DE102015210582B3

DE102015210582B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von drei Einspritzventilen mit einer Energieversorgungsquelle mittels lediglich zweier Schaltelementgruppen

Info

Publication number: DE102015210582B3
Application number: DE102015210582.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Falke; Christoph Haggenmiller; Uwe Jung; Herbert Lacher; Uwe Lingener; Walter Schrod; Herbert Ziegler
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: CN106246372A; CN106246372B; KR20160145483A; KR101815762B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum in einer vorgegebenen Reihenfolge erfolgenden Verbinden von drei Einspritzventilen (CYL1, CYL2, CYL3) mit einer Energieversorgungsquelle mittels lediglich einer ersten und einer zweiten Schaltelementgruppe (Bank1, Bank2), wobei jede Schaltelementgruppe (Bank1, Bank2) mit jedem der drei Einspritzventile (CYL1, CYL2, CYL3) mittels jeweiliger Schaltelemente (SE1 bis SE12) verbunden ist, bei dem ein erstes, ein zweites und ein drittes Einspritzventil (CYL1, CYL2, CYL3) während einer jeweils zugeordneten, vorgegebenen Zeitdauer und in gleichbleibender Reihenfolge innerhalb eines Arbeitszyklus von Einspritzventil zu Einspritzventil und bezüglich eines Einspritzventils von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus abwechselnd über die erste (Bank1) oder die zweite Schaltelementgruppe (Bank2) mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden.

Description

Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge haben üblicherweise mehrere Zylinder, wobei eine gerade Anzahl von z. B. 4, 6, 8 oder 12 Zylindern am gebräuchlichsten ist. Diese können als Reihen-, V- oder Boxermotoren ausgebildet sein, wobei die Zylinder in sog. Zylinderbänken angeordnet sind. Bei einem V6-Motor sind also je drei Zylinder in einer Bank angeordnet, wobei die zwei Zylinderbänke V-förmig zueinander orientiert sind. In entsprechender Weise spricht man auch von der Anordnung der den Zylindern zugeordneten Einspritzventilen von einer entsprechenden Bankanordnung und auch die Schaltelemente, mittels derer die Einspritzventile mit einer Energieversorgungsquelle verbunden werden, werden als in Bänken organisiert bezeichnet.
Da die den Zylindern zugeordneten Einspritzventile zumeist nacheinander angesteuert werden, ist es gemäß der DE 10 2008 040 860 A1 möglich, bei beispielsweise einem 4-Zylinder-Motor für zwei Einspritzventile nur ein Schaltelement zum Verbinden mit dem höheren Potential der Energieversorgungsquelle vorzusehen und trotzdem einen Einspritzwinkel von 360° für einen Arbeitszyklus von 720° Kurbelwellenwinkel zur Verfügung zu haben.
Zur Verbindung mit dem niederen Potential der Energieversorgungsquelle ist für jedes Einspritzventil ein eigener Auswahlschalter vorgesehen, um jedes Einspritzventil gezielt mit der Energieversorgungsquelle verbinden zu können. Es sind also für vier Einspritzventile zwei Schaltelementgruppen vorgesehen.
In der DE 10 2008 040 860 A1 ist jedoch auch beschrieben, dass für jedes Einspritzventil eine gesonderte Schaltelementgruppe vorgesehen ist, wodurch jedes Einspritzventil während eines kompletten Arbeitszyklus von 720° Kurbelwellenwinkel, also zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, für Vor-, Haupt- und Nacheinspritzungen mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden kann.
Bei 3-Zylinder-Motoren kann in ähnlicher Weise pro Einspritzwinkel eine Schaltelementgruppe oder nur eine Schaltelementgruppe für alle drei Einspritzventile vorgesehen werden. Dadurch ist aber entweder ein hoher Aufwand erforderlich oder es ist nur ein Einspritzwinkel von 240° möglich.
