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Die folgende Beschreibung beschreibt und bestimmt die Natur dieser Erfindung und die Art und Weise, auf die diese durchgeführt werden soll:
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Technisches Gebiet der vorliegenden Offenbarung:
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Ansteuerungs- und Steuerungsmodule für einen Injektor einer Brennkraftmaschine (Internal Combustion Engine (ICE) – Maschine mit innerer Verbrennung) und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ansteuern und Steuern des Injektors.
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Stand der Technik der vorliegenden Offenbarung:
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Gemäß einer Patentliteratur
US2012/0180762 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Solenoid-Ventils eines Kraftstoffinjektors bereitgestellt. Eine Batterie liefert elektrischen Strom mit einer Spannung an ein Solenoid-Ventil und durch einen DC/DC-Anhebungswandler bei einer Anhebungsspannung, die höher als die Batteriespannung ist. Betriebsparameter des Injektors sind gespeichert, die mindestens Spitzenhoch- und Spitzenniederströme und Spitzenphasendauer beinhalten. Eine Anzugphase wird an Strom in das Solenoid-Ventil durchgeführt, wenn ein größerer Wert als der Spitzenhochstrom erreicht wird. Der Strom in das Solenoid wird beobachtet und Einschalten der Batteriespannung an das Solenoid, falls der Strom in das Solenoid gleich dem oder geringer als der Spitzenniederstrom ist, dann Beobachten des Stroms in das Solenoid und Bestromen des Solenoids bei der Anhebungsspannung, falls der Strom in das Solenoid weiterhin geringer als der Spitzenniederstrom ist. Ansonsten Bestromen des Solenoids bei der Batteriespannung und Durchführen einer Haltephase
221.
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Hinsichtlich des obigen Stands der Technik ist der Strom als abfallend/abnehmend gezeigt, nachdem HS FET EIN-geschaltet ist. Allerdings sollte der Strom zunehmen, womit das aktuelle Problem oder die aktuelle Schwierigkeit nicht angegangen wird. Auch kann der Strom im Falle einer schwachen Batterie den Spitzenniederstrom schneiden (Anzeichen, dass HS FET verwendet werden soll), ist aber möglicherweise nicht ausreichend, den Spitzenhochstrom anzusteuern, wodurch die Spitzenphase nicht korrekt sein wird. Ferner tritt ein größerer Leistungsverlust auf, der Probleme für den Prozessor und andere Hardwareschaltungen bereiten kann. Ferner kann die Variation zwischen Spitzenhochstrom und Spitzenniederstrom durch Induktivität verursacht sein, wodurch die Entscheidung zur Verwendung einer bestimmten Spannungsquelle zu Beginn der Spitzenphase nicht korrekt ist. Dies führt zu einer unerwünschten anhebungsgesteuerten Spitzenphase und somit zu unerwünschtem Leistungsverlust im Anhebungs-FET und zu unerwünschter Energieentnahme aus dem Anhebungskondensator.
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Gemäß einer zweiten Literatur
EP 1 903 201 ist eine Ventilsteuerungsstrategie und eine Ventilsteuerung bereitgestellt. Eine Steuerung zum Steuern des Betriebs eines Ventils in einem Motorsystem, wobei das Ventil in Kommunikation mit einer Batterie und einem weiteren Spannungsversorgungsmittel steht und einen Aktuator umfasst, wobei die Steuerung Eingänge zum Empfangen von Daten, die die Spannung über der Batterie und dem weiteren Spannungsversorgungsmittel und dem Strom durch den Aktuator repräsentieren, umfasst; einen Prozessor, der programmiert ist zum Bestimmen einer Steuerungsfunktion zum Steuern des Betriebs des Ventils in Abhängigkeit von der Spannung über dem weiteren Spannungsversorgungsmittel und dem Strom durch den Aktuator; und Ausgänge zum Ausgeben der Steuerungsfunktion, wie bestimmt durch den Prozessor, an die Batterie und das weitere Spannungsversorgungsmittel.
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Hinsichtlich des obigen Stands der Technik sind die Batterie und der Anhebungs-FET in Reihe geschaltet, weswegen sich die Batterie aufgrund des EIN-geschalteten HS FET immer entleert. Auch ist nur die Batterieniederspannung die Eingabe zum Anhebungs-FET, der in die Anzugphase schaltet. Die Steuerung schaltet zurück zum Batterie-FET, wenn die Batteriespannung wieder auf normalem Niveau ist, ohne andere Effekte zu berücksichtigen. Nur ein minimaler Referenz-Anzugstrom wird überprüft, was zu größerer Leistungsaufnahme als erwartet führt. Weiterhin wird im Falle, dass die Batteriespannung im richtigen Bereich liegt und der Verdrahtungswiderstand zunimmt (aufgrund von Temperaturanstieg oder zusätzlicher Länge der Verdrahtung), die Anzugphase nicht korrekt sein, obwohl die Batterie dann im richtigen Bereich liegt.
