DE19813138A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers

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Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine mittels einer mit elektronischen Schaltmitteln und wenigstens einem Booster-Kondensator ausgestatteten Ansteuerschaltung, die Nachlademittel (EC) aufweist, die die Spannung des Booster-Kondensators nach jeder teilweisen oder völligen Entladung desselben wieder auf einen die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils und damit die Einspritzzeit beeinflussenden gewünschten Wert nachladen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Nachlademittel (EC) funktionell mit Mitteln zur Erfassung wenigstens der Drehzahl (n) und der Last (L) der Brennkraftmaschine verbunden sind und Regelungsmittel (EC) aufweisen, die die Stärke des für den gewünschten Spannungswert erforderlichen Nachladestroms (I¶cN¶) wenigstens abhängig von dem von den Erfassungsmitteln erfaßten Drehzahlwert (n) und dem Lastwert (L) regeln.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine mittels einer mit elektronischen Schaltmitteln und wenigstens einem Booster-Kondensator ausgestatteten Ansteuerschaltung, mit einem ersten Schritt, der die Spannung des Booster-Kondensators nach jeder teilweisen oder völligen Entladung desselben wieder auf einen die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils und damit die Einspritzzeit beeinflussenden gewünschten Wert nachlädt.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 195 39 071 der Robert Bosch GmbH bekannt.
Allgemein wird bei einem Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem die Zumessung der Kraftstoffmasse für einen Zylinder über ein Einspritzventil gesteuert. Die Genauigkeit der Zumessung wird unter anderem dadurch bestimmt, wie schnell das Einspritzventil öffnet. Der Öffnungsvorgang des Einspritzventils wird beschleunigt, indem man eine hohe Spannung, gespeist aus einem Booster- Kondensator, auf das Einspritzventil gibt. Die Spannung des Booster-Kondensators muß nach seiner Entladung oder Teilentladung beim Einspritzvorgang wieder auf den gewünschten Wert gebracht werden. Diese Nachladung geschieht über eine elektrische Schaltung und benötigt eine gewisse Zeit. Wenn jetzt mehrere Einspritzungen zeitlich so dicht hintereinander folgen, daß für die vollständige Nachladung des Booster-Kondensators nicht genügend Zeit bleibt, stellt sich eine nicht definierte Spannung am Booster-Kondensator ein. Ist die Spannung des Booster- Kondensators beim Beginn des Einspritzvorgangs nicht auf dem gewünschten Wert, so ergeben sich dadurch unterschiedliche Öffnungszeiten des Einspritzventils und damit auch unterschiedliche Kraftstoffmassen. Durch die unterschiedlichen Kraftstoffmassen verschlechtert sich das Abgasverhalten und der Motorlauf.
Die Lehre der oben erwähnten Patentanmeldung DE 195 39 071 geht dahin, den Booster-Kondensator durch gezieltes Einschalten mehrerer Schaltmittel so aufzuladen, daß der Einschaltvorgang beschleunigt und der Gesamtenergieverbrauch minimiert wird. Dafür sind Steuermittel vorgesehen, die die Schaltmittel derart ansteuern, daß wenigstens die beim Übergang von einem Anzugsstromwert auf einen Haltestromwert frei werdende Energie im Booster-Kondensator speicherbar ist.
Angesichts des oben Gesagten, ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Verbraucher zeitlich genau anzusteuern, insbesondere die Zumessgenauigkeit des Kraftstoffs bei einer Brennkraftmaschine mit einem Common- Rail-Kraftstoffeinspritzsystem zu verbessern.
Gemäß einer Weiterbildung soll die Erfindung auch die Verlustleistung beim Ansteuern des elektromagnetischen Verbrauchs minimieren.
Die obige Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß wenigstens die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine erfaßt und die Stärke des im erforderlichen Nachladestroms und die erforderliche Nachladezeitdauer für den Booster-Kondensator wenigstens abhängig von dem erfaßten Drehzahl- und Lastwert geregelt wird.