Aus der WO 2012/032076 A1 und der EP 2 777 188 A1 sind Ansteuerkonzepte für drei Einspritzventile mit nur zwei Schaltelementgruppen bekannt, bei denen entweder zwei Einspritzventile mittels einer ersten Schaltelementgruppe und ein drittes Einspritzventil mittels einer zweiten Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden können oder zwei Einspritzventile mittels der ersten bzw. der zweiten Schaltelementgruppe und das dritte Einspritzventil in der ersten Hälfte eines Einspritzwinkels mittels der ersten und in der zweiten Hälfte mittels der anderen der beiden Schaltelementgruppen mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein variables Einspritzkonzept zu realisieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 4. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Demnach wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum in einer vorgegebenen Reihenfolge erfolgenden Verbinden von drei Einspritzventilen mit einer Energieversorgungsquelle mittels lediglich einer ersten und einer zweiten Schaltelementgruppe, wobei jede Schaltelementgruppe mit jedem der drei Einspritzventile mittels jeweiliger Schaltelemente verbunden ist, ein erstes, ein zweites und ein drittes Einspritzventil während einer jeweils zugeordneten, vorgegebenen Zeitdauer und in gleichbleibender Reihenfolge innerhalb eines Arbeitszyklus von Einspritzventil zu Einspritzventil und bezüglich eines Einspritzventils von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus abwechselnd über die erste oder die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle verbunden.
Es wird also zunächst ein erstes Einspritzventil über eine erste Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle für eine erste vorgegebene Zeitdauer, vor Ablauf der ersten vorgegebenen Zeitdauer oder daran anschließend ein zweites Einspritzventil über eine zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle für eine zweite vorgegebene Zeitdauer, vor Ablauf der zweiten vorgegebenen Zeitdauer oder daran anschließend ein drittes Einspritzventil über die erste Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle für eine dritte vorgegebene Zeitdauer, darauffolgend das erste Einspritzventil über die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle für eine vierte vorgegebene Zeitdauer, anschließend das zweite Einspritzventil über die erste Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle für eine fünfte vorgegebene Zeitdauer und schließlich das dritte Einspritzventil über die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle für eine sechste vorgegebene Zeitdauer verbunden, wobei sich die zwei Arbeitszyklen periodisch wiederholen können.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit Anschlüssen für die Potentiale einer Energieversorgungsquelle und drei Ausgangsanschlüssen mit daran angeschlossenen Einspritzventilen sowie zwei mit Schaltelementen gebildeten Schaltelementgruppen gebildet, wobei jede Schaltelementgruppe mit jedem der drei Einspritzventile mittels jeweiliger Schaltelemente verbunden ist.
In einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Schaltelement mit zwei in Serie geschalteten MOSFETs gebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Anschluss für das hohe Potential der Energieversorgungsquelle über je ein Schaltelement der ersten Schaltelementgruppe mit einem ersten Anschluss jedes Einspritzventils und der Anschluss für das niedere Potential der Energieversorgungsquelle über je ein Schaltelement der zweiten Schaltelementgruppe mit einem zweiten Anschluss jedes Einspritzventils verbunden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung abhängig von einer Einspritzstrategie zur Ansteuerung der Einspritzventile abweichend von der abwechselnden Verbindung eines Einspritzventils mit der Energieversorgungsquelle über die erste und die zweite Schaltelementgruppe jedes der drei Einspritzventile während einer ersten Teilzeitdauer über die erste Schaltelementgruppe und daran anschließend während einer zweiten Zeitdauer über die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle verbunden, wobei sich die erste Teilzeitdauer eines nachfolgend verbundenen Einspritzventils mit der zweiten Teilzeitdauer des zuvor mit der Energieversorgungsquelle verbundenen Einspritzventils überlappen kann.
