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Die Erfindung geht aus von einem
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Gleichspannungswandlers
für wenigstens
zwei elektromagnetische Ventile einer Brennkraftmaschine insbesondere eines
Kraftfahrzeugs, bei dem jedem der Ventile ein Strom zugeführt wird,
der von dem Gleichspannungswandler erzeugt wird. Die Erfindung betrifft ebenfalls
eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines
Gleichspannungswandlers für
wenigstens zwei elektromagnetische Ventile.
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Es ist bekannt, eine Mehrzahl von
elektromagnetischen Ventilen von einem Gleichspannungswandler über eine Endstufe
mit Strom zu versorgen. Dabei ist es möglich, dass aufgrund von überlappenden
Strömen
für die
verschiedenen Ventile insgesamt eine hohe Belastung für den Gleichspannungswandler
entsteht. Der Gleichspannungswandler muss für diese hohe Belastung ausgelegt
sein, was unter Umständen
mit einem erhöhten
Aufwand verbunden ist.
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Aufgabe und
Vorteile der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Aufwand
zur Verarbeitung einer hohen Belastung des Gleichspannungswandlers
vermindert wird.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
ermittelt wird, wann die den Ventilen zugeführten Ströme insgesamt eine hohe Belastung
für den
Gleichspannungswandler darstellen, und dass, falls dies der Fall
ist, der Gleichspannungswandler im Sinne einer besseren Verarbeitung
der hohen Belastung beeinflusst wird. Die Erfindung wird ebenfalls durch
eine entsprechende Vorrichtung gelöst.
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Der Gleichspannungswandler wird durch
die Erfindung auf die hohe Belastung eingestellt. Damit ist der
Gleichspannungswandler in der Lage, diese hohe Belastung besser
zu verarbeiten. Dies bringt wiederum den Vorteil mit sich, dass
der Gleichspannungswandler nicht mehr auf der Grundlage der hohen
Belastung ausgelegt werden muss, sondern unter Berücksichtigung
der erfindungsgemäßen besseren
Verarbeitung ausgebildet sein kann. Insbesondere ist es dabei möglich, den
Ausgangskondensator des Gleichspannungswandlers kleiner zu wählen als dies
an sich aufgrund der hohen Belastung erforderlich wäre.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung
der Erfindung wird, im Falle einer hohen Belastung die Ausgangsspannung
des Gleichspannungswandlers erhöht.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Ausgangsspannung auf
einen Sollwert gesteuert und/oder geregelt wird, und dass der Sollwert
erhöht wird.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die
hohe Belastung des Gleichspannungswandlers einen geringeren Einbruch
der Ausgangsspannung desselben zur Folge hat. Dies ist jedoch gleichbedeutend
damit, dass die hohe Belastung von dem Gleichspannungswandler besser
verarbeitet wird. Insbesondere erlaubt der geringere Einbruch der
Ausgangsspannung, dass – wie
bereits erwähnt
wurde – der
Ausgangskondensator des Gleichspannungswandlers kleiner gewählt werden
kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Erhöhung
der Ausgangsspannung und/oder des Sollwerts bereits vor dem Auftreten
der hohen Belastung vorgenommen wird. Damit wird der Gleichspannungswandler
auf die hohe Belastung vorbereitet. Die Erhöhung der Ausgangsspannung ist
in diesem Fall beim Auftreten der hohen Belastung bereits in vollem Umfang
vorhanden und damit wirksam.
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Eine weitere Realisierung der Erfindung
besteht in einem Computerprogramm mit Programmbefehlen, die dazu
geeignet sind, das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen,
wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Entsprechend ist die Erfindung
durch ein digitales Speichermedium mit einem Computerprogramm realisiert,
das Programmbefehle aufweist, die dazu geeignet sind, das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Steuerung von wenigstens zwei elektromagnetischen Ventilen einer
Brennkraftmaschine,
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2 zeigt
einen schematischen Schaltplan für
eines der elektromagnetischen Ventile mit dem Stromlauf in vier
aufeinander folgenden Zeitbereichen,
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3 zeigt
ein schematisches Zeitdiagramm des Stroms über eines der elektromagnetischen
Ventile in den vier Zeitbereichen, und
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4a bis 4c zeigen drei schematische
Zeitdiagramme von Strömen
und Spannungen über
die bzw. an den elektromagnetischen Ventilen.
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In der 1 ist
eine Vorrichtung 10 zur Steuerung von wenigstens zwei elektromagnetischen Ventilen 11, 12 dargestellt.