Das obige Verfahren wird in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, daß bei der ausgeführten Regelung die Stärke des Nachladestroms und in entsprechender Weise auch die Nachladezeit in Abstimmung mit dem Nachladestrom werden. Mit diesem Schritt läßt sich vorteilhafterweise die Verlustleistung minimieren.
Ist es erforderlich, daß mehrere Einspritzungen in kurzen Abständen hintereinander folgen müssen, wie z. B. bei der Umschaltung vom Schichtladungs- in den Homogenbetrieb bei der Benzin-Direkteinspritzung oder bei Vor- bzw. Nacheinspritzungen (zur Katalysatorregulierung etc.), reicht die normale Nachladezeit nicht aus. Besteht eine solche Anforderung, regelt das erfindungsgemäße Verfahren die Stärke des Nachladestroms und die Nachladezeit abhängig von diesen zusätzlichen Anforderungen an die Motorsteuerung.
Eine weitere Maßnahme besteht in der Messung der Spannung des Booster-Kondensators und in der Regelung des Nachladestroms und der Nachladezeit abhängig von der gemessenen Spannung am Booster-Kondensator.
Eine zusätzliche Weiterbildung erlaubt eine Korrektur der berechneten Einspritzzeit mit einem die Abweichung der gemessenen Spannung vom gewünschten Spannungswert am Booster-Kondensator angebenden Korrekturwert, indem in einem weiteren Verfahrensschritt die berechnete Einspritzzeit mit dem Korrekturwert unter Bildung einer korrigierten Einspritzzeit korrigiert wird.
Eine die obige Aufgabe lösende Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine mittels einer mit elektronischen Schaltmitteln und wenigstens einem Booster-Kondensator ausgestatteten Ansteuerschaltung, die Nachlademittel aufweist, die die Spannung des Booster- Kondensators nach jeder teilweisen oder völligen Entladung desselben wieder auf einen die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils und damit die Einspritzzeit beeinflussenden gewünschten Wert nachladen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlademittel funktionell mit Mitteln zur Erfassung wenigstens der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine verbunden sind und Regelungsmittel aufweisen, die die Stärke des für den gewünschten Spannungswert erforderlichen Nachladestroms und die erforderliche Nachladezeitdauer wenigstens abhängig von dem von den Erfassungsmitteln erfaßten Drehzahlwert und dem Lastwert regeln.
Weiterbildende Vorrichtungsmerkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die obigen und weitere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden in der nachfolgenden, bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreibenden, Beschreibung deutlich, wenn diese anhand der Zeichnung gelesen wird.
Die Fig. 1-3 zeigen Funktionsmerkmale dreier verschiedener Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, wobei diese drei nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden können. Es ist ferner zu bemerken, daß die aus der oben genannten Patentanmeldung DE 195 39 071 bekannte Endstufe auch bei der Ansteuervorrichtung gemäß der Erfindung einsetzbar ist.
Gemäß Fig. 1 werden die Spannung Uc* am Booster-Kondensator die Drehzahl n und die Last L der Brennkraftmaschine erfaßt. Eine elektronische Steuereinheit EC regelt, abhängig von den erfaßten Größen Uc*, n und L die Stärke des Nachladestroms Icn, sowie die Nachladezeitdauer zum Nächladen des Booster-Kondensators. Die Spannung Uc* wird vor dem Einspritzvorgang gemessen. Um die Verlustleistung zu minimieren, kann abhängig vom Drehzahl/Lastbereich der Nachladestrom Icn, verändert werden. Dementsprechend muß die Nachladezeit auch verändert werden. Ein Absenken des Nachladestroms bedeutet eine Verlängerung der Nachladezeit, aber eine Verringerung der Verlustleistung.
Hier ist die Messung der Spannung Uc* des Booster- Kondensators nicht zwingend erforderlich, wenn die Änderung von Nachladestrom und Nachladezeit aufeinander abgestimmt ist.
