DE19833830A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines Magnetventils - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung wenigstens eines MagnetventilsInfo
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils, das zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, beschrieben. Zu Beginn der Ansteuerung wird das Magnetventil mit einer gegenüber der weiteren Ansteuerung erhöhten Boosterspannung beaufschlagt. Die Energie oder die Leistung, mit der das Magnetventil zu Beginn der Ansteuerung beaufschlagt wird, ist abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine beeinflußbar.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils gemäß den
Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung
wenigstens eines Magnetventils sind aus der DE 195 39 071
bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung
wenigstens eines Magnetventils beschrieben. Das Magnetventil
wird zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine
Brennkraftmaschine eingesetzt. Zum beschleunigten
Einschalten wird die an einem Booster-Kondensator anliegende
Spannung an den Verbraucher angelegt. Dies bedeutet daß zu
Beginn der Ansteuerung der Verbraucher mit einer gegenüber
der weiteren Ansteuerung verwendeten Spannung erhöhten
Spannung beaufschlagt wird.
Aufgrund der hohen Boosterspannung und der dem Booster-Kon
densator bei der Einspritzung entnommenen Energie treten
sehr hohe Verlustleistungen in der Endstufe auf. Dies beruht
insbesondere darauf, daß die Spannung mit einem
verlustbehafteten DC/DC-Wandler erzeugt wird. Kleinere
Boosterspannungen haben geringere Boosterströme, kürzere
Boosterzeiten, eine kleinere Verlustleistung aber auch
längere Schaltzeiten des Magnetventils zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines
Magnetventils die Verlustleistung zu verringern, wobei
gleichzeitig die Auswirkung der Schaltzeitverlängerung
möglichst gering gehalten wird. Diese Aufgabe wird durch die
in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
Dadurch, daß zur Beginn der Ansteuer die Energie oder die
Leistung abhängig vom Betriebszustand beeinflußbar ist, kann
die Verlustleistung erheblich reduziert werden, wobei die
Auswirkungen der dadurch erhöhten Schaltzeiten gering sind.
Die Beeinflussung der Energie oder der Leistung erfolgt
vorzugsweise über eine oder mehrere der Größen
Boosterspannung, Boosterstrom oder Boosterzeit, insbesondere
durch die Absenkung der Boosterspannung und/oder des
Boosterstroms und/oder der Boosterzeit in bestimmten
Betriebszuständen wird die Verlustleistung reduziert.
In Betriebszuständen, in denen kurze Schaltzeiten benötigt
werden, können diese aufgrund der
betriebskenngrößenabhängigen Vorgabe der
Einschaltbedingungen, das heißt der Energie oder der
Leistung, mit der das Magnetventil beaufschlagt wird,
erreicht werden. Auch können in bestimmten Betriebszuständen
kürzere Zeitabstände zwischen zwei Einspritzungen erzielt
werden. Desweiteren kann die Verlustleistung, die im
Steuergerät entsteht, verringert werden. Dadurch ist eine
leichtere Integration der Endstufe und des Steuergeräts in
einem Gehäuse möglich. Desweiteren kann der eingesetzte
DC/DC-Wandler leistungsschwächer dimensioniert werden. Dadurch
ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen. Ferner
verringert sich die benötigte Leistung, die von der
Spannungsversorgung bereitgestellt werden muß.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1
wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 verschiedene über der Zeit t aufgetragene Signale,
Fig. 3 ein Detail der Steuerung und Fig. 4 verschiedene
Ausführungsformen als Flußdiagramme dargestellt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird bevorzugt bei Brenn
kraftmaschinen eingesetzt. Dort wird die Kraftstoffzumessung
mittels elektromagnetischer Ventile gesteuert. Diese elek
tromagnetischen Ventile werden im folgenden auch als
Verbraucher bezeichnet.
In Fig. 1 sind die wesentlichsten Elemente der erfindungs
gemäßen Einrichtung dargestellt. Bei der dargestellten Aus
führungsform handelt es sich um eine Vierzylinderbrennkraft
maschine. Hierbei ist jedem Verbraucher ein Einspritzventil
und jedem Einspritzventil ein Zylinder der Brennkraftmaschi
ne zugeordnet. Bei höheren Zylinderzahlen der Brennkraftma
schine sind entsprechend mehr Ventile, Schaltmittel und
Dioden vorzusehen.