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Daher entspricht die Verwendung einer Anhebungs-/alternativen Spannung als eine Quelle für die Einspritzschaltung, wenn ein Einspritzprofil nicht korrekt ist, während der Spitzenphase, dem Stand der Technik. Allerdings werden die Gründe, wegen denen das Einspritzprofil betroffen ist, nicht angegangen. Das unkorrekte Einspritzprofil tritt wegen Parametern, wie etwa vergrößerter Verdrahtungslänge, höherer Temperatur und einer niedrigeren Batteriespannung und anderen Gründen auf. Die Auswirkung auf ein Fahrzeug mit unkorrektem Einspritzprofil ist unkorrekte Düsenöffnung, was zu Drehmomenteinschränkung führt. Änderung der Verdrahtung, um verschiedenen Bedürfnissen von Kunden/Fahrzeugen zu genügen, ist ein wesentlicher Entwurfsbelang für Steuerungen in aufkommenden und entwickelten Märkten. Ferner verwenden die beiden obigen Vertreter des Stands der Technik unterschiedliche Ausdrücke zum Erklären der Phasen und dürfen nicht mit den in der vorliegenden Offenbarung zum Beschreiben der Phasen verwendeten Ausdrücken verwechselt werden.
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Somit ergibt sich ein Bedarf für ein Ansteuerungs- und Steuerungsmodul für den Injektor oder ein Bedarf für einen improvisierten Einspritzschaltungsentwurf, der weniger anfällig auf die oder betroffen ist von den Änderungen der obigen Parameter. Auch gibt es Bedarf für das Überwinden der Beschränkungen für Einspritzstromprofile und entsprechende Ansteuerungs- und Steuerungsmodule aufgrund von vergrößerter Verdrahtungslänge, Temperaturabhängigkeiten und geringerer Batteriespannung und dergleichen.
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Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen:
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Eine Ausführungsform der Offenbarung ist mit Bezug auf die folgenden begleitenden Zeichnungen beschrieben,
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ansteuerungs- und Steuerungsmoduls für einen Injektor, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 veranschaulicht eine Stromwellenform, wenn Ansteuerungs- und Steuerungssignale an den Injektor angelegt werden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3 veranschaulicht die Stromwellenform, wenn Ansteuerungs- und Steuerungssignale an den Injektor angelegt werden, während unkorrekter Betriebsbedingungen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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4 veranschaulicht die Stromwellenform, wenn modifizierte Ansteuerungs- und Steuerungssignale an den Injektor angelegt werden, während des Vorhandenseins unkorrekter Betriebsbedingungen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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5 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Betriebs des Injektors, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen:
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1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ansteuerungs- und Steuerungsmoduls für einen Injektor, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 für einen Injektor 112 einer Brennkraftmaschine (Internal Combustion Engine (ICE)) ist bereitgestellt. Das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 wird auch als die elektronische Steuerungseinheit (Electronic Control Unit (ECU)) bezeichnet. Der Injektor 112 umfasst eine Spule, die elektromagnetisch betätigt und gesteuert wird. Das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 umfasst eine Ansteuerungschaltung 110, die eine Eingangsverbindung von einer Batterie 108 und eine alternative Spannungsquelle (nicht gezeigt) umfasst. Die alternative Spannungsquelle weist eine Spannung auf, die größer/mehr/höher als die der Batterie 108 ist. Die alternative Spannungsquelle umfasst unter anderem eine DC-DC-Wandler-Spannungsquelle usw., wie dem Stand der Technik entsprechend bekannt ist. Mindestens ein (nicht gezeigter) Schalter für jeweils die Verbindung der Batterie 108 und die alternative Spannungsquelle ist vorgesehen, um das Umschalten der Versorgung mit dem Laststrom 202 zu steuern, wie in 2 gezeigt ist. Die Ansteuerungsschaltung 110 ist elektrisch mit dem Injektor 112 verbunden.
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Der mindestens eine Schalter ist aus einer Gruppe von Halbleiterschaltern ausgewählt, die unter anderem einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), FET und dergleichen umfasst. Die DC-DC-Wandler-Spannungsquelle lädt mindestens einen Kondensator (den Anhebungskondensator) über mindestens einen Induktor auf eine Spannung auf, die höher als die der Batterie 108 ist.
