DE102013220613B4 - Verfahren und Computerprogramm zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors - Google Patents

Verfahren und Computerprogramm zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors (30), der einen Spulenantrieb mit einer Magnetspule und einem Magnetanker umfasst, wobei der Magnetanker durch ein von der Magnetspule erzeugbares Magnetfeld entlang einer Längsachse bewegbar ist, bei dem- die Magnetspule zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) mit einer Verstärkungsspannung beaufschlagt wird, um den Magnetanker von einer Schließposition in eine Öffnungsposition zu bewegen, wobei die Verstärkungsspannung eine Sollspannung ist und von einem spannungsgeregelten Gleichspannungswandler (12) aus einer im Vergleich kleineren Versorgungsspannung bereitgestellt wird, wobei der Gleichspannungswandler (12) einen Speicherkondensator (14) zur Stützung der am Ausgang des Gleichspannungswandlers (12) bereit gestellten Spannung umfasst, wobei- der Speicherkondensator (14) des Gleichspannungswandlers (12) vor dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) auf eine Vorsteuerspannung geladen wird, die größer ist als die Verstärkungsspannung, die die Sollspannung bleibt, so dass die an der Magnetspule anliegende Spannung zu dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) höher als die Verstärkungsspannung ist,- das Laden des Speicherkondensators (14) zu einem durch Berechnung bestimmten Zeitpunkt (tx) beginnt, dass der Speicherkondensator (14) genau zu dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) die Vorsteuerspannung aufweist oder- das Laden des Speicherkondensators (14) zu einem durch Berechnung bestimmten Zeitpunkt (tx) beginnt, dass der Speicherkondensator (14) vor dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) die Vorsteuerspannung aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors, der einen Spulenantrieb mit einer Magnetspule und einem Magnetanker umfasst, wobei der Magnetanker durch ein von der Magnetspule erzeugbares Magnetfeld entlang einer Längsachse bewegbar ist.
  • Bei einem solchen Kraftstoffinjektor wird durch eine geeignete Erregung der Magnetspule ein Magnetfeld erzeugt, welches den Magnetanker des Spulenantriebs entlang der Längsachse (Verschiebeachse) bewegt. Mit dem Magnetanker ist eine Nadel des Kraftstoffinjektors verbunden, welche abhängig von ihrer Position eine Öffnung des Kraftstoffinjektors schließt oder zum Zwecke einer Kraftstoffeinspritzung für eine gewisse Zeit freigibt.
  • In einer so genannten Verstärkungsphase wird der Spulenantrieb des Kraftstoffinjektors mit einer sog. Verstärkungsspannung beaufschlagt, um den Magnetanker möglichst schnell von seiner Schließposition in seine Öffnungsposition zu bewegen. Danach kann die Magnetspule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors in einer sog. Haltephase mit einer im Vergleich zu der Verstärkungsspannung kleineren Haltespannung beaufschlagt werden, um den Magnetanker in seiner Öffnungsposition zu halten. Die Haltespannung wird in der Regel in Form von einer Vielzahl von Haltepulsen angelegt, so dass sich ein vorgegebener Haltestrom einstellt.
  • Die Erzeugung der Spannung zum Antreiben des Spulenantriebs, welche hier als Verstärkungsspannung bezeichnet wird, wird mit einem Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) aus einer Versorgungsspannung erzeugt, die kleiner als die Verstärkungsspannung ist. Als Versorgungsspannung dient die von einer Batterie bereit gestellte Spannung im Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Der Gleichspannungswandler umfasst einen Speicherkondensator zur Stützung der am Ausgang des Gleichspannungswandler bereit gestellten Spannung, wenn der an den Gleichspannungswandler angeschlossene Verbraucher, d.h. der Kraftstoffinjektor, kurzzeitig einen hohen Strom zieht. Der Ausgang des Gleichspannungswandlers ist mit dem Kraftstoffinjektor bzw. dessen Magnetspule, gekoppelt.
