird, wie dies in der
DE 10 2008 040 860 A1 ausführlich beschrieben ist, die Spule des Einspritzventils zunächst aus der Energiequelle mit einem hohen Strom versorgt, so dass sich schnell ein Magnetfeld aufbaut, das das Ventil entgegen einer Federkraft entsprechend schnell öffnet. In geöffnetem Zustand genügt dann ein geringerer Haltestrom, um das Ventil geöffnet zu halten. Um eine möglichst präzise Treibstoffzumessung zu erreichen, muss das Ventil schließlich möglichst schnell geschlossen werden, wozu das Magnetfeld in der Spule des Einspritzventils möglichst schnell abgebaut werden muss. Hierzu ist eine entsprechend komplexe Ansteuerung der Treiberschaltung und des Auswahlschalters erforderlich. Dies bedeutet jedoch, dass eine Treiberschaltung während eines solchen Zeitintervalls nur eine Spule, also nur ein Einspritzventil, ansteuern kann.
-
Bei heute fast ausschließlich üblichen Viertaktmotoren dauert ein Arbeitsspiel zwei Umdrehungen, also 720°. Zur Minimierung des Treibstoffverbrauchs und der Verbrennungsrückstände bei gleichzeitig hoher Leistung werden zunehmend Mehrfacheinspritzungen innerhalb eines Arbeitsspiels gewünscht, wobei bei bestimmten Betriebsbedingungen auch Einspritzungen nach der Verbrennung in das auszustoßende Abgas erfolgen können, um eine Nachverbrennung und eine entsprechende Erhöhung der Temperatur des Abgases zu erzielen. Dies bedeutet jedoch, dass es im Prinzip erwünscht ist, für jedes Einspritzventil einen eigenen Treiber zu haben, so dass die gesamten 720° eines Arbeitsspiels für Einspritzvorgänge zur Verfügung stehen. Dies wird beispielsweise durch eine Schaltungsanordnung gemäß der
4 der
DE 10 2008 040 860 A1 erreicht.
-
Allerdings wird hierdurch eine große Zahl von Leistungstransistoren benötigt, die teuer sind und Platz auf einer Platine erfordern, was die Kosten weiter erhöht. Es kann daher auch, wie es in 3 der oben genannten Schrift dargestellt ist, nur eine Treiberschaltung für zwei Einspritzventile verwendet werden, wodurch jedoch nur ein reduziertes Zeitintervall für Einspritzvorgänge zur Verfügung steht, da eine Treiberschaltung zu einer Zeit immer nur eine der angeschlossenen Spulen der Einspritzventile mit Strom aus der Energiequelle versorgen kann. Im dortigen Beispiel könnte die erste Treiberschaltung nur während der ersten 360° eines Arbeitsspiels das erste Einspritzventil versorgen, da sie während der zweiten 360° für das dritte Einspritzventil zur Verfügung stehen muss. Über die Auswahlschalter wird jeweils ausgewählt, welches der Einspitzventile durch die jeweilige Treiberschaltung versorgt werden soll.
-
Neben der gewünschten Reduzierung der Anzahl der erforderlichen Leistungstransistoren werden auch in zunehmendem Maße die Motoren selbst verkleinert, indem weniger Zylinder zum Einsatz kommen. So sind heute bereits Drei- und Fünfzylindermotoren gängig, wobei weitere Varianten nicht auszuschließen sind. Bei solchen Motoren könnten einerseits entsprechend drei oder fünf Treiberschaltungen zur Anwendung kommen oder gegebenenfalls ebenfalls nur zwei Treiberschaltungen, wobei dann eine Treiberschaltung zwei Einspritzventile und die andere eines im Falle eines Dreizylindermotors oder die eine drei Einspritzventile und die andere zwei im Falle eines Fünfzylindermotors versorgen müsste, so dass entsprechend verringerte Zeitintervalle insbesondere auch unterschiedliche Zeitintervalle für Einspritzvorgänge für die einzelnen Zylinder zur Verfügung stehen.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei reduzierter Anzahl der Treiberschaltungen im Verhältnis zur Anzahl der Einspritzventile einerseits einheitliche Zeitintervalldauern zu haben und andererseits ein möglichst langes Zeitintervall zur Verfügung zu haben.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuergerät gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 2.