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Das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 umfasst auch eine Steuerung 104, die sich in Kommunikation mit der Ansteuerungsschaltung 110 befindet. Die Steuerung 104 umfasst unter anderem einen Mikrocontroller, einen Prozessor, wie etwa einen Mikroprozessor und dergleichen. Die Steuerung 104 ist ausgelegt zum Steuern der Versorgung mit dem Laststrom 202 von der Batterie 108 und der alternativen Spannungsquelle auf der Basis der Batteriespannung und/oder des Laststroms 202, durch Steuern des mindestens einen Schalters zwischen dem/der EIN- und AUS-Zustand/Stellung. Die Steuerung 104 empfängt auch andere Eingaben 102, wie etwa Motordrehzahl, -temperatur, -drehmoment, Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dergleichen, ähnlich einer herkömmlichen Motorsteuerungseinheit (ECU). Die Eingaben 102 werden nur dann verwendet, wenn sie benötigt werden und sind möglicherweise nicht notwendig. Ein mit der Steuerung 104 assoziiertes Speicherelement 106 ist vorgesehen. Das Speicherelement 106 speichert einen Schwellenwert für die Vielzahl von Injektorbetriebsparametern. Die Injektorbetriebsparameter werden aus einer Gruppe ausgewählt, die einen maximalen Spitzenstrom 210, einen maximalen Anzugstrom 212, einen ersten minimalen Anzugstrom 214, eine Dauer einer Zugphase 225 und dergleichen umfasst, wie in 2 dargestellt ist. Die Steuerung 104 ist ausgelegt zum Ansteuern des Injektors 112 in einer Spitzenphase 228 (auch als Anhebungsphase bekannt), der Zugphase 225 und einer Haltephase 221, die auch in 2 gezeigt sind. Die Steuerung 104 ist ferner ausgelegt zum Ansteuern des Injektors 112 in der Spitzenphase 228 durch die alternative Spannungsquelle, um einen anfänglichen Laststrom 202 zu liefern. Die Steuerung 104 schaltet die Versorgung von der alternativen Spannungsquelle AUS, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, mindestens gleich dem maximalen Spitzenstrom 210 zu sein. Die Steuerung 104 steuert dann den Injektor 112 in der Zugphase 225 durch die Batterie 108 an, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, unter dem ersten minimalen Anzugstrom 214 zu liegen. Ferner steuert die Steuerung 104 den Injektor 112 in der Zugphase 225 durch die alternative Spannungsquelle an, falls der Laststrom 202 beobachtet wird, geringer als mindestens ein zweiter minimaler Anzugstrom 306 zu sein, wie in 3 gezeigt ist. Ein Schwellenwert des mindestens einen zweiten minimalen Anzugstroms 306 ist in dem Speicherelement 106 gespeichert.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert die Steuerung 104 die Ansteuerungsschaltung 110 über einen Schaltungsblock, wie etwa eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit (ASIC)) 114. Ein Logik- und Datenspeicher des ASIC 114 werden während einer Initialisierungsphase vom Speicherelement 106 initialisiert. Zusätzlich wird dem Datenspeicher des ASIC 114 ermöglicht, während einer Laufzeit des Speicherelements 106 gewechselt zu werden. Alternativ steuert die ASIC 114 den Injektor 112 und steuert diesen an und die Steuerung 104 unterstützt die ASIC 114.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuerung 104 ferner ausgelegt zum Umschalten von der alternativen Spannungsquelle zur Batterie 108, wenn mindestens ein aus einer aus einer Batteriespannung, einem Zustand des mindestens einen Schalters und einer Temperatur von mindestens einer Entität bestehenden Gruppe Ausgewähltes als im Normalzustand befindlich beobachtet wird, wenn es mit dem jeweiligen Schwellenwert verglichen wird. Die Temperatur von mindestens einer Entität wird aus einer aus der Spule des Injektors 112, der Verdrahtung, den Komponenten der Steuerung 104 und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt. Ferner werden auch Temperatureffekte einer Umgebungsluft und einer Ansaugluft berücksichtigt. Ein Schwellenwert der Batteriespannung, des Zustands des Entitätsschalters und der Temperatur der mindestens einen Entität wird ebenfalls in dem Speicherelement 106 gespeichert. Der Schwellenwert der Batterie 108 zeigt einen minimalen Spannungspegel an, der aufrechterhalten oder über der elektromagnetischen Spule angelegt werden muss, um den Injektor 112 anzusteuern. Der Schwellenwert des Zustands des mindestens einen Schalters zeigt die Standardzeit an, für welche der mindestens eine Schalter EIN oder AUS sein muss, um ein korrektes Funktionieren des Einspritzzyklus anzuzeigen. Gleichermaßen legt der Schwellenwert der Temperatur der mindestens einen Entität nahe, dass die Temperatur der speziellen Entität unter und/oder über einer bestimmten Temperatur liegen muss, um korrektes Funktionieren des Injektors 112 zu ermöglichen. Der Optimal-/Normalzustand entspricht dem, falls die/der mindestens eine aus der Batteriespannung, dem Zustand des mindestens einen Schalters und der Temperatur der mindestens einen Entität unter dem jeweiligen Schwellenwert liegen. Alternativ entspricht der Normalzustand dem, falls die/der mindestens eine aus der Batteriespannung, dem Zustand des mindestens einen Schalters und der Temperatur der mindestens einen Entität über dem jeweiligen Schwellenwert liegen. Weiter alternativ entspricht der Normalzustand dem, falls die/der mindestens eine aus der Batteriespannung, dem Zustand des mindestens einen Schalters und der Temperatur der mindestens einen Entität innerhalb eines Schwellenbands liegen. Die Temperatur wird mit Hilfe von dedizierten Temperatursensoren oder über eingebaute Temperatursensoren über einen Analog-Digital-Wandler (ADW) gemessen. Alternativ wird die Temperatur dem Stand der Technik entsprechend gemessen oder berechnet. Ferner wird die Temperatur ständig mit dem neuesten Wert aktualisiert, um korrekte Detektion abnormer/unkorrekter Bedingungen vorzunehmen. Auf der Basis der detektierten/berechneten Temperatur wird für korrekten Betrieb ein entsprechender Widerstandswert einbezogen/berechnet.
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Am Ende der Zugphase 225 ist die Steuerung 104 ferner ausgelegt zum Messen und Vergleichen des beobachteten Laststroms 202 mit dem mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306. Nachfolgend schaltet die Steuerung 104 die Versorgung mit dem Laststrom 202 von der Batterie 108 auf die alternative Spannungsquelle um, falls der Laststrom 202 als geringer als der mindestens eine zweite minimale Anzugstrom 306 festgestellt wird.
