DE102014002261A1

DE102014002261A1 - Steuergerät einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014002261A1
Application number: DE102014002261.7A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Probst
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-08-20
Also published as: JP2017507276A; CN105992868B; US20170067408A1; FI129317B; WO2015124304A1; JP6400723B2; CA2940208C; FI20165690A; CA2940208A1; KR20160119234A; US10167807B2; CN105992868A

Abstract

Steuergerät einer Brennkraftmaschine, nämlich zum Ansteuern von Injektoren oder Gasventilen einer Kraftstoffversorgungsanlage der Brennkraftmaschine, wobei das Steuergerät jeden Injektor zum Öffnen desselben derart ansteuert, dass sowohl in einer Boostphase der Ansteuerung als auch in einer Holdphase der Ansteuerung die am jeweiligen Injektor anliegende Spannung zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus wechselt, und wobei das Steuergerät den jeweiligen Injektor in der Boostphase derart ansteuert, dass die am jeweiligen Injektor anliegende Spannung nach Erreichen eines definierten Booststromniveaus zwischen einem relativ niedrigen Boostspannungsniveau, welches größer als Null Volt ist, und einem relativ hohen Boostspannungsniveau, welches größer als eine Versorgungspannung des Steuergeräts ist, wechselt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass zum Beispiel als Schiffsdieselbrennkraftmaschinen ausgebildete Brennkraftmaschinen über eine Kraftstoffversorgungsanlage verfügen, wobei jedem Zylinder der Brennkraftmaschine mindestens ein Injektor der Kraftstoffversorgungsanlage zugeordnet ist, um Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder einzuspritzen. Bekanntlich kann die Kraftstoffversorgungsanlage beispielsweise als Common-Rail-Kraftstoffversorgungsanlage, aber auch zur Versorgung von Gasventilen für Gas- oder Dual-Fuel-Motoren ausgebildet sein. Die Injektoren/Gasventile der Kraftstoffversorgungsanlage der Brennkraftmaschine werden dabei mit Hilfe eines Steuergeräts angesteuert, nämlich derart, dass sowohl in einer Boostphase der Ansteuerung als auch in einer Holdphase der Ansteuerung die am Injektor/Gasventil anliegende Spannung zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus wechselt. So ist es aus der Praxis bekannt, dass in der Boostphase der Ansteuerung die Spannung zwischen nahe Null Volt (0 V) und einer Boostspannung und in der Holdphase der Ansteuerung die Spannung zwischen nahe Null Volt (0 V) und einer Holdspannung wechselt, wobei die Boostspannung größer als die Holdspannung ist. Im Allgemeinen ist die Boostphase die Phase, in dieser der Injektor/das Gasventil öffnen soll und das Stromniveau höher ist als in der Holdphase.
Obwohl mit den aus der Praxis bekannten Steuergeräten einer Brennkraftmaschine die Injektoren einer Kraftstoffversorgungsanlage bereits mit hinreichender Qualität angesteuert werden können, besteht Bedarf an einem Steuergerät, welches eine verbesserte Ansteuerung der Injektoren einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Insbesondere besteht Bedarf an einem Steuergerät, an welchem geringere Verlustleistung anfällt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Steuergerät einer Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß steuert das Steuergerät den jeweiligen Injektor oder das Gasventil in der Boostphase derart an, dass die am jeweiligen Injektor anliegende Spannung nach Erreichen eines definierten Booststromniveaus zwischen einem relativ niedrigen Boostspannungsniveau, welches größer als Null Volt (0 V) ist, und einem relativ hohen Boostspannungsniveau, welches größer als eine Versorgungspannung des Steuergeräts ist, wechselt.
Mit der Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, dass das Steuergerät den jeweiligen Injektor/Gasventil in der Boostphase derart ansteuert, das Spannungsniveau der Boostphase zwischen zwei Boostspannungsniveaus wechselt, wobei das niedrige Boostspannungsniveau größer als Null Volt (0 V) ist. Hiermit kann vermieden werden, dass dann, wenn das relativ niedrige Boostspannungsniveau am Injektor anliegt, das Booststromniveau desselben schnell abfällt. Daher kann in der Boostphase das relativ niedrige Boostspannungsniveau länger angelegt bleiben als dies nach dem Stand der Technik möglich ist. Hierdurch kann die Verlustleistung des Steuergeräts reduziert werden. Eine geringere Verlustleistung des Steuergeräts bewirkt eine Effizienzsteigerung des Gesamtsystems. Weiterhin kann die Lebensdauer des Steuergeräts sowie der vom Steuergerät angesteuerten Injektoren/Gasventile erhöht werden. Da geringere Verlustleistung anfällt, reduziert sich auch der Kühlbedarf des Steuergeräts, sodass auf eine zusätzliche Kühlung desselben ggf. vollständig verzichtet werden kann.
Vorzugsweise entspricht das relativ niedrige Boostspannungsniveau, welches größer als Null Volt (0 V) ist, ungefähr der Versorgungspannung des Steuergeräts. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft. Dann, wenn das relativ niedrige Boostspannungsniveau der Boostphase ungefähr der Versorgungsspannung des Steuergeräts entspricht, kann das Steuergerät konstruktiv besonders einfach ausgeführt werden, da dann kein weiterer Schaltungsaufwand nötig ist, um das relativ niedrige Boostspannungsniveau in der Boostphase bereitzustellen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung steuert das Steuergerät den jeweiligen Injektor oder Gasventil in der Holdphase derart an, dass die am Injektor anliegende Spannung zwischen einem relativ niedrigen Holdspannungsniveau und einem relativ hohen Holdspannungsniveau wechselt, wobei vorzugsweise das relativ hohe Holdspannungsniveau dem relativ niedrigen Boostspannungsniveau entspricht. Eine Ausführung, in welcher das relativ hohe Holdspannungsniveau der Holdphase dem relativ niedrigen Boostspannungsniveau der Boostphase entspricht, ist besonders vorteilhaft, insbesondere dann, wenn diese beiden Spannungsniveaus jeweils ungefähr der Versorgungsspannung des Steuergeräts entsprechen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Steuergeräts;
2: ein alternatives Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Steuergeräts; und
3 ein weiteres alternatives Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Steuergeräts.