  • Zur Einhaltung der Genauigkeit der Schaltzeit des Kraftstoffinjektors sind genaue Spannungsparameter festgelegt, welche während der Betätigung des Kraftstoffinjektors, das heißt während der Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, einzuhalten sind. Ein bestimmender Faktor ist ein Spannungsabfall (engl.: Voltage Drop), der spezifiziert ist als der Spannungsabfall während der Zeit der Energieentnahme aus dem Speicherkondensator. Um den Spannungsabfall klein zu halten, werden bevorzugt Speicherkondensatoren mit großer Speicherkapazität und geringem ESR (Euqivalent Series Resistance) eingesetzt. Der ESR bezeichnet den inneren Verlustwiderstand des Speicherkondensators. Er wird durch Material, Konstruktion und die Leitfähigkeit eines Elektrolyten des Speicherkondensators beeinflusst.
  • Hierdurch besteht der Nachteil hoher Kosten, da einerseits Speicherkondensatoren mit einer großen Speicherkapazität eingesetzt werden müssen und andererseits nur solche Speicherkondensatoren zum Einsatz kommen können, welche einen geringen ESR aufweisen.
  • Aus der DE 10 2010 027 989 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Magnetventil zum Einspritzen von Kraftstoff betätigt wird. Eine Magnetspule kann für eine Boostphase an eine Boost-Spannungsquelle geschaltet werden, wobei die Spule mit von der Boost-Spannungsquelle gelieferten Spannung beaufschlagt wird, um den Magnetanker von einer Schließposition in eine Öffnungsposition zu bewegen. Die Boost-Spannung wird von einem Gleichspannungswandler aus einer im Vergleich kleineren Batteriespannung bereitgestellt. Der Gleichspannungswandler umfasst einen Boost-Kondensator zur Stützung der am Ausgang des Gleichspannungswandlers bereitgestellten Spannung.
  • DE 10 2013 222 312 A1 offenbart ein Induktivelement, das intermittent durch ein Verstärkungsöffnungs- und Schließelement angeregt wird und das einen Hochspannungskondensator auf eine hohe Spannung lädt. In das Induktivelement werden ein Induktivelementstrom proportional zu einer Spannung an beiden Enden eines Stromdetektionswiderstands und eine verstärkte Detektionsspannung, die eine unterteilte Spannung des Hochspannungskondensators ist, an einem Verstärkungssteuerschaltungsteil über einen Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler, der in einer Arithmetiksteuerschaltungseinheit vorgesehen ist, eingespeist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches die Einhaltung der Genauigkeit der Schaltzeit eines Kraftstoffinjektors präzisiert.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch ein Computerprogrammprodukt gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Es wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors vorgeschlagen, der einen Spulenantrieb mit einer Magnetspule und einem Magnetanker umfasst. Der Magnetanker ist durch ein von der Magnetspule erzeugbares Magnetfeld entlang einer Längsachse bewegbar. Bei diesem Verfahren wird die Magnetspule zu einem vorgegebenen Zeitpunkt mit einer Verstärkungsspannung beaufschlagt, um den Magnetanker von einer Schließposition in eine Öffnungsposition zu bewegen, wobei die Verstärkungsspannung eine Sollspannung ist und von einem spannungsgeregelten Gleichspannungswandler aus einer im Vergleich kleineren Versorgungsspannung bereitgestellt wird. Der Gleichspannungswandler umfasst einen Speicherkondensator zur Stützung der am Ausgang des Gleichspannungswandlers bereit gestellten Spannung. Der Speicherkondensator des Gleichspannungswandlers wird vor dem gegebenen Zeitpunkt auf eine Vorsteuerspannung, die größer ist als die Verstärkungsspannung, die die Sollspannung bleibt, geladen, so dass die an der Magnetspule anliegende Spannung zu dem vorgegebenen Zeitpunkt höher als die Verstärkungsspannung ist.
  • Der Erfindung liegt die Überlegung zu Grunde, dass zu dem vorgegebenen Zeitpunkt, der den Bewegungsbeginn des Magnetankers und damit den Beginn des Einspritzvorganges markiert, die Verstärkungsspannung, welche durch den Gleichspannungswandler konstant gehalten werden soll, um den Magnetanker von seiner Schließposition in seine Öffnungsposition zu bewegen, abfällt. Dieser Spannungsabfall, der aus der Entladung des Speicherkondensators aufgrund des kurzzeitigen, hohen Strombezugs des Kraftstoffinjektors resultiert, wird durch den Gleichspannungswandler detektiert. Der Gleichspannungswandler lädt daraufhin den Speicherkondensator nach, um den gewünschten Wert der Verstärkungsspannung wieder herzustellen. Die verzögerte Regelung der Verstärkungsspannung durch den Gleichspannungswandler ist somit zum Teil für den Spannungsabfall für den unerwünschten Spannungsabfall verantwortlich.
