DE102015211402B3

DE102015211402B3 - Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für eine Endansteuervorrichtung für Einspritzventile

Info

Publication number: DE102015211402B3
Application number: DE102015211402.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Hackelsperger; Martin Glötzl; Alexander Schosser; Andreas Lehneis
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2035-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für eine Endansteuervorrichtung (SDI-Box) für Einspritzventile (EV), das aus dem Verlauf einer von einer Voransteuervorrichtung (ECU) erzeugten Ansteuerspannung zur Ansteuerung eines Testeinspritzventils abgeleitet wird, wobei die Ansteuerspannung nach einem Anstieg auf ein erstes Maximum nach einer ersten vorgegebenen Zeitdauer auf ein erstes Minimum geklemmt wird und anschließend für eine vorgegebene zweite Zeitdauer zwischen einem zweiten Maximum, das geringer als das erste Maximum ist, und einem zweiten Minimum, das größer als das erste Minimum ist, wechselt, bis die Spannung am Ende der zweiten Zeitdauer wieder den Wert des ersten Minimums annimmt, wobei das Ansteuersignal ausgelöst durch das erste Maximum der Ansteuerspannung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand wechselt und wieder in den ersten Zustand wechselt, wenn die Ansteuerspannung das erste Minimum erreicht und der Strom durch das Testeinspritzventil unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes (SW3) liegt.