-
Demgemäß sind bei einer Anzahl der zur Ansteuerung vorgesehenen Einspritzventile, die größer als 1 und ungerade ist, lediglich zwei Treiberschaltungen vorgesehen, wobei einem der Einspritzventile zwei Auswahlschalter zugeordnet sind zur wahlweisen Versorgung durch eine der Treiberschaltungen mit Energie und den anderen Einspritzventilen jeweils nur ein Auswahlschalter zur Versorgung durch nur eine der Treiberschaltungen zugeordnet ist und wobei eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung der Treiberschaltungen und der Auswahlschalter vorgesehen ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Zuordnung zweier Auswahlschalter zu einem Einspritzventil, wodurch dieses eine Einspritzventil über beide Treiberschaltungen mit Energie aus der Energiequelle versorgt werden kann, ist es möglich, innerhalb eines Zeitintervalls die Treiberschaltungen zu wechseln und auf diese Weise eine Vergleichmäßigung der Zeitintervalle bei gleichzeitiger Vergrößerung der Zeitintervalle zu erreichen.
-
Die Ansteuerschaltung steuert dabei gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in der ersten Hälfte eines Zeitintervalls den ersten Auswahlschalter und die erste Treiberschaltung an, so dass das Einspritzventil, das mit beiden Treiberschaltungen über jeweilige Auswahlschalter verbunden ist, durch die erste Treiberschaltung versorgt ist.
-
In der zweiten Hälfte des zugeordneten Ansteuerzeitintervalls steuert die Ansteuerschaltung die zweite Treiberschaltung und den zweiten Auswahlschalter an, so dass nun eine Versorgung über die zweite Treiberschaltung erfolgt und dabei die erste Treiberschaltung wieder zur Versorgung eines anderen Einspritzventils frei wird. Hierdurch ist es möglich, ein Ansteuerzeitintervall bei einer Dauer T eines Arbeitsspiels und einer Anzahl N von Einspitzventilen auf eine Zeitdauer von 2·T/N zu erzielen. Das bedeutet bei einem Dreizylindermotor ein Ansteuerzeitintervall für ein jeweiliges Einspritzventil von 480° und bei einem Fünfzylindermotor immer noch von 288°.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen
-
1 ein Blockschaltbild eines Teils eines erfindungsgemäßen Steuergeräts für einen Dreizylindermotor,
-
2 ein Blockschaltbild eines Teils eines erfindungsgemäßen Steuergeräts für einen Fünfzylindermotor,
-
3 den zeitlichen Ablauf der Ansteuerung der Treiberschaltungen und Auswahlschalter bei einem Dreizylindermotor und
-
4 einen entsprechenden zeitlichen Ablauf für einen Fünfzylindermotor.
-
Die 1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung drei Einspritzventile A, B, C die über nur zwei lediglich schematisch dargestellte Treiberschaltungen 1, 2 angesteuert werden. Um auswählen zu können, welches Einspritzventil A, B, C mit welcher Treiberschaltung 1, 2 angesteuert werden soll, sind Auswahlschalter 11, 12, 13, 14 vorgesehen.
-
Eine Treiberschaltung 1, 2 kann dabei, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, mit einem Leistungstransistor gebildet sein, der einen Anschluss der Spule eines magnetischen Einspritzventils A, B, C mit dem Pluspol einer – nicht dargestellten – Energiequelle bei einsprechender Ansteuerung verbindet. Um festzulegen, welches der Einspritzventile A oder C bei der Schaltung gemäß 1 über die erste Treiberschaltung 1 mit der Energiequelle verbunden werden soll, ist ein erster Auswahlschalter 11, der ebenfalls als Leistungstransistor ausgebildet sein kann, mit dem nicht mit der Treiberschaltung 1 verbundenen Anschluss der Spule des Einspritzventils A verbunden und verbindet diesen Anschluss der Spule bei geeigneter Ansteuerung mit dem Minuspol der Energiequelle, was durch einen Massestrich gekennzeichnet ist.