Hier wird also zunächst das erste Einspritzventil für eine erste vorgegebene Teilzeitdauer über die erste Schaltelementgruppe und für eine nachfolgende zweite vorgegebene Teilzeitdauer über die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle, vor Ablauf der zweiten vorgegebenen Teilzeitdauer oder daran anschließend das zweite Einspritzventil für eine dritte vorgegebene Teilzeitdauer über die erste Schaltelementgruppe und für eine nachfolgende vierte vorgegebene Teilzeitdauer über die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle und vor Ablauf der vierten vorgegebenen Teilzeitdauer oder daran anschließend das dritte Einspritzventil für eine fünfte vorgegebene Teilzeitdauer über die erste Schaltelementgruppe und für eine nachfolgende sechste vorgegebene Teilzeitdauer über die zweite Schaltelementgruppe mit der Energieversorgungsquelle verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sowie deren Weiterbildungen wird eine hohe Flexibilität erreicht, da je nach Fahrsituation und Anforderung an die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors ein anderes Ansteuerkonzept für die Einspritzventile verwirklicht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren mit Hilfe von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ansteuerkonzept für einen 3-Zylinder-Motor mit zwei Schaltelementgruppen,
2 eine Vorrichtung zur Verwirklichung eines solchen Ansteuerkonzeptes und
3 eine mit Hilfe einer einfachen Erweiterung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbares Ansteuerkonzept für einen 4-Zylinder-Motor.
Die 1 zeigt in schematischer Weise ein Ansteuerkonzept für einen 3-Zylinder-Motor 3-CYL. Ein erstes, ein zweites und ein drittes Einspritzventil CYL1, CYL2, CYL3 sollen über nur zwei Schaltelementgruppen Bank1, Bank2 mit einer Energieversorgungsquelle (nicht dargestellt) verbunden werden.
Im rechten Teil der 1 sind zwei Arbeitszyklen von jeweils 720° Kurbelwellenwinkel dargestellt, die ihrerseits wieder in ganze Umdrehungen der Kurbelwelle von 360° unterteilt sind. Es sollen die drei Einspritzventile CYL1, CYL2, CYL3 bzw. die darin verbauten Magnetspulen zum Betätigen der Stößel der Einspritzventile während eines gleichen Einspritzwinkels von 280° (–60°–220°) entweder mittels der ersten Schaltelementgruppe Bank1 oder der zweiten Schaltelementgruppe Bank2 mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden. Wie in der 1 zu sehen ist, überlappen sich die Einspritzwinkel, da bei nicht überlappendem Betrieb ein max. Einspritzwinkel von nur 240° pro Arbeitszyklus möglich wäre.
Wenn im Folgenden von Einspritzdauer die Rede ist, ist damit nicht gemeint, dass während dieser vorgegebenen Zeitdauer durchgehend ein Einspritzvorgang abläuft, sondern es soll damit zum Ausdruck gebracht werden, dass während dieser vorgegebenen Zeitdauer ein Einspritzvorgang möglich ist, d. h. dass eine bestimmte Schaltelementgruppe Bank1 oder Bank2 für Verbindungen mit der Energieversorgungsquelle zur Verfügung steht.
Im in der 1 dargestellten Beispiel soll also bei einem Kurbelwellenwinkel von –60° eine Verbindung des ersten Einspritzventils CYL1 mit der Energieversorgungsquelle möglich sein und andauern bis zu einem Kurbelwellenwinkel von 220°. Hierzu soll zunächst die erste Schaltelementgruppe Bank1 zur Verfügung stehen. Vor Ablauf dieser Zeitdauer, die, da sie auf den Kurbelwellenwinkel bezogen ist, abhängig von der Drehzahl ist, soll bereits eine Verbindung des zweiten Einspritzventils CYL2 mit der Energieversorgungsquelle möglich sein, wozu im dargestellten Beispiel die zweite Schaltelementgruppe Bank2 zur Verfügung steht. Wiederum vor Ablauf dieser vorgegebenen Zeitdauer zur Verbindung der zweiten Einspritzventil CYL2 mit der Energieversorgungsquelle soll das dritte Einspritzventil CYL3 mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden können, wozu nun wiederum die erste Schaltelementgruppe Bank1 zur Verfügung steht, da die vorgesehene Zeitdauer zur Verbindung des ersten Einspritzventils CYL1 mit der Energieversorgungsquelle beendet ist. Wenn im nächsten Arbeitszyklus das erste Einspritzventil CYL1 wieder mit der Energieversorgungsspannung verbunden werden können soll, steht nun die zweite Schaltelementgruppe Bank2 zur Verfügung und anschließend für die Verbindung der zweiten Einspritzventile CYL2 die erste Schaltelementgruppe Bank1 usw.