  • Um Spannungsabfall zu reduzieren, erfolgt eine Vorsteuerung, bei der der Speicherkondensator bereits vor dem vorgegebenen Zeitpunkt, der den Bewegungsbeginn des Magnetankers und damit den Beginn des Einspritzvorganges markiert, über die gewünschte Höhe der Verstärkungsspannung hinaus auf eine sog. Vorsteuerspannung geladen wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Betrag der Vorsteuerspannung höher ist als der Betrag der Verstärkungsspannung. Dies hat zur Folge, dass die an der Magnetspule bzw. dem Kraftstoffinjektor anliegende Spannung zu dem vorgegebenen Zeitpunkt höher ist als die an sich notwendige Verstärkungsspannung.
  • Die Verstärkungsspannung repräsentiert die seitens des Herstellers des Kraftstoffinjektors spezifizierte Spannung, welche für den Einspritzvorganges verwendet werden muss oder soll. Die Verstärkungsspannung ist damit eine Sollspannung für den Betrieb des Kraftstoffinjektors.
  • Dies bedeutet, vor dem Injektionsvorgang wird die Energie des Speicherkondensators erhöht. Eine Folge dieses Vorgehens besteht darin, dass sich die Höhe des Spannungsabfalls über dem Kraftstoffinjektor bzw. der Magnetspule betragsmäßig reduziert. Infolgedessen kann der Gleichspannungswandler mit einem in Vergleich kleineren Speicherkondensator ausgestattet werden, wodurch sich Kostenvorteile ergeben. Alternativ ist es möglich, einen Speicherkondensator einzusetzen, der geringere Fertigungskosten verursacht.
  • Das Laden des Speicherkondensators beginnt zu einem durch Berechnung bestimmten Zeitpunkt, so dass der Speicherkondensator genau zu dem vorgegebenen Zeitpunkt, der den Bewegungsbeginn des Magnetankers und damit den Beginn des Einspritzvorganges markiert, die Vorsteuerspannung aufweist. Alternativ beginnt das Laden des Speicherkondensators zu einem durch Berechnung bestimmten Zeitpunkt, so dass der Speicherkondensator vor dem vorgegebenen Zeitpunkt, der den Bewegungsbeginn des Magnetankers und damit den Beginn des Einspritzvorganges markiert, die Vorsteuerspannung aufweist. In der Zeitspanne zwischen dem Erreichen der Vorsteuerspannung und dem vorgegebenen Zeitpunkt wird dann das Niveau der Vorsteuerspannung gehalten.
    Die Zeitdauer zwischen dem Beginn des Ladens des Speicherkondensators und dem vorgegebenen Zeitpunkt kann für jeden Einspritzvorgang, d.h. jede Ansteuerung des Kraftstoffinjektors, konstant gewählt werden. Die Berechnung der Zeitdauer kann durch ein Modell erfolgen. Die Länge der Zeitdauer ist allgemein abhängig von der Ausgestaltung des Steuergeräts bzw. dem anzusteuernden Kraftstoffinjektor.
  • Nach dem Bestimmen der oben genannten Zeitspanne gemäß einer der beiden genannten Alternativen kann dann der Zeitpunkt des Ladens des Speicherkondensators vor dem vorgegebenen Zeitpunkt erfolgen, da der vorgegebene Zeitpunkt einer Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens grundsätzlich bekannt ist.
  • Die Aufladung des Speicherkondensators kann durch den Gleichspannungswandler erfolgen. Zweckmäßigerweise kommt ein Speicherkondensator zum Einsatz, der einen geringen ESR aufweist. Hierzu können beispielsweise Elektrolyt-Kondensatoren mit einem Nass-Elektrolyt, mit einem Hybrid-Elektrolyt oder mit einem Trocken-Elektrolyt eingesetzt werden.
  • Die Vorsteuerspannung ergibt sich aus der Verstärkungsspannung und einem Toleranzzuschlag für die Verstärkungsspannung. Der Toleranzzuschlag entspricht damit dem Maß des Gewinns, um den der Spannungsabfall gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung verringert werden kann.