Description

Bei der Ansteuerung von magnetischen Einspritzventilen wird für eine schnelle Anfangsbewegung des Ventilstößels, wie in der 2 dargestellt, zunächst eine höhere Spannung von 65 Volt an die Magnetspule des Einspritzventils angelegt, worauf der Strom relativ schnell ansteigt und damit auch die gegen eine Schließfeder wirkende Öffnungskraft zunimmt. Nachdem sich der Stößel zu bewegen begonnen hat, wird die Spannung auf einen geringeren Wert reduziert, um die Bewegung des Stößels zu verlangsamen.
Wenn der Stößel seine Endlage im geöffneten Zustand des Einspritzventils erreicht hat, genügt eine deutlich geringere Spannung bzw. ein geringerer daraus resultierender Strom, um das Ventil offen zu halten. Die Spannung wird dabei in Pulsen angelegt, wobei die Pulsdauer zumeist durch eine Regelung des resultierenden Stroms auf einen vorgegebenen Mittelwert als Haltestrom eingestellt wird.
Nach Ablauf einer vorgegebenen Öffnungszeit wird eine negative Spannung von etwa –65 Volt angelegt, um die Magnetspule schnell zu entmagnetisieren und damit das Schließen des Ventils zu beschleunigen. Häufig wird auch beim Übergang von der Öffnungsphase zur Haltephase des Stößels eine negative Spannung von –65 Volt für eine kurze Zeitdauer angelegt, um auch diesen Übergang schneller zu gestalten.
Eine solche Ansteuerung eines magnetischen Einspritzventils ist beispielsweise aus der WO 01/71174 A1 bekannt.
Die US 8,783,230 B2 offenbart außerdem, bei einer solchen Ansteuerung diese abhängig von der zur Verfügung stehenden Boostspannung zu variieren.
Solche Spannungsverläufe werden bei sog. MPI(multi point injection)-Systemen verwendet und üblicherweise von Mikroprozessoren auf Basis vorgegebener Algorithmen erzeugt, um damit Endstufen anzusteuern, die entsprechende Spannungen an die Magnetspule eines Einspritzventils durchschalten, um ein gewünschtes Stromprofil zu erzeugen. Solche MPI-Systeme sind meistens bis etwa 200 bar ausgelegt.
Es werden jedoch zunehmend auch sog. SDI(solenoid direct injection)-Systeme verwendet, die für Einspritzdrücke von 250–500 bar ausgelegt sind. Hierfür sind jedoch andere Stromprofile für die Einspritzventile nötig, um die gewünschten Kraftstoffmengen in den vorgegebenen Zeitspannen in den Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors einzuspritzen.
Für erste Untersuchungen und auch für Serienanwendungen werden hierzu spezielle Endansteuervorrichtungen für die Einspritzventile verwendet, die jedoch nicht mit den Spannungspulsen von MPI-Systemen angesteuert werden können, sondern die entsprechenden Spannungspulse selbst erzeugen, um das gewünschte Stromprofil zu erreichen. Diese Endansteuervorrichtungen benötigen lediglich die Zeitpunkte für den Einspritzbeginn und das Einspritzende.
Um hierfür die vorhandenen Voransteuervorrichtungen wie beispielsweise die genannten Mikroprozessoren weiter verwenden zu können, wurden sog. Interfaceboxen geschaffen, die aus den Spannungspulsen der Voransteuervorrichtungen den Einspritzbeginn und das Einspritzende in Form eines Rechteckpulses ableiten und an die Endansteuervorrichtung weitergeben. Hierzu werden zumeist Spannungskomparatoren verwendet, die erkennen, ob die Spannung oberhalb eines ersten Schwellwertes SW1 von beispielsweise 50 Volt und unterhalb eines zweiten Schwellwertes SW2 von beispielsweise –50 Volt liegt und damit – wie im Spannungsverlauf der 2 zu erkennen ist – den Einspritzbeginn und das Einspritzende charakterisieren.
Allerdings besteht hierbei das Problem, dass – wie ebenfalls in der 2 dargestellt ist – häufig für eine Schnellentladung des Einspritzventils die an der Magnetspule anliegende Spannung auf den Wert von –65 Volt geklemmt wird, so dass der verwendete Komparator bereits diese Spannung als Einspritzende interpretieren würde. Damit würden bei Verwendung eines solchen Systems mit einer Voransteuervorrichtung, einer Interfacebox und einer Endansteuervorrichtung falsche Einspritzzeitdauern für die anzusteuernden Einspritzventile generiert werden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, diesen Mangel zu beseitigen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für eine Endansteuervorrichtung für Einspritzventile, das aus dem Verlauf einer von einer Voransteuervorrichtung erzeugten Ansteuerspannung zur Ansteuerung eines Testeinspritzventils abgeleitet wird, wobei die Ansteuerspannung nach einem Anstieg auf ein erstes Maximum nach einer ersten vorgegebenen Zeitdauer auf ein erstes Minimum geklemmt wird und anschließend für eine vorgegebene zweite Zeitdauer zwischen einem zweiten Maximum, das geringer als das erste Maximum ist und einem zweiten Minimum, das größer als das erste Minimum ist, wechselt, bis die Spannung am Ende der zweiten Zeitdauer wieder den Wert des ersten Minimums annimmt, wobei das Ansteuersignal ausgelöst durch das erste Maximum der Ansteuerspannung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand wechselt und wieder in den ersten Zustand wechselt, wenn die Ansteuerspannung das erste Minimum erreicht und der Strom durch das Testeinspritzventil unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts liegt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wechselt das Ansteuersignal erst wieder in den ersten Zustand, wenn zusätzlich eine Zeitdauer abgelaufen ist, die geringer als die zweite Zeitdauer ist.
In erfindungsgemäßer Weise werden also nicht nur die Spannungswerte der Spannungspulse ausgewertet, sondern auch überprüft, ob noch ein nennenswerter Strom durch ein Testeinspritzventil, an das die Spannungspulse der Voransteuervorrichtung angelegt werden, fließt und ggf. zusätzlich überprüft wird, ob bereits eine ausreichend große Zeitdauer seit dem Erreichen des ersten Strommaximums verstrichen ist.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt in der einfachen Handhabung einer Interfacebox, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Diese kann mit nahezu allen gängigen, am Markt befindlichen Vor- und Endansteuervorrichtungen verwendet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Einspritzzeit massiv verkürzt wird, was zu einem Magerbetrieb des Verbrennungsmotors führen würde und im schlimmsten Falle zum Defekt.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Endansteuervorrichtung eingerichtet, Einspritzventile, die für einen Kraftstoffdruck von mehr als 250 bar ausgelegt sind, anzusteuern.