In erfindungsgemäßer Weise werden also abwechselnd die erste bzw. die zweite Schaltelementgruppe Bank1, Bank2 für aufeinanderfolgend zu betätigende Einspritzventile CYL1–CYL3 zur Verfügung stehen, so dass pro Arbeitszyklus jedes Einspritzventil mit einer anderen Schaltelementgruppe Bank1, Bank2 mit der Energieversorgungsquelle verbunden wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch ebenfalls möglich, in einer ersten Hälfte eines zur Verfügung stehenden Einspritzwinkels für ein Einspritzventil immer die erste Schaltelementgruppe Bank1 zu verwenden und in einer zweiten Hälfte immer die zweite Schaltelementgruppe Bank2, so dass auch hierdurch ein überlappender Betrieb möglich ist. Abhängig von der Betriebsweise des Verbrennungsmotors kann das eine oder das andere Ansteuerkonzept von Vorteil sein und in erfindungsgemäßer Weise kann dynamisch oder statisch zwischen diesen beiden Konzepten gewählt werden, bzw. abhängig von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors oder einem gewünschten Fahrverhalten ein entsprechendes Einspritzkonzept ausgewählt werden.
In 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, wie sie zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Dort sind in schematischer Weise zwei Schaltelementgruppen Bank1 und Bank2 dargestellt, wobei zur Vereinfachung nur in der Darstellung der ersten Schaltelementgruppe Bank1 ein eine Versorgungsspannung einer Energieversorgungsquelle zur Verfügung stellender Schaltwandler SW dargestellt ist, dessen Ausgangsanschlüsse V1 und V2 als Anschlüsse der Energieversorgungsquelle dienen sollen. Es sind drei Ausgangsanschlusspaare A11, A12, A21, A22, A31, A33 dargestellt, an die Einspritzventile, die im dargestellten Ausführungsbeispiel Piezoaktor-betriebene Einspritzventile P1, P2, P3 sind, angeschlossen sind.
Zur Verbindung der Anschlüsse der Einspritzventile P1, P2, P3 mit den Potentialen V1, V2 der Energieversorgungsspannungsquelle dienen insgesamt sechs Schaltelemente SE1–SE6, mittels derer einerseits das hohe Potential der Energieversorgungsquelle am Anschluss V1 mit jedem der ersten Anschlüsse der Einspritzventile P1–P3 über jeweilige Schaltelemente S1–S3 verbunden werden kann. Andererseits kann der Anschluss für das niedere Potential der Energieversorgungsquelle V2 entsprechend über jeweils ein Schaltelement S4–S5 mit den jeweiligen zweiten Anschlüssen der Einspritzventile P1–P3 verbunden werden.
In erfindungsgemäßer Weise ist eine zweite Schaltelementgruppe Bank2 mit entsprechenden Schaltelementen S7–S12 vorgesehen, die gleich aufgebaut ist wie die erste Schaltelementgruppe Bank1, so dass die Einspritzventile P1–P3 in gleicher Weise über die zweite Schaltelementgruppe Bank2 mit den Potentialen der Energieversorgungsquelle verbunden werden können, so dass ein Verfahren, wie es in Verbindung mit 1 beschrieben wurde ausführbar ist. D. h. es können die Einspritzventile P1–P3 mit nur zwei Schaltelementgruppen Bank1, Bank2 überlappend angesteuert werden.