  • Der Zeitpunkt des Ladebeginns des Speicherkondensators kann in Abhängigkeit einer messtechnisch ermittelten Temperatur in der Umgebung des Kraftstoffinjektors angepasst werden. Dies bedeutet, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators in Abhängigkeit der Temperatur verkürzt oder verlängert wird.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators mit sinkender Temperatur verkürzt wird.
    Dies bedeutet, dass der Ladebeginn im Vergleich zu einer Ansteuerung, bei der die Temperatur nicht berücksichtigt wird, relativ später erfolgt.
    In einer weiteren Ausgestaltung kann der Zeitpunkt des Ladebeginns des Speicherkondensators in Abhängigkeit einer Alterung des Kraftstoffinjektors angepasst werden. Dies bedeutet, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators in Abhängigkeit eines, z.B. rechnerisch ermittelten und in einem Speicher hinterlegten oder eines messtechnisch ermittelten, Alterungszustands verkürzt oder verlängert wird.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators mit steigender Alterung verkürzt wird. Dies bedeutet, dass der Ladebeginn im Vergleich zu einer Ansteuerung, bei der die Alterung nicht berücksichtigt wird, relativ später erfolgt.
  • Die Erfindung schafft ferner ein Computerprogrammprodukt zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Rechners, insbesondere eines Steuergeräts zum Ansteuern des Kraftstoffinjektors, geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte eines der vorstehend erläuterten Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf dem Rechner läuft.
  • Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs;
    • 2 eine schematische Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufs während einer herkömmlichen Ansteuerung des Kraftstoffinjektors aus 1;
    • 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs; und
    • 4 eine schematische Darstellung des Strom- und Spannungsverlaufs während einer erfindungsgemäßen Ansteuerung des Kraftstoffinjektors aus 3.
  • In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt ein herkömmliches Steuergerät 10 zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors 30 für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Bei dem nicht näher dargestellten Kraftstoffinjektor 30 handelt es sich um einen herkömmlichen Kraftstoffinjektor, welcher in bekannter Weise einen Spulenantrieb mit einer Magnetspule aufweist. Durch eine geeignete Erregung der Magnetspule wird ein Magnetfeld erzeugt, welches einen Magnetanker des Spulenantriebs entlang einer Längsachse (Verschiebeachse des Magnetankers) bewegt. Mit dem Magnetanker ist eine Nadel des Kraftstoffinjektors verbunden, welche abhängig von ihrer Position eine Öffnung des Kraftstoffinjektors schließt oder zum Zwecke einer Kraftstoffeinspritzung für eine gewisse Zeit freigibt.
  • In einer so genannten Verstärkungsphase wird der Spulenantrieb des Kraftstoffinjektors mit einer sog. Verstärkungsspannung beaufschlagt, um den Magnetanker möglichst schnell von seiner Schließposition in seine Öffnungsposition zu bewegen. Danach kann die Magnetspule des Spulenantriebs des Kraftstoffinjektors in einer sog. Haltephase mit einer im Vergleich zu der Verstärkungsspannung kleineren Haltespannung beaufschlagt werden, um den Magnetanker in seiner Öffnungsposition zu halten. Die Haltespannung wird in der Regel in Form von einer Vielzahl von Haltepulsen angelegt, so dass sich ein vorgegebener Haltestrom einstellt. Für die vorliegende Erfindung wird diese Unterscheidung außer Acht gelassen.
  • Die Verstärkungsspannung UDCDC, die eine Sollspannung darstellt, wird durch das Steuergerät 10 an Ausgangsanschlüssen 22, 24 bereitgestellt. Das Steuergerät 10 umfasst zu diesem Zweck einen Gleichspannungswandler 12, einen Speicherkondensator 14, einen Spannungsregler 16, eine Recheneinheit (Mikrocontroller) 18 sowie ein Schaltelement 20. Der Gleichspannungswandler 12 erzeugt aus einer Eingangsspannung U1 eine Ausgangsspannung U2. Die Eingangsspannung U1, zum Beispiel 12 V, wird durch einen nicht dargestellten Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Ausgangsspannung U2 entspricht der Spannung UDCDC des Gleichspannungswandlers 12 an seinen Ausgangsanschlüssen sowie den Ausgangsanschlüssen 22, 24 des Steuergeräts. Die Spannung UDCDC repräsentiert im Wesentlichen die oben erwähnte Verstärkungsspannung, deren Höhe von einer Spezifikation des Kraftstoffinjektors 30 abhängt. Die Verstärkungsspannung beträgt in diesem Ausführungsbeispiels 65 V (=Sollspannung), wie dies auch in dem Diagramm der 2 dargestellt ist.