Die elektromagnetischen Ventile 11, 12 sind zum
Einsatz in einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
vorgesehen. Bspw. können
die elektromagnetischen Ventile 11, 12 im Zusammenhang
mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung der Einlass- und
Auslassventile der Brennkraftmaschine vorgesehen sein. In diesem
Fall wird mit den elektromagnetischen Ventilen 11, 12 ein
Hydrauliksystem gesteuert, mit dem die Einlass- und Auslassventile
der Brennkraftmaschine geöffnet
und geschlossen werden können.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass
die nachfolgend beschriebene Vorrichtung 10 nicht nur für die beiden
dargestellten Ventile 11, 12 verwendet werden
kann, sondern dass die Vorrichtung 10 durch entsprechende
Erweiterungen auch für eine
beliebige Mehrzahl von Ventilen eingesetzt werden kann. So ist es
möglich,
dass bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern insgesamt 32
Magnetventile für
die Steuerung der Einlass- und Auslassventile der Brennkraftmaschine
vorhanden sind.
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Zur Energieversorgung der Ventile 11, 12 sind
zwei Gleichspannungswandler 13, 14 vorgesehen,
die zusammen einen Wandler 17 bilden. Beide Gleichspannungswandler 13, 14 und
damit der Wandler 17 enthalten Steuerungen und/oder Regelungen
zur Aufrechterhaltung der erzeugten Ausgangsspannungen auf einem
vorgegebenen Sollwert.
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Der Gleichspannungswandler 13 ist
dazu geeignet, auf einer elektrischen Leitung 15 einen
Boosterstrom zu erzeugen. Entsprechend ist der Gleichspannungswandler 14 dazu
geeignet, auf einer elektrischen Leitung 16 einen Haltestrom
zu erzeugen, Der Boosterstrom ist größer als der Haltestrom.
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Zwischen den Gleichspannungswandlern 13, 14 und
den Ventilen 11, 12 ist eine Endstufe 20 vorgesehen,
mit der der Stromlauf über
die Ventile 11, 12 gesteuert wird. Diese Steuerung
erfolgt dabei durch ein Steuergerät 19. Die Funktion
der Endstufe 20, dessen Steuerung sowie der damit erzeugte Stromlauf über das
Ventil 11 wird nachfolgend anhand der 2 näher
erläutert.
Die dortige Erläuterung
trifft in entsprechender Weise auch für den Stromlauf über das
Ventil 12 sowie für
den Stromlauf über
jegliches weitere Ventil zu.
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In der 2 sind
die von den beiden Gleichspannungswandlern 13, 14 kommenden
Leitungen 15, 16 dargestellt. Die Leitung 16 ist über eine
in Flussrichtung geschaltete Diode D1 mit einem der beiden Anschlüsse des
elektromagnetischen Ventils 11 verbunden. Der andere Anschluss
des elektromagnetischen Ventils 11 ist über eine ebenfalls in Flussrichtung
geschaltete Diode D2 mit der Leitung 15 verbunden. Die
Kathoden der beiden Dioden D1, D2 sind über einen Schalter S1 miteinander
verbunden. Die Anode der Diode D2 ist über einen Schalter S2 nach
Masse geschaltet.
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In Abhängigkeit von den Schalterstellungen der
beiden Schalter S1, S2 ergibt sich ein jeweils unterschiedlicher
Stromlauf über
das Ventil 11. Mit den beiden Schaltern S1, S2 können vier
unterschiedliche Schalterstellungen eingestellt werden, die zu vier unterschiedlichen
Stromläufen
in vier aufeinanderfolgenden Zeitbereichen a, b, c, d führen. Die
Stellungen der beiden Schalter S1, S2 werden dabei, wie bereits
erwähnt
wurde, von dem Steuergerät 19 gesteuert.
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In der 3 ist
der Strom INV über das elektromagnetische
Ventil 11 über
der Zeit dargestellt. Insbesondere sind in der 3 die vier Zeitbereiche a, b, c, d gezeigt,
die aus den vier einstellbaren Schalterstellungen der beiden Schalter
S1, S2 resultieren.
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In dem ersten Zeitbereich a sind
die beiden Schalter S1, S2 geschlossen. Daraus ergibt sich ein Stromlauf
a, wie dies in der 2 dargestellt
und entsprechend mit „a" gekennzeichnet ist.
Es fließt
der von dem Gleichspannungswandler 13 erzeugte Boosterstrom über das
Ventil 11. Dieser Strom IMV steigt
gemäß der 3 bis zu einem Endwert an
und ist dazu vorgesehen, das Ventil 11 in jedem Fall in eine
vorgegebene Endposition zu verstellen.