-
Um das dritte Einspritzventil C auswählen zu können, ist die erste Treiberschaltung 1 über einen dritten Auswahlschalter 13 mit der Spule des dritten Einspritzventils C verbunden.
-
Der nicht mit dem Auswahlschalter 13 verbundene Anschluss der Spule ist mit dem Minuspol der – nicht dargestellten – Energiequelle verbunden. In gleicher Weise ist das dritte Einspritzventil C mit einem vierten Auswahlschalter 14 mit der zweiten Treiberschaltung verbunden.
-
Der erste Anschluss der Spule des zweiten Einspritzventils B ist direkt mit der zweiten Treiberschaltung 2 verbunden, während der andere Anschluss der Spule des Einspritzventils über den zweiten Auswahlschalter 12 mit dem Minuspol der Energiequelle verbunden ist.
-
Durch eine Ansteuerschaltung 3 können sowohl die Transistoren der Treiberschaltungen 1, 2 als auch die Auswahlschalter 11 bis 14 geeignet angesteuert werden, so dass jedes Einspritzventil A, B, C dieselbe Zeitdauer bei gleichzeitig maximal möglicher Zeitdauer angesteuert werden kann.
-
Wie dies erfolgt, ist aus der 3 zu erkennen. Dort ist ein Zeitstrahl mit Zeitpunkten t1–t9 aufgetragen sowie Zeitintervalle mit Doppelpfeilen dargestellt, wobei durchgezogene Doppelpfeile die Ansteuerung durch die erste Treiberschaltung 1 und strichlierte Doppelpfeile die Ansteuerung durch die zweite Treiberschaltung 2 kennzeichnen sollen. Mit (Ansteuer-)Zeitintervall ist dabei die Zeit für eine Umdrehung der Kurbelwelle um einen bestimmten Umdrehungswinkel gemeint, so dass die Dauer dieser Zeitintervalle von der Umdrehungsgeschwindigkeit abhängt.
-
Zum Zeitpunkt t1 wird das erste Einspritzventil A über die erste Treiberschaltung 1 und den ersten Auswahlschalter 11 mit Energie aus einer Energiequelle versorgt, wozu die erste Treiberschaltung 1 und der erste Auswahlschalter 11 durch die Ansteuerschaltung 3 angesteuert werden, so dass diese schließen und ein Strom aus der Energiequelle in die Spule des Einspritzventils A fließen kann.
-
Bei einem Dreizylinderviertaktmotor muss bei einem Arbeitsspiel von 720° alle 240° das nächste Einspritzventil angesteuert werden. Das bedeutet, dass zum Zeitpunkt t2, also nach 240° Umdrehung, das zweite Einspritzventil B durch die zweite Treiberschaltung 2 und den zweiten Auswahlschalter 12 durch entsprechende Ansteuerung durch die Ansteuerschaltung 3 in einen stromführenden Zustand versetzt wird. Hierdurch schließt das Einspritzventil B und der Einspritzvorgang beginnt.
-
Nach weiteren 240° Umdrehung muss das dritte Einspritzventil C geschlossen werden, was bedeutet, dass die Ansteuerung des ersten Einspritzventils A über die erste Treiberschaltung 1 beendet werden muss, da diese nun für die Energiezuführung zum dritten Einspritzventil C zur Verfügung stehen muss. Hierzu wird durch die Ansteuerschaltung 3 der erste Auswahlschalter 11 geöffnet und der dritte Auswahlschalter 13 geschlossen.
-
Nach 720° Umdrehung, also nach zwei vollen Umdrehungen muss zum Zeitpunkt t4 jedoch das erste Einspritzventil A wieder mit Energie versorgt werden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Auswahlschaltern 1, 2 für das dritte Einspritzventil C ist es nun möglich, die zweite Treiberschaltung 2 zur Versorgung des dritten Einspritzventils C über den vierten Auswahlschalter 14 für die zweite Hälfte des Ansteuerzeitintervalls zu verwenden. Hierzu wird der zweite Auswahlschalter 12 durch die Ansteuerschaltung geöffnet und entsprechend der vierte Auswahlschalter 14 geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich nun periodisch, wie aus der 3 zu erkennen ist. Es ist deutlich zu erkennen, dass durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Steuergeräts ein Ansteuerintervall von 480° möglich ist, während dessen Einspritzvorgänge durch ein Einspritzventil möglich sind.