  • Der Gleichspannungswandler 12 ist ausgangsseitig mit den beiden Anschlüssen des Speicherkondensators 14 und dem Kraftstoffinjektor 30 verschaltet. Für einen Fachmann ist klar, dass die Anschlüsse des Gleichspannungswandlers 12 hierbei mit dem Spulenantrieb, d.h. der Magnetspule, verbunden sind. Das Schaltelement 20 ist zwischen dem bereits erwähnten Ausgangsanschluss 22 und einem der Ausgangsanschlüsse des Gleichspannungswandlers 12 verschaltet. Wenn der Kraftstoffinjektor 30 zum Öffnen mit einer Spannung beaufschlagt werden soll, ist das Schaltelement 20 geschlossen. Andernfalls ist es geöffnet. Die Steuerung der Schaltstellung des Schaltelements 20 erfolgt durch die Recheneinheit 18.
  • Die Aufgabe des Speicherkondensators 14 besteht darin, die am Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 bereitgestellte Verstärkungsspannung UDCDC zu stützen, wenn der Kraftstoffinjektor 30 beim Einspritzvorgang zum Öffnen kurzzeitig einen hohen Strom zieht. Die zum Öffnen des Kraftstoffinjektors 30 notwendige Energie wird dem Speicherkondensator 14 entnommen, wodurch sich die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen 22, 24 und damit am Knotenpunkt 26 absenkt. Dies ist in 2 gut erkennbar.
  • In 2 sind der Verlauf der Verstärkungsspannung UDCDC und der Verlauf des in den Kraftstoffinjektor 30 bzw. dessen Magnetspule fließenden Stroms IInj dargestellt, zusammen mit einer Information DCDC, zu welchen Zeitpunkten der Spannungsregler 16 des Gleichspannungswandlers 12 aktiv ist. Zum Zeitpunkt t0 startet der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors 30, d.h. die Magnetspule wird bestromt. Zum Zeitpunkt t0 liegt am Ausgang 22, 24 des Steuergeräts 10 und damit am Kraftstoffinjektor 30 die spezifizierte Verstärkungsspannung UDCDC in Höhe von 65 V an. Aufgrund der dem Zeitpunkt t0 folgenden kurzzeitigen, hohen Stromentnahme durch den Kraftstoffinjektor 30 fällt die Verstärkungsspannung UDCDC bis zu einem Zeitpunkt t1 um beispielhaft 6 V auf 59 V ab. Die Höhe dieses Spannungsabfalls der Verstärkungsspannung UDCDC ist abhängig von der Größe der Speicherkapazität des Speicherkondensators 14 sowie dessen Innenwiderstand (ESR).
  • Der Spannungsabfall am Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 wird durch den Spannungsregler 16 detektiert, der eingangsseitig mit dem Knotenpunkt 26 zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 und dem Speicherkondensator 14 verbunden ist. Ein Ausgang des Spannungsreglers 16 ist mit dem Gleichspannungswandler 12 verbunden, wodurch dieser ein Nachladen des Speicherkondensators 14 bewirkt, um die Verstärkungsspannung UDCDC wieder auf 65 V zu regeln. Zum Zeitpunkt t2 hat die Spannung UDCDC am Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 wieder den Sollwert von 65 V erreicht.