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, nämlich ein Steuergerät zum Ansteuern von Injektoren einer Kraftstoffversorgungsanlage der Brennkraftmaschine. Insbesondere dient das Steuergerät der Ansteuerung von Injektoren einer Common-Rail-Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine, eines Gasmotors oder eines Dual-Fuel-Motors, der wahlweise mit flüssigem und/oder gasförmigen Brennstoff betrieben wird.
Das Steuergerät steuert jeden Injektor der Kraftstoffversorgungsanlage zum Öffnen desselben derart an, dass sowohl in einer Boostphase der Ansteuerung als auch in einer Holdphase der Ansteuerung die am jeweiligen Injektor anliegende Spannung zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus wechselt.
In der Boostphase steuert das Steuergerät den jeweiligen Injektor derart an, dass die am Injektor anliegende Spannung nach Erreichen eines Booststromniveaus am Injektor zwischen einem relativ niedrigen Boostspannungsniveau und einem relativ hohem Boostspannungsniveau wechselt, wobei das relativ niedrige Boostspannungsniveau größer als Null Volt (0 V) ist, und wobei das relativ hohe Boostspannungsniveau größer als eine Versorgungsspannung des Steuergeräts ist.
Im Anschluss an die Boostphase der Ansteuerung folgt die Holdphase der Ansteuerung, wobei das Steuergerät den jeweiligen Injektor in der Holdphase derart ansteuert, dass die am Injektor anliegende Spannung zwischen einem relativ niedrigem Holdspannungsniveau und einem relativ hohen Holdspannungsniveau wechselt.
Eine besonders vorteilhafte Funktionsweise des erfindungsgemäßen Steuergeräts wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, wobei in 1 über der Zeit t unterschiedliche Spannungsniveaus U für die Ansteuerung eines Injektors einer Kraftstoffversorgungsanlage einer Brennkraftmaschine gezeigt sind.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt die Ansteuerung des jeweiligen Injektors in der Boostphase.
An die Boostphase schließt sich zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Holdphase der Ansteuerung des jeweiligen Injektors an.
Gemäß 1 erfolgt die Ansteuerung des jeweiligen Injektors in der Boostphase zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 über zwei unterschiedliche Spannungsniveaus UB1 und UB2, wobei das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 größer als Null Volt (0 V) ist, nämlich in 1 ungefähr der Versorgungspannung UV des Steuergeräts entspricht, und wobei das relativ hohe Boostspannungsniveau UB2 größer als das Versorgungsspannungsniveau UV des Steuergeräts ist. Dann, wenn zum Zeitpunkt t1 die Boostphase beginnt, wird am jeweiligen Injektor zunächst das relativ hohe Boostspannungsniveau UB2 angelegt, und zwar solange, bis am Injektor ein definiertes Booststromniveau erreicht ist, wobei anschließend in der Boostphase zwischen den beiden Boostspannungsniveaus UB1 und UB2 derart hin und her gewechselt wird, dass das definierte Booststromniveau am jeweiligen Injektor aufrechterhalten wird. Hierzu verfügt das Steuergerät vorzugsweise über einen Regler, welcher den Ist-Booststrom mit dem definierten Booststromniveau vergleicht, und dann, wenn der Ist-Booststrom unterhalb des definierten Booststromniveaus absinkt, das relativ hohe Boostspannungsniveau UB2 am Injektor anlegt. Dann hingegen, wenn der Ist-Booststrom größer als das definierte Booststromniveau ist, wird am Injektor das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 angelegt.
1 kann weiterhin entnommen werden, dass auch während der Holdphase zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 das Steuergerät den jeweiligen Injektor derart ansteuert, dass die am Injektor anliegende Spannung zwischen zwei Spannungsniveaus wechselt, nämlich zwischen dem relativ niedrigen Holdspannungsniveau UH1 und dem relativ hohen Holdspannungsniveau UH2, wobei in 1 das relativ niedrige Holdspannungsniveau UH1 nahe Null Volt (0 V) beträgt, und wobei weiterhin das relativ hohe Holdspannungsniveau UH2 dem relativ niedrigen Boostspannungsniveau UB1 und damit ungefähr der Versorgungsspannung UV des Steuergeräts entspricht. Das Hin- und Herwechseln zwischen den beiden Spannungsniveaus UH1 und UH2 der Holdphase erfolgt ebenso wie das Hin- und Herwechseln zwischen den beiden Spannungsniveaus UB1 und UB2 in der Boostphase über den Regler des Steuergeräts, der in der Holdphase derart zwischen den beiden Spannungsniveaus UH1 und UH2 hin und her schaltet, dass ein definiertes Holdstromniveau während der Holdphase gehalten wird.
Nach der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dient demnach die Versorgungsspannung UV als relativ niedriges Boostspannungsniveau UB1 während der Boostphase und als relativ hohes Holdspannungsniveau UH2 während der Holdphase, sodass während der Boostphase dann, wenn das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 anliegt, ein schnelles und starkes Absinken des Booststroms verhindert wird. Daher kann, bezogen auf die Boostphase, der Zeitanteil, in welcher das relativ hohe Boostspannungsniveau UB2 an dem jeweiligen Injektor anliegt, gegenüber dem Zeitanteil, in welcher das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 an dem jeweiligen Injektor anliegt, reduziert werden. Hierdurch entsteht dann im jeweiligen Steuergerät weniger Verlustleistung. Die Effizienz kann gesteigert werden. Die Lebensdauer des Steuergeräts sowie der angesteuerten Injektoren kann erhöht werden. Dadurch, dass eine geringere Verlustleistung anfällt, entsteht im Steuergerät weniger Wärme, sodass der Kühlaufwand für das Steuergerät reduziert werden kann.
Obwohl es bevorzugt ist, dass das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 ungefähr der Versorgungsspannung UV des Steuergeräts entspricht, ist es auch möglich, dass das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 von der Versorgungsspannung UV des Steuergeräts abweicht. So zeigt 2 eine Ausgestaltung, in welcher das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 kleiner als die Versorgungsspannung UV ist. 3 zeigt eine Ausgestaltung, in welcher das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 größer als die Versorgungsspannung UV ist. In jedem Fall ist das relativ niedrige Boostspannungsniveau UB1 während der Boostphase größer als Null Volt (0 V).