-
2 zeigt eine entsprechende schematische Blockdarstellung für fünf Einspritzventile A'–E', die ebenfalls über nur zwei Treiberschaltungen 10, 20 mit Energie aus einer – ebenfalls nicht dargestellten – Energiequelle versorgt werden können.
-
Um eine entsprechende Auswahl des durch eine Treiberschaltung 10, 20 jeweils zu versorgenden Einspritzventils A'–E' vornehmen zu können, sind in entsprechender Weise wie bei der Schaltung gemäß 1 Auswahlschalter 21–26 vorgesehen. Die erste Treiberschaltung 10 ist mit den Spulen des ersten und dritten Einspritzventils A' und C' verbunden, während die zweite Treiberschaltung 20 ist mit den Spulen des zweiten und vierten Einspritzventils B' und D' verbunden ist.
-
Der ersten vier Auswahlschalter 21–24 sind jeweils mit dem nicht mit einer Treiberschaltung 10, 20 verbundenen Anschluss der Spule eines jeweiligen Einspritzventils A'–D' und dem Minuspol der Energiequelle, was wie in 1 mit einem Massestrich gekennzeichnet ist, verbunden. Durch entsprechende Ansteuerung durch eine Ansteuerschaltung 30 kann sowohl die jeweilige Treiberschaltung 10, 20 als auch die jeweilige Auswahlschaltung 21–24 angesteuert bzw. geschlossen werden.
-
In erfindungsgemäßer Weise sind auch bei dieser Schaltung mit fünf Einspritzventilen für einen Fünfzylindermotor das fünfte Einspritzventil E' über jeweils einen Auswahlschalter 25, 26 mit je einer der Treiberschaltungen 10, 20 verbunden. Hierdurch ist es wiederum möglich, dieses Einspritzventil E' über beide Treiberschaltungen 10, 20 mit Energie aus der Energiequelle zu versorgen um – wie mit Hilfe von 4 in entsprechender Weise zu 3 gezeigt werden soll – während eines Ansteuerzeitintervalls den Treiber zu wechseln.
-
In 4 ist in entsprechender Weise wie in 3 wiederum dargestellt, wie sich die Zeitintervalle der Ansteuerung der einzelnen Einspritzventile so überlappen, dass einerseits die Betriebsdauern der Treiberschaltungen 10, 20 maximal ausgenutzt werden, wodurch eine maximale Ansteuerzeit für ein jeweiliges Einspritzventil A'–E' ermöglicht wird, und gleichzeitig alle fünf Einspritzventile A'–E' gleich lange angesteuert werden, wobei nur zwei Treiberschaltungen 10, 20 erforderlich sind.
-
In 4 sind wie in 3 auf einem Zeitstrahl eine Anzahl von Zeitpunkten t1–t10 angedeutet, wobei diese Zeitpunkte t1–t10 keine festen Zeiten repräsentieren sollen, sondern bezogen auf ein Arbeitsspiel von zwei Umdrehungen, was 720° entspricht, einen Winkel von 720°/5 also 144° repräsentieren sollen. Beispielsweise können Arbeitsspiele zu dem Zeitpunkt t1 und t6 neu beginnen, was bedeutet, dass die Zeitintervalle zwischen den Zeitpunkten t1–t10 je nach Umdrehungsgeschwindigkeit größer oder kleiner sein können, jedoch immer einem 144°-Umdrehungswinkel entsprechen.