  • Wie der 2 ohne weiteres zu entnehmen ist, steigt der Strom IInj kurz nach dem Zeitpunkt t0 an, verharrt zwischen t0 und t2 auf einem Niveau, welches das Öffnen des Kraftstoffinjektors 30 ermöglicht und sinkt in etwa zum Zeitpunkt t1 wieder auf Null ab, wodurch der Kraftstoffinjektor 30 wieder zu schließen beginnt. Ebenfalls erkennbar ist, dass der Gleichspannungswandler (vgl. die Information DCDC) zwischen t0 und t2 aktiv ist.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuergerät 10 zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors 30 für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Steuergerätes 10 unterscheidet sich von dem in 1 beschriebenen Aufbau lediglich dadurch, dass der Spannungsregler 16 zwei Eingänge 16a und 16b aufweist. Der erste Eingang 16a ist, wie in 1, mit dem Knotenpunkt 26 zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 und dem Speicherkondensator 14 verbunden. An diesem ersten Eingang 16a wird die Spannung am Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 bzw. des Steuergeräts detektiert, um im Falle einer abfallenden Spannung UDCDC ein Nachladen des Speicherkondensators 14 zu bewirken, um die Verstärkungsspannung UDCDC wieder auf den Sollwert, d.h. in diesem Beispiel 65 V, zu regeln.
  • Zusätzlich ist der zweite Eingang 16b mit der Recheneinheit 18 verbunden, welche eine Beeinflussung des Verhaltens des Gleichspannungswandlers 12 im Sinne einer Vorsteuerung ermöglicht.
  • Um den Spannungsabfall, der bei der herkömmlichen Ausgestaltung zwischen t0 und t1 6 V beträgt, zu verringern, wird vor dem Zeitpunkt t0, d.h. zum Zeitpunkt tx, der Speicherkondensator 14 durch den Gleichspannungswandler 12 über die Nenn-Verstärkungsspannung von 65 V aufgeladen, so dass der Speicherkondensator 14 zum Zeitpunkt t0 eine Spannung von z.B. 68 V aufweist (s. 4). Diese Spannung wird als Vorsteuerspannung bezeichnet.
  • Zum Zeitpunkt t0 startet der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors 30, d.h. die Magnetspule wird bestromt und IInj steigt zum Zeitpunkt t0 an und verharrt in Analogie zu 2 auf einem hohen Niveau bis zum Schließen des Kraftstoffinjektors. Zum Zeitpunkt t0 liegt am Ausgang 22, 24 des Steuergeräts 10 und damit am Kraftstoffinjektor 30 aufgrund des zuvor ausgeführten Ladevorgangs die Vorsteuerspannung in Höhe von 68 V an. Aufgrund der dem Zeitpunkt t0 folgenden kurzzeitigen, hohen Stromentnahme durch den Kraftstoffinjektor 30 fällt die Spannung bis zum Zeitpunkt t1 wieder um beispielhaft 6 V auf 62 V ab. Gegenüber der spezifizierten Verstärkungsspannung von 65 V beträgt der Spannungsabfall damit nur 3 V.
  • Der Spannungsabfall am Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 wird zum Zeitpunkt t1 durch den Spannungsregler 16 detektiert, da dieser mit seinem Eingang 16a mit dem Knotenpunkt 26 zwischen dem Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 und dem Speicherkondensator 14 verbunden ist. Am Ausgang des Spannungsreglers 16 wird ein Signal erzeugt, wodurch dieser ein Nachladen des Speicherkondensators 14 bewirkt, um die Verstärkungsspannung UDCDC wieder auf 65 V zu regeln. Zum Zeitpunkt t2' hat die Spannung UDCDC am Ausgang des Gleichspannungswandlers 12 wieder den Sollwert von 65 V erreicht. Da nun lediglich die Spannungsdifferenz von 3 V ausgeglichen werden muss, ist der Zeitpunkt t2' vor dem Zeitpunkt t2, der das herkömmliche Nachladeende beschreibt, erreicht. Zum Vergleich ist der Verlauf der herkömmlichen Ansteuerung zusätzlich in 4 dargestellt.
  • Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt tx, zu dem das Laden des Speicherkondensators 14 beginnt, und dem Zeitpunkt t0, zu dem der Kraftstoffinjektor 30 öffnet, kann durch eine Berechnung ermittelt werden. Die Zeitspanne ist abhängig von der Ausgestaltung des Steuergeräts 10 und dem tatsächlichen Verhalten des Kraftstoffinjektors 30. Ist die Zeitspanne einmal bestimmt, so kann diese für jeden Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors 30 konstant durch die Recheneinheit 18 verwendet werden.