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Die Steuerung 104 schaltet die Versorgung mit dem Laststrom 202 von der Batterie 108 auf die alternative Spannungsquelle von einem nachfolgenden Einspritzansteuerzyklus um, falls am Ende der Zugphase 225 eines aktuellen Einspritzansteuerzyklus der Laststrom 202 als geringer als der mindestens eine zweite minimale Anzugstrom 306 beobachtet wird. Der aktuelle Einspritzansteuerzyklus entspricht einem beliebigen laufenden Einspritzansteuerzyklus, bei dem unkorrekte Einspritzung detektiert wird aufgrund des Betriebszustands des mindestens einen aus einer aus einer Batteriespannung, einem Zustand des mindestens einen Schalters und einer Temperatur mindestens einer Entität bestehenden Gruppe Ausgewählten. Der nachfolgende Einspritzansteuerzyklus entspricht dem allernächsten Einspritzzyklus zur Kraftstoffversorgung für Verbrennung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, während der Injektor 112 von dem Laststrom 202 angesteuert wird, der von der alternativen Spannungsquelle geliefert wird, ist die Steuerung 104 ferner ausgelegt zum Ansteuern des Injektors 112 durch Umschalten auf die Batterie 108, nachdem die Batteriespannung und die Temperatur der mindestens einen Entität als im Normalzustand arbeitend befunden wird. Die Batterie 108 wird gesteuert, um den Laststrom 202 für eine vom Benutzer konfigurierbare Zählung nach dem Umschalten von der alternativen Spannungsquelle zu liefern. Die Steuerung 104 steuert weiter mit der Batterie 108 an, falls die Batterie 108 in der Lage ist, einen erforderlichen Laststrom 202 zu liefern, der mindestens ein aus einer aus dem ersten minimalen Anzugstrom 214 und dem mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 bestehenden Gruppe Ausgewählter während der Zugphase 225 für die vom Benutzer konfigurierbare Zählung ist, andernfalls wird der Injektor 112 durch Rückschalten zur alternativen Spannungsquelle angesteuert.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuerung 104 zum Steuern des Betriebs des Injektors 112 in einer Brennkraftmaschine (ICE) vorgesehen. Der Injektor 112 wird von der Ansteuerungsschaltung 110 angesteuert. Die Ansteuerungsschaltung 110 umfasst mindestens zwei Spannungsquellen, die eine Verbindung von der Batterie 108 und die alternative/separate Spannungsquelle mit mehr Spannung als die der Batterie 108 umfassen. Mindestens ein Schalter für jede der zwei Spannungsquellen ist zum Umschalten der Versorgung mit einem erforderlichen Laststrom 202 zum Injektor 112 vorgesehen. Ein mit der Steuerung 104 assoziiertes Speicherelement 106 speichert einen Schwellenwert für eine Vielzahl von Injektorbetriebsparametern, die einen maximalen Spitzenstrom 210, einen maximalen Anzugstrom 212, einen ersten minimalen Anzugstrom 214, eine Dauer der Zugphase 225 und dergleichen umfassen. Die Steuerung 104 steuert den Injektor 112 in der Spitzenphase 228, der Zugphase 225 und einer Haltephase 221 an. Die Steuerung 104 ist ausgelegt zum: Ansteuern des Injektors 112 in der Spitzenphase 228 mit einer Versorgung mit einem anfänglichen Laststrom 202 von der alternativen Spannungsquelle. Die Steuerung 104 schaltet die Versorgung mit dem Laststrom 202 von der alternativen Spannungsquelle AUS, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, mindestens gleich dem maximalen Spitzenstrom 210 zu sein. Die Steuerung 104 steuert den Injektor 112 in der Zugphase 225 durch die Batterie 108 an, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, unter dem ersten minimalen Anzugstrom 214 zu liegen. Die Steuerung 104 ist ferner ausgelegt zum Ansteuern des Injektors 112 in der Zugphase 225 durch die alternative Spannungsquelle, falls der Laststrom 202 beobachtet wird, geringer als mindestens ein zweiter minimaler Anzugstrom 306 zu sein. Der mindestens eine Schalter für die Batterie 108 wird ständig EIN-geschaltet belassen, um den Laststrom 202 am Ende der Zugphase 225 zu messen. Ein Schwellenwert des mindestens einen zweiten minimalen Anzugstroms 306 ist in dem Speicherelement 106 gespeichert. Der mindestens eine zweite minimale Anzugstrom 306 ist der minimale Laststrom 202, der zum Ansteuern des Injektors 112 benötigt wird. Der mindestens zweite minimale Anzugstrom 306 erzeugt den minimal nötigen Fluss zum Öffnen der Düse des Injektors 112. Der zweite minimale Anzugstrom 306 ist der Strom, unter dem die Einspritzung nicht stattfindet.