In der 2 ist strichliert ein viertes Einspritzventil P4 angedeutet, das zeigen soll, dass durch einfache Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Schaltelementgruppen Bank1, Bank2 auch ein 4-Zylinder-Motor angesteuert werden kann, welches Ansteuerkonzept in der 3 dargestellt ist. Dort ist zu erkennen, dass in ähnlicher Weise wie bei einem 3-Zylinder-Motor durch abwechselnde Verwendung der ersten und der zweiten Schaltelementgruppe Bank1, Bank2 ein überlappender Betrieb der Einspritzventile CYL1–CYL4 möglich ist. Dies kann in einfacher Weise ohne großen Aufwand erfolgen.

Claims

Verfahren zum in einer vorgegebenen Reihenfolge erfolgenden Verbinden von drei Einspritzventilen (CYL1, CYL2, CYL3) mit einer Energieversorgungsquelle mittels lediglich einer ersten und einer zweiten Schaltelementgruppe (Bank1, Bank2), wobei jede Schaltelementgruppe (Bank1, Bank2) mit jedem der drei Einspritzventile (CYL1, CYL2, CYL3) mittels jeweiliger Schaltelemente (SE1 bis SE12) verbunden ist, bei dem ein erstes, ein zweites und ein drittes Einspritzventil (CYL1, CYL2, CYL3) während einer jeweils zugeordneten, vorgegebenen Zeitdauer und in gleichbleibender Reihenfolge innerhalb eines Arbeitszyklus von Einspritzventil zu Einspritzventil und bezüglich eines Einspritzventils von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus abwechselnd über die erste (Bank1) oder die zweite Schaltelementgruppe (Bank2) mit der Energieversorgungsquelle verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem abhängig von einer Einspritzstrategie zur Ansteuerung der Einspritzventile (CYL1, CYL2, CYL3) abweichend von der abwechselnden Verbindung eines Einspritzventils (CYL1, CYL2, CYL3) mit der Energieversorgungsquelle über die erste oder die zweite Schaltelementgruppe (Bank1, Bank2) jedes der drei Einspritzventile (CYL1, CYL2, CYL3) während einer ersten Teilzeitdauer über die erste Schaltelementgruppe (Bank1) und daran anschließend während einer zweiten Teilzeitdauer über die zweite Schaltelementgruppe (Bank2) mit der Energieversorgungsquelle verbunden wird, wobei sich die erste Teilzeitdauer eines nachfolgend verbundenen Einspritzventils mit der zweiten Teilzeitdauer des zuvor mit der Energieversorgungsquelle verbundenen Einspritzventils überlappen kann.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem dynamisch oder statisch zwischen den beiden Ansteuerverfahren umgeschaltet wird.
Vorrichtung mit Anschlüssen für die Potentiale einer Energieversorgungsquelle und drei oder vier Ausgangsanschlüssen mit daran angeschlossenen Einspritzventilen (P1 bis P3; P1 bis P4) sowie zwei mit Schaltelementen (SE1 bis SE12) gebildete Schaltelementgruppen (Bank1, Bank2), wobei jede Schaltelementgruppe (Bank1, Bank2) mit jedem der drei oder vier Einspritzventile (P1 bis P3; P1 bis P4) mittels jeweiliger Schaltelemente (SE1 bis SE12) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der ein Schaltelement (SE1 bis SE12) mit zwei in Serie geschalteten MOS-FETs (T1, T2) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei der der Anschluss für das hohe Potential der Energieversorgungsquelle über je ein Schaltelement (SE1 bis SE6) der ersten Schaltelementgruppe (Bank1) mit einem ersten Anschluss (A11 bis A31; A11 bis A41) jedes Einspritzventils (P1 bis P3; P1 bis P4) und der Anschluss für das niedere Potential (A12 bis A32; A12 bis A42) der Energieversorgungsquelle über je ein Schaltelement (SE7 bis SE12) der zweiten Schaltelementgruppe (Bank2) mit einem zweiten Anschluss (A12 bis A32; A12 bis A42) jedes Einspritzventils (P1 bis P3; P1 bis P4) verbunden ist.