Mit 100, 101, 102 und 103 sind vier Verbraucher dargestellt.
Jeweils ein Anschluß der Verbraucher 100 bis 103 steht über
ein gemeinsames Schaltmittel 115, eine Diode 110 und einem
Meßmittel 125 mit einer Spannungsversorgung 105 in
Verbindung.
Die Diode 110 ist so angeordnet, daß sie mit ihrer Anode mit
dem Schaltmittel 115 und mit ihrer Kathode mit den
Verbrauchern (100 bis 103) in Verbindung steht. Bei dem
Schaltmittel 115 handelt es sich vorzugsweise um einen
Feldeffekttransistor.
Jeweils der zweite Anschluß der Verbraucher 100 bis 103
stehen über jeweils ein zweites Schaltmittel 120, 121, 122
und 123 mit einem Widerstandsmittel 125 in Verbindung. Bei
dem Schaltmittel 120 bis 123 handelt es sich ebenfalls vor
zugsweise um Feldeffekttransistoren. Die Schaltmittel 120
bis 123 werden als Low-Side-Schalter und das Schaltmittel
115 als Highside-Schalter bezeichnet. Der zweite Anschluß
des Widerstandsmittels 125 steht mit dem zweiten Anschluß
der Spannungsversorgung in Verbindung.
Jedem Verbraucher 100 bis 103 ist eine Diode 130, 131, 132
und 133 zugeordnet. Der Anodenanschluß der Dioden steht je
weils mit dem Verbindungspunkt zwischen Verbraucher und
Low-Side-Schalter in Kontakt. Der Kathodenanschluß steht mit
einem Kondensator 145 sowie einem weiteren Schaltmittel 140
in Verbindung. Der zweite Anschluß des Schaltmittels 140
steht über eine Diode 142 mit den ersten Anschlüssen der
Verbraucher 100 bis 103 in Kontakt. Bei dem Schaltmittel 140
handelt es sich ebenfalls vorzugsweise um einen
Feldeffekttransistor. Dieses Schaltmittel 140 wird auch als
Booster-Schalter bezeichnet. Der zweite Anschluß des
Kondensators 145 steht ebenfalls mit dem zweiten Anschluß
der Versorgungsspannung 105 in Verbindung.
Der Highside-Schalter 115 wird von einer Steuereinheit 160
mit einem Ansteuersignal AH beaufschlagt. Das Schaltmittel
120 wird von der Steuereinheit 160 mit einem Ansteuersignal
AL1, das Schaltmittel 121 mit einem Ansteuersignal AL2, das
Schaltmittel 122 mit einem Ansteuersignal AL3, das Schalt
mittel 123 mit einem Ansteuersignal AL4 und das Schaltmittel
140 mit einem Ansteuersignal AC beaufschlagt. Der
Steuereinheit 160 wird die am Kondensator 145 anliegende
Spannung zugeleitet. Ferner wertet die Steuereinheit 160 die
durch die Verbraucher fließenden Ströme aus. Hierzu werden
die Spannungswerte USH0 und USH erfaßt.
Zwischen dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung 105
und dem Verbindungspunkt zwischen der Diode 110 und den
ersten Anschlüssen der Verbraucher 100 bis 103 ist eine
Diode 150 geschaltet. Hierbei ist die Anode der Diode mit
dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung 105 verbunden.
Mittels des Widerstandes 125 kann der durch den Verbraucher
fließende Strom ermittelt werden.
Mit der dargestellten Anordnung ist eine Strommessung über
den Strommeßwiderstand 125 nur möglich, wenn eines der
Schaltmittel 120 bis 123 und einer der High-Side-Schalter
(115, 140) geschlossen ist oder der Verbraucher über die
Diode 150 und eines der Schaltmittel 120 bis 123 im Freilauf
ist. Um den Strom auch bei geöffneten Low-Side-Schaltern
erfassen zu können, kann der Strommeßwiderstand auch an
anderer Stelle angeordnet werden. Beispielsweise kann der
zweite Anschluß des Kondensators 145 mit dem
Verbindungspunkt zwischen dem Strommeßmittel 125 und dem
Schaltmittel 120 bis 123 verbunden werden. In diesem Fall
ist auch eine Strommessung bei gesperrtem Low-Side-Schalter
möglich. Ferner kann das Strommeßmittel zwischen der
Spannungsversorgung und dem Highside-Schalter bzw. Im ersten
oder zweiten Anschluß der Verbraucher angeordnet sein.