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2 veranschaulicht eine Stromwellenform, wenn Ansteuerungs- und Steuerungssignale an den Injektor angelegt werden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die X-Achse 232 entspricht der Zeit und die Y-Achse 230 entspricht dem der Spule des Injektors 112 zugeführten Strom. Eine entsprechende Einheit ist für die Messung genommen worden, was einer Fachperson offensichtlich erscheinen würde. Der durch die Kurve dargestellte Laststrom 202 wird von mindestens einer der zwei Spannungsquellen geliefert, die die Batterie 108 und die alternative Spannungsquelle umfasst. Der Laststrom 202 ist auch als Injektorstrom bekannt. Vor dem Liefern des Laststroms 202 ist eine Vorlaufphase von vor dem Beginn der Spitzenphase 228 vorhanden. Die Vorlaufphase wird ausgelöst, wenn sich ein Startsignal für irgendeinen der Injektoren 112 ändert, was den Beginn der Betätigung des Injektors 112 anzeigt. Die Vorlaufphase wird zum Zwecke der Klarheit des Verständnisses erklärt und kann oder kann auch nicht während der Anwendung vorhanden sein und ist somit nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen. Nachdem eine feste Vorlaufzeit abgelaufen ist, wird die Anhebungsphase/Spitzenphase 228 des Injektors 112 ausgelöst. In der Spitzenphase 228 wird der Laststrom 202 von der alternativen Spannungsquelle geliefert, um ein Düsenventil des Injektors 112 von einer toten Ruhestellung gegen die Kraft einer Rückstellfeder zu bewegen. Der dem Injektor 112 gelieferte Laststrom 202 wird ständig und instantan von einer Widerstandsschaltung in der Ansteuerungsschaltung 110 gemessen.
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Sobald der Laststrom 202 einen Wert, der größer oder gleich dem maximalen Spitzenstrom 210 ist, erreicht, sendet die Steuerung 104 ein Signal an die Ansteuerungsschaltung 110, die Versorgung mit dem Laststrom 202 von der alternativen Spannungsquelle AUS-zuschalten. Der Laststrom 202 beginnt mit dem Abfallen oder dem Abnehmen über eine Masseverbindung, die nicht gezeigt ist, da sie einer Fachperson offensichtlich erscheinen würde. Die Abnahme des Laststroms 202 wird auch als Anhebung-runter-Phase 204 bezeichnet.
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Der Laststrom 202 wird beobachtet, geringer oder gleich dem ersten minimalen Anzugstrom 214 zu sein. Falls der Laststrom 202 als geringer oder gleich dem ersten minimalen Anzugstrom 214 detektiert wird, sendet die Steuerung 104 ein Signal an die Ansteuerungsschaltung 110, die Versorgung mit einem Laststrom 202 von der Batterie 108 EIN-zuschalten. Die Zugphase 225 beginnt bei 206 und die Steuerung 104 steuert einen mittleren Laststrom 202, der in der Zugphase 225 benötigt wird, durch Umschalten zwischen einem maximalen Anzugstrom 212 und dem ersten minimalen Anzugstrom 214 und hält diesen aufrecht, was als Stromregelungen bekannt ist. In der Zugphase 225 wird die für eine Zunahme des Laststroms 202 auf den maximalen Anzugstrom 212 vergangene Zeit durch eine Anzugphase 226 repräsentiert, und die für eine Abnahme des Laststroms 202 auf den minimalen Anzugstrom 214 vergangene Zeit wird durch eine Zugrunterphase 224 repräsentiert. Auf der Basis der Anforderung wird eine erforderliche Anzahl von Regelungen des Laststroms 202 in der Zugphase 225 durchgeführt, von denen der Einfachheit halber in der 2 nur zwei gezeigt sind.
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Sobald die Zugphase 225 abgelaufen ist, wird die Haltephase 221 beim Detektieren, dass der Laststrom 202 einen minimalen Haltestrom 218 erreicht hat, bei 208 von der Steuerung 104 ausgelöst. Ähnlich der Zugphase 225 sendet die Steuerung 104 ein Signal an die Ansteuerungsschaltung 110, um einen mittleren Laststrom 202, der in der Haltephase 221 benötigt wird, aufrechtzuerhalten. Der Laststrom 202 in der Haltephase 221 ist geringer als der Laststrom 202 in der Zugphase 225. Die Steuerung 104 steuert die Regelungen des Laststroms 202 zwischen dem maximalen Haltestrom 216 und dem minimalen Haltestrom 218. Ein Referenzwert für den maximalen Haltestrom 216 und den minimalen Haltestrom 218 ist ebenfalls im Speicherelement 106 gespeichert. Die Haltephase 221 umfasst eine Halte-rauf-Phase 222, bei der der Laststrom 202 zunimmt und umfasst eine Halte-runter-Phase 220, bei der der Laststrom 202 abnimmt. Sobald alle diese Phasen beendet sind, sendet die Steuerung 104 ein Signal an die Ansteuerungsschaltung 110, alle die Schalter AUS-zuschalten, und das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 ist für den nächsten Einspritzansteuerzyklus bereit. In dem Einspritzansteuerzyklus ist beabsichtigt, den in der Spitzenphase 228 befindlichen Injektor 112 nur von der alternativen Spannungsquelle anzusteuern, wohingegen der Injektor 112 in der Zugphase 225 und der Haltephase 221 nur von der Batterie 108 angesteuert werden soll, aufgrund der Anforderung an den Laststrom 202 und dem involvierten Leistungsverlust. Allerdings wird die Verwendung der alternativen Spannungsquelle auf die Zugphase 225 und/oder die Haltephase 221 ausgedehnt, aufgrund des Vorhandenseins der unkorrekten Betriebsbedingungen.