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In dem zweiten Zeitbereich b, der
dem Zeitbereich a nachfolgt, ist der Schalter S1 geschlossen und
der Schalter S2 geöffnet.
Daraus ergibt sich ein Stromlauf, wie er in der 2 dargestellt und entsprechend mit „b" gekennzeichnet ist.
Bei diesem Stromlauf handelt es sich um einen sog. Freilauf. Dies
bedeutet, dass zumindest ein Teil der in dem elektromagnetischen
Ventil 11 enthaltenen elektrischen Energie über den
genannten Freilauf abgebaut wird. Entsprechend nimmt der Strom IMV in dem Zeitbereich b gemäß der 3 ab.
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In dem Zeitbereich c ist der Schalter
S1 geöffnet
und der Schalter S2 geschlossen. Daraus ergibt sich ein Stromlauf,
wie dies in der 2 dargestellt
und mit „c" gekennzeichnet ist.
In dem Zeitbereich c wird der von dem Spannungswandler 14 erzeugte
Haltestrom dem Ventil 11 zugeführt. Der Haltestrom ist dabei
derart gewählt,
dass sich die Endposition, die das Ventil 11 aufgrund des
Boosterstroms erreicht hat, nicht verändert.
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In dem Zeitbereich d, der sich an
den Zeitbereich c anschließt,
sind die beiden Schalter S1, S2 geöffnet. Daraus ergibt sich ein
Stromlauf, wie dies in der 2 dargestellt
und mit „d" gekennzeichnet ist. Dieser
Stromlauf stellt ein sog. Löschen
des elektromagnetischen Ventils 11 dar. Dies bedeutet,
dass die in dem elektromagnetischen Ventil 11 enthaltene
Energie vollständig
auf 0 abgebaut wird. Der dabei von dem Ventil 11 ausgehende
Strom IMV fließt in dem Zeitbereich d über die
Diode D2 zu dem Gleichspannungswandler 13 zurück.
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In der 4a ist
der von dem Gleichspannungswandler 13 erzeugte Boosterstrom
IB für
die angeschlossenen Ventile 11, 12 über der
Zeit t dargestellt.
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Aufgrund der vorhandenen zwei oder
mehr Ventile 11, 12 ist es möglich, dass sich die Boosterströme der Zeitbereiche
a von zwei oder gar mehreren Ventilen 11, 12 überlappen.
Eine derartige Überlappung
und der daraus resultierende hohe Boosterstrom ist in der 4a mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet.
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Der hohe Boosterstrom 22 hat
zur Folge, dass der für
die Boosterströme
vorgesehene Gleichspannungswandler 13 sehr hohen Belastungen
ausgesetzt ist. Zur besseren Verarbeitung dieser Belastungen ist
folgendes vorgesehen:
Das Steuergerät 19 ist mit dem Wandler 17,
insbesondere mit dem für
den Boosterstrom zuständigen Gleichspannungswandler 13, über eine
Leitung 18 verbunden. Von dem Steuergerät 19 wird ermittelt, wann
eine hohe Belastung aufgrund überlappender Boosterströme auftreten
wird. Dies kann von dem Steuergerät 19 aus den vorgesehenen
Ansteuerungen der Schalter S1, S2 der Endstufe 20 abgeleitet werden.
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Vor dem Auftreten einer hohen Belastung zeigt
das Steuergerät 19 die
bevorstehende hohe Belastung dem Wandler 17, insbesondere
dem Gleichspannungswandler 13 an. Dies geschieht mit Hilfe
eines Signals S, das von dem Steuergerät 19 über die Leitung 18 an
den Wandler 17 übermittelt
wird.
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In der 4b ist
das Signal S über
der Zeit t aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass das Signal S während einer
Zeitdauer T vorhanden ist, das sich von einem Zeitpunkt T1 bis zu
einem Zeitpunkt T2 erstreckt. Dies ist in der 4b mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnet.
Die Zeitdauer T korrespondiert etwa mit derjenigen Zeitdauer, in
der der hohe Boosterstrom 22 der 4 vorhanden
ist.
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In der 4c ist
die Ausgangsspannung UB des Gleichspannungswandlers 13 über der
Zeit aufgetragen. Wie bereits erwähnt wurde, wird diese Ausgangsspannung
UB auf einen vorgegebenen Sollwert gesteuert
und/oder geregelt. Der Sollwert ist in der 4c mit dem Bezugszeichen UBsoll gekennzeichnet.
Die Steuerung und/oder Regelung des Gleichspannungswandlers 13 ist
dabei beispielsweise derart ausgebildet, dass sich die Ausgangsspannung
UB des Gleichspannungswandlers 13 in
einem Toleranzband von +/– 10%
um den Sollwert UBS bewegt.