Claims

Steuergerät einer Brennkraftmaschine, nämlich zum Ansteuern von Injektoren/Gasventilen einer Kraftstoffversorgungsanlage der Brennkraftmaschine, wobei das Steuergerät jeden Injektor, bzw. jedes Gasventil zum Öffnen desselben derart ansteuert, dass sowohl in einer Boostphase der Ansteuerung als auch in einer Holdphase der Ansteuerung die am jeweiligen Injektor/Gasventil anliegende Spannung zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus wechselt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den jeweiligen Injektor, bzw. das jeweilige Gasventil in der Boostphase derart ansteuert, dass die am jeweiligen Injektor/Gasventil anliegende Spannung nach Erreichen eines definierten Booststromniveaus zwischen einem relativ niedrigen Boostspannungsniveau, welches größer als Null Volt (0 V) ist, und einem relativ hohen Boostspannungsniveau, welches größer als eine Versorgungspannung des Steuergeräts ist, wechselt.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ niedrige Boostspannungsniveau, welches größer als Null Volt (0 V) ist, der Versorgungspannung des Steuergeräts entspricht.
Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät den jeweiligen Injektor in der Holdphase derart ansteuert, dass die am Injektor anliegende Spannung zwischen einem relativ niedrigen Holdspannungsniveau und einem relativ hohen Holdspannungsniveau wechselt.
Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ niedrige Holdspannungsniveau nahe Null Volt (0 V) beträgt.
Steuergerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ hohe Holdspannungsniveau dem relativ niedrigen Boostspannungsniveau entspricht.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ hohe Holdspannungsniveau ungefähr der Versorgungspannung des Steuergeräts entspricht.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Boostphase der Ansteuerung ein Regler des Steuergeräts die am Injektor anliegende Spannung zwischen dem relativ niedrigen Boostspannungsniveau, welches größer als Null Volt (0 V) ist, und dem relativ hohen Boostspannungsniveau, welches größer als die Versorgungspannung des Steuergeräts ist, unter Aufrechterhaltung des definierten Booststromniveaus hin- und her schaltet.
Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Holdphase der Ansteuerung der Regler des Steuergeräts die am Injektor anliegende Spannung zwischen dem relativ niedrigen Holdspannungsniveau und dem relativ hohen Holdspannungsniveau unter Aufrechterhaltung eines definierten Holdstromniveaus hin- und her schaltet.