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3 veranschaulicht die Stromwellenform, wenn Ansteuerungs- und Steuerungssignale an den Injektor angelegt werden, während unkorrekter Betriebsbedingungen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die in 2 veranschaulichte Stromwellenform ist mit einer idealen geradlinigen Kurve für den Laststrom 202 gezeigt, wohingegen die Wellenform für den Laststrom 202 in 3 mit einer Annäherung einer realen Kurve gezeigt ist. Die X-Achse 232 repräsentiert die Zeit in einer geeigneten Einheit, wohingegen die Y-Achse 230 den Strom mit jeweils geeigneter Einheit für die Kurve des Laststroms 202 repräsentiert. Die Y-Achse 230 repräsentiert ebenfalls die Spannung mit einer jeweils geeigneten Einheit für die Kurven 302 und 304. Die 3 stellt drei Wellenformen für drei Kurven dar, eine Kurve für den Laststrom 202, eine Kurve 302 für einen ersten Schalter, der für die alternative Spannungsquelle verwendet wird, und eine Kurve 304 für einen zweiten Schalter, der für die Batterie 108 verwendet wird. Der erste Schalter wird während des Beginns der Spitzenphase 228 des Einspritzansteuerzyklus als EIN signalisiert. Somit wird der Laststrom 202 in der Spitzenphase 228 durch die alternative Spannungsquelle geliefert.
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Man nehme das Vorhandensein von mindestens einer abnormen/unkorrekten Betriebsbedingung an. Die unkorrekte Betriebsbedingung umfasst mindestens ein aus einer Gruppe Ausgewähltes, die zugenommene Verdrahtung, d.h. zugenommene/abgenommene oder geänderte Länge der Verdrahtung zur Steuerung 104, oder von der Steuerung 104 oder der Ansteuerungsschaltung 110 zum Injektor 112, einen Laststrom 202, der geringer als der mindestens eine zweite minimale Anzugstrom ist, eine geringe/schwache Batteriespannung aufgrund einer Veränderung der Batterie 108 oder exzessiver Verwendung der Batterie 108 oder beliebiger anderer Bedingungen und eine Temperaturabweichung der mindestens einen Entität und anderer Komponenten des Injektors 112 umfasst. Die zugenommene Verdrahtung, die Temperaturänderung verursachten eine Zunahme des Widerstands und somit zugenommene Verluste.
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Die Zugphase 225 wird ausgelöst, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, geringer oder gleich dem ersten minimalen Anzugstrom 214 zu sein. In der Zugphase 225 wird der Laststrom 202 von der Batterie 108 geliefert. Der zweite Schalter ist als vom Beginn der Spitzenphase 228 geschaltet gezeigt, ist aber konfigurierbar, von der Steuerung 104 EIN-signalisiert zu werden, wenn der Laststrom 202 als geringer als der erste minimale Anzugstrom 214 detektiert wird. Da die Versorgung mit einem Laststrom 202 von der Batterie 108 in der Spitzenphase 228 durch die Verwendung einer (nicht gezeigten) in Sperrrichtung vorgespannten Diode eingeschränkt ist, beeinflusst der EIN-geschaltete zweite Schalter demnach nicht das Arbeiten. Nunmehr ist die Batterie 108, aufgrund des Vorhandenseins von mindestens einer unkorrekten Betriebsbedingung, nicht in der Lage, den erforderlichen Laststrom 202 zu liefern und fällt unter den mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 zurück. Nach einiger Zeit nimmt die Versorgung mit dem Laststrom 202 von der Batterie 108 allerdings über den ersten minimalen Anzugstrom 214 zu, erreicht allerdings nicht den maximalen Anzugstrom 212. Der Injektor 112 wird trotzdem von der Batterie 108 angesteuert, allerdings nicht gemäß den Anforderungen. Ferner findet keine Stromregelung statt, was während der Zugphase 225 verminderte Leistungsfähigkeit verursacht.
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Die Haltephase 221 wird wie in 2 erklärt angesteuert und gesteuert. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die Haltephase 221 auch ähnlich der Zugphase 225 gesteuert, falls die Versorgung mit einem Laststrom 202 von der Batterie 108 nicht in der Lage ist, den minimalen Haltestrom 218 und den maximalen Haltestrom 216 zu erreichen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 den Injektor 112 mit der Versorgung mit einem Laststrom 202 von der Batterie 108 an, falls während der Zugphase 225 der Laststrom 202 unter dem ersten minimalen Anzugstrom 214 aber über dem mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 liegt.