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Wie aus der 4c hervorgeht, wird der Sollwert UBS der Ausgangsspannung UB des
Gleichspannungswandlers 13 während der Zeitdauer T erhöht. Dies
ist in der 4c gestrichelt
dargestellt und mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet.
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Wie bereits erwähnt wurde, beginnt die Zeitdauer
T der 4b bereits kurz
vor dem Anstieg des hohen Boosterstroms 22 der 4a ab dem Zeitpunkt T1.
Dies hat zur Folge, dass auch die Anhebung des Sollwerts UBsoll kurz vor dem Anstieg des hohen Boosterstroms 22 erfolgt.
Aus dieser Anhebung des Sollwerts UBsoll ergibt
sich wiederum ein Anstieg der Ausgangsspannung UB des
Gleichspannungswandlers 13, was in der 4c gestrichelt dargestellt und mit dem
Bezugszeichen 25 gekennzeichnet ist.
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Ab dem Zeitpunkt, ab dem der Boosterstrom IB gemäß Bezugszeichen 22 der 4a ansteigt, liefert somit
der Gleichspannungswandler 13 eine erhöhte Ausgangsspannung UB gemäß Bezugszeichen 25.
Damit wird erreicht, dass der Gleichspannungswandler 13 die
mit dem Anstieg des Boosterstroms IB verbundene
hohe Belastung besser verarbeiten kann.
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Insbesondere wird durch den erhöhten Sollwert
UBsoll und die daraus resultierende, erhöhte Ausgangsspannung
UB erreicht, dass der Einbruch dieser Ausgangsspannung
UB aufgrund des hohen Boosterstrom IB geringer ist als ohne die vorgenannte Erhöhung. Dies
ist in der 9c anhand der Kurvenverläufe erkennbar,
die mit den Bezugszeichen 26, 27 gekennzeichnet
sind. Dabei ist derjenige Kurvenverlauf, der sich mit der Erhöhung des
Sollwerts UBsoll ergibt, gestrichelt dargestellt
und mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet, während der
Kurvenverlauf, der sich ohne die vorstehend beschriebene Erhöhung des
Sollwerts UBsoll ergeben würde, mit
dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet ist.
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Aufgrund des geringeren Einbruchs
der Ausgangsspannung UB gemäß dem Bezugszeichen 26 der 4c ist es möglich, den
Gleichspannungswandler 13 mit einer kleineren Ausgangskapazität zu versehen
als dies ohne die Erhöhung
des Sollwerts UBsoll erforderlich wäre. Ebenfalls
ist es möglich,
dass die in dem Wandler 17 enthaltene Steuerung und/oder
Regelung aufgrund des Signals S, und zwar dort insbesondere aufgrund
des Anstiegs des Signals S am Anfang der Zeitdauer T, bereits vor
dem Auftreten einer Regelabweichung präventiv Maßnahmen ergreift, um derjenigen Regelabweichung
entgegenzuwirken, die sich aufgrund des hohen Boosterstroms ergibt.
Insbesondere kann die Steuerung und/oder Regelung präventiv die
Ausgangsleistung des Gleichspannungswandlers 13 erhöhen.
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Mit Hilfe der Leitung 18 können weiterhin Notfallfunktionen
wie folgt realisiert werden:
Wenn z.B. der Gleichspannungswandler 14 ausfällt, und
wenn dies durch Maßnahmen,
die vorliegend nicht näher
beschrieben sind, von dem Steuergerät 19 erkannt wird,
so kann das Steuergerät 19 den
verbleibenden Gleichspannungswandler 13 derart steuern
und/oder regeln, dass dieser die Funktion des Gleichspannungswandlers 14 übernimmt
und zusätzlich
den Haltestrom erzeugt. Beispielsweise kann die Ausgangsspannung
des Gleichspannungswandlers 13 gepulst werden, um auf diese
Weise einen entsprechenden Haltestrom zu erzeugen.
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Im umgekehrten Fall kann das Steuergerät 19 den
Gleichspannungswandler 14 derart steuern und/oder regeln,
dass dieser nicht nur den Haltestrom, sondern zusätzlich auch
den Boosterstrom erzeugt. Insbesondere kann das Steuergerät 19 den Sollwert
der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 14 erhöhen. Ergänzend kann
es dabei sinnvoll sein, dass das Steuergerät 19 zur Erzeugung
des Boosterstroms die Schalter S1, S2 zeitlich früher ansteuert,
um auf diese Weise mögliche
Verschlechterungen der Anzugsdynamik der Ventile 11, 12
auszugleichen.