In einer Weiterbildung dieser Ausführung ist die Voransteuervorrichtung eingerichtet, ein Testeinspritzventil, das für einen Kraftstoffdruck von weniger als 200 bar ausgelegt ist, anzusteuern.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 ein Einspritzsystem nach dem Stand der Technik mit einer Voransteuervorrichtung, einer Interfacebox und einer Endansteuervorrichtung für Einspritzventile, und
2 einen typischen Spannungsverlauf zur Ansteuerung von Einspritzventilen und den daraus resultierenden Stromverlauf mit typischen Spannungswerten, die in erfindungsgemäßer Weise ausgewertet werden können.
1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs wie es derzeit verwendet wird, mit einer Voransteuervorrichtung ECU in Form eines Motorsteuergerätes mit einem Mikroprozessor für Systemdrucke von 200 bar, das an seinen vier Ausgängen, die im dargestellten Beispiel für vier anzusteuernde Kraftstoffeinspritzventile EV vorgesehen sind, Spannungsverläufe bereitstellt, die einer Interfacebox zugeführt werden.
In dieser Interfacebox ist für jeden Ausgang der Voransteuervorrichtung ECU ein Testeinspritzventil vorgesehen, um eine von der Voransteuervorrichtung ECU erwartete Last zu simulieren und den Erhalt der erwarteten Spannungs- und Stromverläufe zu gewährleisten.
Aufgrund einer angelegten Spannung, wie sie im oberen Teil der 2 dargestellt ist, fließt durch das Testeinspritzventil in der Interfacebox ein Strom, wie er im unteren Teil der 2 dargestellt ist und in der 1 für eine der Leitungen zwischen der Voransteuervorrichtung ECU und der Interfacebox angedeutet ist.
Aus dem in der 2 dargestellten Spannungsverlauf detektiert die Interfacebox mittels Spannungskomparatoren mit Schwellwerten SW1, SW2 Spannungswerte, die das erste Maximum von etwa 65 Volt und das erste Minimum von etwa –65 Volt, die üblicherweise den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs kennzeichnen, repräsentieren und gibt ein entsprechendes Rechtecksignal an eine Endansteuervorrichtung SDI-Box ab, die ihrerseits Ansteuersignale für Kraftstoffventile EV mit einem Systemdruck von im dargestellten Beispiel von 350 bar erzeugt.
Damit die Einspritzzeit für die Kraftstoffventile für den höheren Druck und die erforderliche Kraftstoffmenge exakt ermittelt werden kann, ist es wichtig, dass der Endansteuervorrichtung SDI-Box die genaue Einspritzdauer in Form des Rechteckimpulses bestimmter Länge für jedes Einspritzventil EV zugeführt wird.
Falls jedoch, wie in der 1 im Spannungsverlauf dargestellt ist, zwischen dem Beginn der Einspritzung und dem Ende der gewünschten Einspritzung eine Klemmung auf das erste Minimum der Spannung stattfindet, würde eine herkömmliche Interfacebox diese als das Ende der Einspritzung detektieren und entsprechend falsche Vorgaben an die Endansteuervorrichtung SDI-Box liefern.
In erfindungsgemäßer Weise werden daher, wie durch Pfeile angedeutet, nicht nur das Überschreiten eines ersten Schwellwerts SW1 für die Spannung, welches das erste Maximum kennzeichnet, ausgewertet, sondern zum Zeitpunkt des Auftretens des ersten Minimums detektiert, ob der Strom durch das Testeinspritzventil unterhalb eines bestimmten Stromwertes SW3 liegt, um auf diese Weise zu erkennen, ob es sich nur um eine kurzzeitige Klemmung zur Zwischenentmagnetisierung des Einspritzventils handelt oder ob es sich um das Ende des Einspritzvorgangs handelt, bei dem der Strom zum Schluss auf 0 Ampere zurückgeht.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich eine Mindestzeitdauer T abgefragt werden, die verstrichen sein muss vom Erreichen des ersten Maximums bis das erste Minimum auftreten darf, das dann ein Ende des Einspritzvorgangs kennzeichnet.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Ansteuersignals für eine Endansteuervorrichtung (SDI-Box) für Einspritzventile (EV), das aus dem Verlauf einer von einer Voransteuervorrichtung (ECU) erzeugten Ansteuerspannung zur Ansteuerung eines Testeinspritzventils abgeleitet wird, wobei die Ansteuerspannung nach einem Anstieg auf ein erstes Maximum nach einer ersten vorgegebenen Zeitdauer auf ein erstes Minimum geklemmt wird und anschließend für eine vorgegebene zweite Zeitdauer zwischen einem zweiten Maximum, das geringer als das erste Maximum ist, und einem zweiten Minimum, das größer als das erste Minimum ist, wechselt, bis die Spannung am Ende der zweiten Zeitdauer wieder den Wert des ersten Minimums annimmt, wobei das Ansteuersignal ausgelöst durch das erste Maximum der Ansteuerspannung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand wechselt und wieder in den ersten Zustand wechselt, wenn die Ansteuerspannung das erste Minimum erreicht und der Strom durch das Testeinspritzventil unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes (SW3) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ansteuersignal wieder in den ersten Zustand wechselt, wenn zusätzlich eine Zeitdauer (T) abgelaufen ist, die geringer als die zweite Zeitdauer ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Endansteuervorrichtung (SDI-Box) eingerichtet ist, Einspritzventile (EV), die für einen Kraftstoffdruck von mehr als 250 bar ausgelegt sind, anzusteuern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Voransteuervorrichtung (ECU) eingerichtet ist, ein Testeinspritzventil, das für einen Kraftstoffdruck von weniger als 200 bar ausgelegt ist, anzusteuern.