-
Im dargestellten Beispiel soll das erste Einspritzventil A' zum Zeitpunkt t1 von der ersten Treiberschaltung 10 mit Energie versorgt werden. Hierzu müssen die erste Treiberschaltung 10 und der erste Auswahlschalter 21 von der Ansteuerschaltung 30 angesteuert werden. Die durchgezogene Linie für das entsprechende Zeitintervall repräsentiert die erste Treiberschaltung 10. Nach 144° Umdrehung beginnt das Zeitintervall für das zweite Einspritzventil B', welches, da die erste Treiberschaltung 10 noch für das erste Einspritzventil A' zur Verfügung stehen muss, nunmehr durch die zweite Treiberschaltung 20 und den entsprechenden zweiten Auswahlschalter 22 durch entsprechende Ansteuerung mit Energie aus der Energiequelle versorgt werden kann. Nach weiteren 144° Umdrehung muss zum Teilpunkt t3 die Ansteuerung des dritten Einspritzventils C' erfolgen, welches wiederum durch die erste Treiberschaltung 10 und den entsprechenden Auswahlschalter 23 mit Energie versorgt werden muss, da die zweite Treiberschaltung 20 noch für das zweite Einspritzventil B' zur Verfügung stehen muss. In entsprechender Weise wird zum Zeitpunkt t4 das vierte Einspritzventil D' wieder über die zweite Treiberschaltung 20 und den vierten Auswahlschalter 24 mit Energie versorgt und zum Zeitpunkt t5 das fünfte Einspritzventil E' zunächst über die erste Treiberschaltung 10 und den fünften Auswahlschalter 25, hier jedoch nur bis zum Zeitpunkt t6, da hier das zweite Arbeitsspiel beginnt und das erste Einspritzventil A' wieder über die erste Treiberschaltung 10 versorgt werden muss. Da zu diesem Zeitpunkt t6 jedoch das Ansteuerzeitintervall für das vierte Einspritzventil D' zu Ende ist, steht die zweite Treiberschaltung 20 wieder zur Verfügung und es kann in der zweiten Hälfte des Ansteuerzeitintervalls für das fünfte Einspritzventil E' über den Auswahlschalter 26 das fünfte Einspritzventil E' mit Energie versorgen. Dieses Ansteuerverfahren wiederholt sich periodisch, wie in der 4 durch Punkte gekennzeichnet ist.
-
In den Darstellungen der 3 und 4 wurde angenommen, dass ein Arbeitsspiel zu den Zeitpunkten t1, t4, t7, für die Dreizylinder- bzw. Dreieinspritzventil-Anordnung gemäß 3 und zu Zeitpunkten t1, t6 usw. für eine Fünfzylinder- bzw. Fünfeinspritzventil-Anordnung beginnt. Damit wäre das Ansteuerzeitintervall mit wechselnden Treiberschaltungen 1, 2 bzw. 10, 20 jeweils am Ende eines Arbeitsspiels. Ein Arbeitsspiel kann jedoch zu jedem beliebigen Zeitpunkt t1–t10 beginnen, sodass das Einspritzventil, das über zwei Auswahlschalter 13, 14 bzw. 25, 26 angesteuert werden kann, auch am Anfang oder innerhalb eines Arbeitsspiels angesteuert werden kann.
-
Während der dargestellten Ansteuerzeitperioden, die für eine Dreizylinder-Anordnung 480° und für eine Fünfzylinder-Anordnung 288° dauern, muss das Ansteuerventil selbstverständlich nicht andauernd angesteuert werden, es ist jedoch möglich, mehrere Ansteuervorgänge zu bewerkstelligen, da eine Treiberschaltung während dieser Zeit zur Verfügung steht.
-
In den 1 und 2 sind die Treiberschaltungen 1, 2 bzw. 10, 20 als sogenannte High-Side-Schalter realisiert, da sie zwischen dem Pluspol der Energiequelle und der Spule eines Einspritzventils angeordnet sind. Entsprechend sind die Auswahlschalter 11, 12 bzw. 21, 24 als Low-Side-Schalter ausgeführt, da sie die Spule eines Einspritzventils mit dem Minuspol der Energiequelle verbinden. Es ist im Rahmen der Erfindung natürlich ebenso möglich, die Treiberschaltungen als Low-Side-Schalter und die Auswahlschalter als High-Side-Schalter zu realisieren.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008040860 A1 [0002, 0003, 0004]