Gemäß Fig. 2 werden zusätzlich zu der Erfassung der Spannung Uc* am Booster-Kondensator, der Drehzahl n und der Last L der Brennkraftmaschine bestimmte Anforderungen OPAN, an die Motorsteuerung erfaßt. Solche Anforderungen sind insbesondere das Erfordernis mehrerer Einspritzungen in kurzen Abständen hintereinander, wie z. B. bei der Umschaltung von Schichtladungs- in Homogenbetrieb bei der Benzin-Direkteinspritzung oder bei Vor- bzw. Nacheinspritzungen z. B. zur Katalysatorregenerierung. In diesem Fall reicht die normale Nachladezeit nicht aus. Besteht eine solche Anforderung, kann die elektronische Steuer/Regeleinheit EC den Nachladestrom kurzzeitig erhöhen und damit die Nachladezeit verkürzen, so daß sich trotzdem die gewünschte Booster-Kondensator-Spannung einstellt und damit eine genaue Zumessung des Kraftstoffs ermöglicht wird. Dabei ist es möglich, wenn eine begrenzte Anzahl an Nachladungen erforderlich ist, die Nachladeelektronik kurzzeitig zu überlasten.
Auch hier ist die Messung der Spannung Uc* vor der Einspritzung nicht zwingend erforderlich, wenn die Änderung des Nachladestroms ICN und der Nachladezeitdauer tCN aufeinander abgestimmt sind.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Spannung Uc* am Booster-Kondensator, die Drehzahl n und der Lastwert L der Brennkraftmaschine erfaßt und entsprechende Größen der elektronischen Steuer-Regeleinheit EC zugeleitet. Diese bildet einen Korrekturwert ti_kor zur Korrektur der berechneten Einspritzzeit ti. Ein Korrekturglied K verknüpft die berechnete Einspritzzeit ti und den Korrekturwert ti kor unter Bildung einer korrigierten Einspritzzeit ti*. Selbstverständlich können die Korrekturmittel K Teil der elektronischen Steuer- Regeleinheit EC sein.
Es ist deutlich, daß die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung auch miteinander kombiniert werden können. Die Mittel zum Nachladen, oder Nachlademittel, und die Regelungsmittel können Hardware- oder Softwarebestandteile in der oder in Verbindung mit der elektronischen Steuer- Regeleinheit EC sein. Die elektronische Steuer-Regeleinheit EC kann speziell für den erfindungsgemäßen Zweck eingerichtet oder Teil einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Steuer-Regeleinheit sein. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich
  • - der Nachladevorgang des Booster-Kondensators durch gezielte Änderung des Nachladestroms ICN und der Nachladezeit tCN steuern und zwar
  • - zur Optimierung der Verlustleistung; und
  • - bei bestimmten Anforderungen der Motorsteuerung, die mehrere Einspritzungen in zeitlich sehr kurzen Abständen benötigen, wie z. B. bei Umschaltung von Schichtladungs- auf Homogenbetrieb, Voreinspritzung, Nacheinspritzung usw.
Außerdem läßt sich die Einspritzzeit ti* in Abhängigkeit von der Spannung des Booster-Kondensators und dem Last- und Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine korrigieren.

Claims (14)

1. Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine mittels einer mit elektronischen Schaltmitteln und wenigstens einem Booster-Kondensator ausgestatteten Ansteuerschaltung, mit einem ersten Schritt, der die Spannung des Booster-Kondensators nach jeder taktweisen oder völligen Entladung desselben wieder auf einen die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils und damit die Einspritzzeit beeinflussenden gewünschten Wert nachlädt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Schritt wenigstens die Drehzahl und die Last der Brennkraftmaschine erfaßt und ein dritter Schritt die Stärke des im ersten Schritt erforderlichen Nachladestroms und die erforderliche Nachladezeitdauer für den Booster- Kondensator wenigstens abhängig von dem im zweiten Schritt erfaßten Drehzahl- und Lastwert regelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Regelung im dritten Schritt die Stärke des Nachladestroms und der Nachladezeitdauer aufeinander abgestimmt eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt zusätzlich bestimmte Anforderungen der Motorsteuerung erfaßt, die mehrere Einspritzungen durch dasselbe Magnetventil in sehr kurzen Zeitintervallen benötigen, und daß der dritte Schritt die Stärke des Nachladestroms und die Nachladezeitdauer abhängig von den im zweiten Schritt zusätzlich erfaßten Anforderungen der Motorsteuerung regelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich berücksichtigten Anforderungen der Motorsteuerung, insbesondere die Umschaltung von Schichtladungs- auf Homogenbetrieb und Vor- und/oder Nacheinspritzungen betreffen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schritt zusätzlich die Spannung am Booster-Kondensator vor dem Einspritzvorgang mißt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Nachladestroms und die Nachladezeitdauer im dritten Schritt zusätzlich abhängig von der gemessenen Spannung am Booster- Kondensator geregelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter Schritt aus der im zweiten Schritt gemessenen Spannung am Booster-Kondensator einen eine Abweichung der gemessenen Spannung vom gewünschten Spannungswert am Booster-Kondensator angebenden Korrekturwert (ti_kor) für die Einspritzzeit ermittelt, und daß ein fünfter Schritt eine berechnete Einspritzzeit (ti) mit dem Korrekturwert (ti_kor) unter Bildung einer korrigierten Einspritzzeit (ti*) korrigiert.
8. Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in eine Brennkraftmaschine mittels einer mit elektronischen Schaltmitteln und wenigstens einem Booster-Kondensator ausgestatteten Ansteuerschaltung, die Nachlademittel (EC) aufweist, die die Spannung des Booster-Kondensators nach jeder teilweisen oder völligen Entladung desselben wieder auf einen die Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils und damit die Einspritzzeit beeinflussenden gewünschten Wert nachladen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlademittel (EC) funktionell mit Mitteln zur Erfassung wenigstens der Drehzahl (n) und der Last (L) der Brennkraftmaschine verbunden sind und Regelungsmittel (EC) aufweisen, die die Stärke des für den gewünschten Spannungswert erforderlichen Nachladestroms (ICN) und die erforderliche Nachladezeitdauer (tCN) wenigstens abhängig von dem von den Erfassungsmitteln erfaßten Drehzahlwert (n) und dem Lastwert (L) regeln.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel (EC), die zur Erreichung des gewünschten Spannungswerts erforderliche Stärke des Nachladestroms (ICN) und die erforderlichen Nachladezeitdauer (tCN) aufeinander abgestimmt einstellen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachlademittel (EC) weiterhin funktionell mit Mitteln zur Erfassung bestimmter Anforderungen der Motorsteuerung verbunden sind, welche mehrere Einspritzungen durch dasselbe Magnetventil in sehr kurzen Zeitintervallen nötig machen, und daß die Regelungsmittel (EC) die für die Aufladung des Booster-Kondensators auf den gewünschten Spannungswert nötige Stärke des Nachladestroms (ICN) und die dafür erforderliche Nachladezeitdauer (tCN) abhängig von den von den Erfassungsmitteln erfaßten Anforderungen der Motorsteuerung regeln.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Regelungsmitteln (EC) zusätzlich berücksichtigten und von den Erfassungsmitteln erfaßten Anforderungen der Motorsteuerung insbesondere die Umschaltung von Schichtladungs- auf Homogenbetrieb und Vor- und/oder Nacheinspritzungen durch das Magnetventil betreffen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel zusätzlich eine vor dem Einspritzvorgang am Booster-Kondensator liegende Spannung (UC) messen und eine der gemessenen Spannung entsprechende Größe den Regelungsmitteln (EC) zuführen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsmittel (EC) den Nachladestrom (ICN) und die Nachladezeitdauer (tCN) des Booster- Kondensators zusätzlich abhängig von der die gemessene Spannung (UC) am Booster-Kondensator vor dem Einspritzvorgang angebenden Größe regeln.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Korrekturmittel (K) vorgesehen sind, die aus der die vor dem Einspritzvorgang am Booster-Kondensator gemessene Spannung (UC) angebenden Größe einen eine Abweichung der gemessenen Spannung vom gewünschten Spannungswert am Booster-Kondensator angebenden Einspritzzeit-Korrekturwert (ti_kor) bilden und die berechnete Einspritzzeit (ti) mit dem Korrekturwert (ti_kor) unter Bildung einer korrigierten Einspritzzeit (ti*) korrigieren.
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