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4 veranschaulicht die Stromwellenform, wenn modifizierte Ansteuerungs- und Steuerungssignale an den Injektor angelegt werden, während des Vorhandenseins unkorrekter Betriebsbedingungen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 4 ist eine Fortführung von 3, bei der bei Vorhandensein der unkorrekten Betriebsbedingungen die Steuerung 104 der Ansteuerungsschaltung 110 signalisiert, die Versorgung mit dem Laststrom 202 von der Batterie 108 AUS-zuschalten und selektiv/bedingt die alternative Spannungsquelle EIN-zuschalten, um den erforderlichen Laststrom 202 während der Zugphase 225 zu liefern. Der erste Schalter der alternativen Spannungsquelle ist als wie durch die Kurve 302 dargestellt im Betrieb gezeigt, nicht nur während der Spitzenphase 228 sondern auch während der gesamten Zugphase 225. Die Steuerung 104 löst beim Detektieren der unkorrekten Betriebsbedingungen die Steuerung der alternativen Spannungsquelle zum Liefern des Laststroms 202 aus. Der zweite für die Batterie 108 verwendete Schalter ist vom Beginn der Zugphase 225 an als AUS-geschaltet gezeigt. Alternativ verbleibt der zweite Schalter EIN-geschaltet, beeinflusst aber die Ansteuerungsschaltung 110 und das entsprechende Arbeiten nicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, falls die Steuerung 104 den Laststrom 202 als unter dem ersten minimalen Anzugstrom 214 aber über dem mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 liegend detektiert, verwendet die Steuerung 104 weiter die Versorgung mit einem Laststrom 202 von der Batterie 108, um die Leistungsaufnahme zu verringern. Bei Detektion des ersten minimalen Anzugstroms 214 selbst, schaltet die Steuerung 104 nicht sofort die Spannungsquelle von der Batterie 108 auf die alternative Spannungsquelle um. Somit wird der Injektor 112 weiter von der Batterie 108 angesteuert, was verringerte Leistungsaufnahme verursacht. Der Leistungsverbrauch ist dann höher, wenn der Injektor 112 von der alternativen Spannungsquelle angesteuert wird, als wenn er von der Batterie 108 angesteuert wird. Somit wird der Laststrom 202 nur dann von der alternativen Spannungsquelle geliefert, wenn die Batterie 108 nicht in der Lage ist, selbst den minimalen Laststrom 202 oder den mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 zu liefern.
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5 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Betriebs des Injektors, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Ein Verfahren zum Ansteuern und Steuern des Injektors 112 in einer Brennkraftmaschine (ICE) ist bereitgestellt. Der Injektor 112 umfasst eine Spule, die elektromagnetisch betätigt und mittels einer Ansteuerungsschaltung 110 angesteuert wird. Die Ansteuerungsschaltung 110 befindet sich in elektrischer Verbindung mit mindestens zwei Spannungsquellen, die eine Batterie 108 und eine alternative Spannungsquelle mit Spannung mehr als die der Batterie 108 umfassen. Der mindestens eine Schalter für jede der zwei Spannungsquellen ist zur Versorgung mit einem erforderlichen Laststrom 202 zum Injektor 112 vorgesehen und wird bedingt gesteuert. Ein mit der Steuerung 104 assoziiertes Speicherelement 106 speichert Schwellenwerte für eine Vielzahl von Injektorbetriebsparametern, die einen maximalen Spitzenstrom 210, einen maximalen Anzugstrom 212, einen ersten minimalen Anzugstrom 214, eine Dauer der Zugphase 225 und dergleichen umfassen. Die Steuerung 104 steuert den Injektor 112 in der Spitzenphase 228, der Zugphase 225 und der Haltephase 221 an. Das Verfahren umfasst Folgendes: ein Schritt 502 umfasst das Ansteuern des Injektors 112 in der Spitzenphase 228 durch die alternative Spannungsquelle, um den anfänglichen Laststrom 202 zu liefern. Ein Folgeschritt 504 umfasst das AUS-Schalten der Versorgung mit dem Laststrom 202 von der alternativen Spannungsquelle, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, mindestens gleich dem maximalen Spitzenstrom 210 zu sein. Ein Folgeschritt 506 umfasst das Ansteuern des Injektors 112 in der Zugphase 225 durch die Batterie 108, wenn der Laststrom 202 beobachtet wird, unter dem ersten minimalen Anzugstrom 214 zu liegen. Ein Folgeschritt 508 umfasst das Ansteuern des Injektors 112 in der Zugphase 225 durch die alternative Spannungsquelle, falls der Laststrom 202 beobachtet wird, geringer als mindestens ein zweiter minimaler Anzugstrom 306 zu sein. Der Schwellenwert des mindestens einen zweiten minimalen Anzugstroms 306 ist in dem Speicherelement 106 gespeichert.
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Das Beobachten des Laststroms 202 wird bis zum Ende der Zugphase 225 durchgeführt. Das Verfahren umfasst ferner das Messen und Vergleichen des Laststroms 202 am Ende (oder nach) der Zugphase 225 mit dem mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 zum selektiven Umschalten von der Batterie 108 auf die alternative Spannungsquelle. Der Schritt des selektiven Umschaltens umfasst das Umschalten der Versorgung mit einem Laststrom 202 von der Batterie 108 auf die alternative Spannungsquelle, falls der Laststrom 202 als geringer als der mindestens eine zweite minimale Anzugstrom 306 festgestellt wird. Ansonsten wird das Einspritzen mit der Batterie 108 weitergeführt. Das Einspritzen wird von dem nachfolgenden Einspritzansteuerzyklus durchgeführt.
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Das Verfahren umfasst ferner das Umschalten von der alternativen Spannungsquelle zur Batterie 108, wenn das mindestens eine aus einer aus der Batteriespannung, einem Zustand des mindestens einen Schalters und einer Temperatur von der mindestens einen Entität bestehenden Gruppe Ausgewählte als im Normalzustand arbeitend beobachtet wird, wenn es mit dem jeweiligen Schwellenwert verglichen wird. Die Temperatur von mindestens einer Entität wird aus einer aus der Spule des Injektors 112, der Verdrahtung, den Komponenten der Steuerung 104 und dergleichen bestehenden Gruppe ausgewählt. Der Optimal-/Normalzustand entspricht dem, falls die/der mindestens eine aus der Batteriespannung, dem Zustand des mindestens einen Schalters und der Temperatur der mindestens einen Entität ein aus einer Gruppe Ausgewähltes ist, die Folgendes umfasst: unter einem jeweiligen Schwellenwert, über einem zweiten Schwellenwert, innerhalb eines Schwellenbands und außerhalb des Schwellenbands.