  • In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass die Zeitspanne in Abhängigkeit der Temperatur in der Umgebung des Kraftstoffinjektors 30 angepasst wird. Hier kann die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators 14 in Abhängigkeit der Temperatur verkürzt oder verlängert werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators mit sinkender Temperatur verkürzt wird. Dies bedeutet, dass der Ladebeginn im Vergleich zu einer Ansteuerung, bei der die Temperatur nicht berücksichtigt wird, relativ später erfolgt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann der Zeitpunkt des Ladebeginns des Speicherkondensators 14 in Abhängigkeit einer Alterung des Kraftstoffinjektors 30 angepasst werden. Dies bedeutet, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators 14 in Abhängigkeit eines, z.B. rechnerisch ermittelten und in der Recheneinheit 18 hinterlegten oder eines messtechnisch ermittelten, Alterungszustands verkürzt oder verlängert wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators 14 mit steigender Alterung verkürzt wird. Dies bedeutet, dass der Ladebeginn im Vergleich zu einer Ansteuerung, bei der die Alterung nicht berücksichtigt wird, relativ später erfolgt.
  • Wird die im Rahmen der Vorsteuerung angestrebte Vorsteuerspannung vor dem Zeitpunkt t0 erreicht, so wird die Spannung des Speicherkondensators 14 auf dem Niveau der Vorsteuerspannung bis zum Zeitpunkt t0 konstant gehalten.
  • Das vorgeschlagene Verfahren basiert auf einem wissensbasierten, verfrühten Einschalten des Gleichspannungswandlers 12, um den Start des Ladens bzw. Nachladens des Speicherkondensators 14 mit dem Beginn der Einspritzung zu synchronisieren. Ein Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass der Speicherkondensator 14 im Vergleich zu einer herkömmlichen Ansteuerung kleiner ausgebildet sein kann, da dieser nur einen im Vergleich kleineren Spannungsabfall sieht. Alternativ ist es möglich, in dem Steuergerät Bauteile einzusetzen, welche geringere Fertigungskosten verursachen.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors (30), der einen Spulenantrieb mit einer Magnetspule und einem Magnetanker umfasst, wobei der Magnetanker durch ein von der Magnetspule erzeugbares Magnetfeld entlang einer Längsachse bewegbar ist, bei dem - die Magnetspule zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) mit einer Verstärkungsspannung beaufschlagt wird, um den Magnetanker von einer Schließposition in eine Öffnungsposition zu bewegen, wobei die Verstärkungsspannung eine Sollspannung ist und von einem spannungsgeregelten Gleichspannungswandler (12) aus einer im Vergleich kleineren Versorgungsspannung bereitgestellt wird, wobei der Gleichspannungswandler (12) einen Speicherkondensator (14) zur Stützung der am Ausgang des Gleichspannungswandlers (12) bereit gestellten Spannung umfasst, wobei - der Speicherkondensator (14) des Gleichspannungswandlers (12) vor dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) auf eine Vorsteuerspannung geladen wird, die größer ist als die Verstärkungsspannung, die die Sollspannung bleibt, so dass die an der Magnetspule anliegende Spannung zu dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) höher als die Verstärkungsspannung ist, - das Laden des Speicherkondensators (14) zu einem durch Berechnung bestimmten Zeitpunkt (tx) beginnt, dass der Speicherkondensator (14) genau zu dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) die Vorsteuerspannung aufweist oder - das Laden des Speicherkondensators (14) zu einem durch Berechnung bestimmten Zeitpunkt (tx) beginnt, dass der Speicherkondensator (14) vor dem vorgegebenen Zeitpunkt (t0) die Vorsteuerspannung aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ladung des Speicherkondensators (14) durch den Gleichspannungswandler (12) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorsteuerspannung sich aus der Verstärkungsspannung und einem Toleranzzuschlag für die Verstärkungsspannung ergibt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zeitpunkt (tx) des Ladebeginns des Speicherkondensators (14) in Abhängigkeit einer messtechnisch ermittelten Temperatur in der Umgebung des Kraftstoffinjektors (30) angepasst wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators (14) mit sinkender Temperatur verkürzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zeitpunkt (tx) des Ladebeginns des Speicherkondensators (14) in Abhängigkeit einer Alterung des Kraftstoffinjektors (30) angepasst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Zeitdauer der Ladung des Speicherkondensators (14) mit steigender Alterung verkürzt wird.
  8. Computerprogrammprodukt zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors (30) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Rechners geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfaßt, mit denen die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf dem Rechner läuft.
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