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Das Verfahren umfasst ferner, während der Injektor 112 durch die alternative Spannungsquelle angesteuert wird, das Ansteuern des Injektors 112 durch Umschalten zur Batterie 108, nachdem das mindestens eine aus einer aus der Batteriespannung, dem Zustand des mindestens einen Schalters und der Temperatur der mindestens einen Entität bestehenden Gruppe Ausgewählte als im Normalzustand arbeitend festgestellt wird. Im Normalzustand betrieben zu werden überträgt sich auf über oder unter einem jeweiligen Schwellenwert befindlich zu sein. Der Laststrom 202 wird von der Batterie 108 nach dem Umschalten von der alternativen Spannungsquelle zum Ansteuern des Injektors 112 für eine vom Benutzer konfigurierbare Zählung geliefert. Das Verfahren steuert weiter mit der Batterie 108 an, falls die Batterie 108 in der Lage ist, den erforderlichen Laststrom 202 zu liefern, der mindestens ein aus einer aus dem ersten minimalen Anzugstrom 214 und dem mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom 306 bestehenden Gruppe Ausgewähltes während der Zugphase 225 für die vom Benutzer konfigurierbare Zählung ist. Falls die Batterie 108 nicht fähig ist, den erforderlichen Laststrom 202 während des Betriebs des Injektors 112 für die vom Benutzer konfigurierbare Zählung zu liefern, wird der Injektor 112 dann von einem Laststrom 202 angesteuert, der von der alternativen Spannungsquelle geliefert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Falle einer geringen Batteriespannung die Entscheidung, von welcher Spannungsquelle angesteuert wird, erheblich vor dem Eintreten in den Einspritzzyklus vorgenommen. Die vorliegende Offenbarung liefert einen Fahrbarkeitsvorteil durch Vorsehen einer korrekten Kraftstoffeinspritzmenge, da während eines unkorrekten Einspritzzyklus eine unkorrekte Kraftstoffeinspritzmenge vorgesehen wird, was zu einer Drehmomentbegrenzung führt. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht es, sowohl Einzelanhebung als auch Mehrfachanhebung durchzuführen. Die vorliegende Offenbarung berücksichtigt den Einfluss von Temperaturen verschiedener Entitäten. Die Ansteuerungsschaltung 110 umfasst ein Parallelsystem von mindestens einem Schalter für die Batterie 108 und die alternative Spannungsquelle. Die vorliegende Offenbarung stellt ferner keine Verschwendung der Batterie 108 sicher und bietet auch die diagnostischen Vorteile für Injektorfehlerdetektion. Das Ansteuerungs- und Steuerungsmodul 100 ist in der Lage zum Detektieren von Einspritzfehlern, wie etwa offener Last, Kurzschluss zu Masse und dergleichen, sowohl vor als auch während des Einspritzzyklus und begrenzt die Kraftstoffversorgung. Die Fehlerdetektion bevor wird als Vor-Diagnose bezeichnet und die während des Einspritzzyklus wird als Auto-Diagnose bezeichnet. In der vorliegenden Offenbarung wird die Zugphase 225 im aktuellen Einspritzansteuerzyklus überprüft und eine anhebungsgesteuerte Zugphase 225 wird in dem nächsten Einspritzansteuerzyklus ausgelöst.
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Somit sieht die vorliegende Offenbarung das Umschalten von der Batterie 108 zur alternativen Spannungsquelle bei Detektion unkorrekter Betriebsbedingungen vor, was als Eingangsbedingung bezeichnet wird. Die vorliegende Offenbarung sieht ferner das Umschalten von der alternativen Spannungsquelle zurück zur Batterie 108 vor, wenn die Betriebsbedingungen sich wieder im Normalzustand befinden, was als Ausgangsbedingung bezeichnet wird. Die Ausgangsbedingung wird ferner anhand der Batterie 108 auf Fahrbarkeit hin verifiziert/geprüft, was die Ausgangsbedingung zu einem adaptiven Prozess macht. Ferner wird in der vorliegenden Offenbarung mindestens eine Variable/ein Faktor zum Umschalten der Versorgung mit einem Laststrom 202 zwischen der Batterie 108 und der alternativen Spannungsquelle während der Eingangsbedingung berücksichtigt, der den mindestens einen zweiten minimalen Anzugstrom, die Batteriespannung, den Zustand des mindestens einen Schalters und die Temperatur der mindestens einen Entität umfasst. Während in der Ausgangsbedingung befindlich wird die mindestens eine Variable bzw. der mindestens eine Faktor wieder hinsichtlich einer vom Benutzer konfigurierbaren Zählung geprüft und verifiziert.
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Es versteht sich, dass in der obigen Beschreibung erläuterte Ausführungsformen nur veranschaulichend sind und den Schutzumfang dieser Offenbarung nicht einschränken. Viele derartige Ausführungsformen und andere in der Beschreibung erläuterte Modifikationen und Änderungen in der Ausführungsform sind angedacht. Der Schutzumfang der Offenbarung ist nur durch den Schutzumfang der Ansprüche beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0180762 [0003]
- EP 1903201 [0005]