Anstelle des Widerstands 125 bzw. zusätzlich zu dem
Widerstand 125 kann ein weiterer Widerstand 126 zwischen dem
ersten Anschluß der Spannungsversorgung 105 und dem
High-Side-Schalter 115 angeordnet sein. Mit diesem Widerstand 126
kann ebenfalls eine Strommessung erfolgen.
Der Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel 140 und dem
Kondensator 145 steht mit Kathode einer weiteren Diode 180
in Kontakt. Die Anode der Diode 180 steht mit dem
Verbindungspunkt zwischen einer Induktivität 170 und einem
weiteren Schaltmittel 175 in Verbindung. Das Schaltmittel
175 wird auch als Ladeschalter bezeichnet. Ein zweiter
Anschluß des weiteren Schaltmittels steht mit dem zweiten
Anschluß des Kondensators 145 bzw. mit dem zweiten Anschluß
der Versorgungsspannung 105 in Verbindung. Die Induktivität
170 steht ferner mit dem ersten Anschluß der
Versorgungsspannung in Verbindung.
Die Induktivität 170, der Ladeschalter 175 und die Diode 180
bilden einen Spannungswandler. Anstelle dieser Elemente kann
auch eine andere Ausgestaltung eines Spannungswandlers,
insbesondere eines DC/DC-Gleichspannungswandlers eingesetzt
werden. Der Ladeschalter wird ebenfalls von der
Steuereinheit 160 mit einem Ansteuersignal AS beaufschlagt.
In jedem Zumeßzyklus werden verschiedene Phasen unterschie
den. In einer Phase 0, vor dem Zeitpunkt t1, der vor der
Ansteuerung des Verbrauchers liegt, ist die Endstufe
abgeschaltet. Die Ansteuersignale AC, AH und AL befinden
sich auf niederem Potential. Dies bedeutet, daß der
Highside-Schalter 115, die Low-Side-Schalter 120 bis 123 und
der Boosterschalter 140 den Stromfluß sperren. Durch die
Verbraucher fließt kein Strom. Der Kondensator 145 ist auf
seine maximale Spannung UC aufgeladen, die vorzugsweise
höher als die Versorgungsspannung Ubat ist. Diese nimmt bei
spielsweise einen Wert von ca. 80 Volt an, wohingegen die
Spannung der Spannungsversorgung einen Wert von ca. 12 V an
nimmt.
In einer ersten Phase zwischen den Zeitpunkten t1 und t2,
die unmittelbar vor der eigentlichen Ansteuerung liegt und
als Vorbestromungsphase bezeichnet wird, verbleibt das
Ansteuersignal AC für den Boosterschalter 140 auf seinem
Pegel, so daß der Schalter 140 weiter sperrt. Die
Ansteuersignale AH und AL für den Highside-Schalter 115 und
dem Verbraucher zugeordneten Low-Side-Schalter werden auf
hohen Pegel gesetzt, damit diese Schalter den Stromfluß
freigeben. Somit fließt ein Strom von der
Spannungsversorgung 105, den Highside-Schalter 115 über die
Diode 110, den Verbraucher, den entsprechenden Low-Side-Schal
ter, den Strommeßwiderstand 125 zurück zur
Spannungsquelle 105. Durch Antakten des High-Side-Schalters
wird der Strom, der mittels des Strommeßwiderstandes 125
erfaßt wird, auf einen vorgebbaren Wert für den
Vorbestromungsstrom IV geregelt. Das heißt, bei Erreichen
des Sollstroms IV für den Anzugsstrom wird der
Highside-Schalter 115 so angesteuert, daß er sperrt. Bei Un
terschreiten einer weiteren Schwelle wird er wieder freige
geben.
Der Sollwert für den Vorbestromungsstrom IV ist gewählt, daß
sich im Verbraucher ein Magnetfeld aufbaut, das aber noch
nicht zum Schalten des Verbraucher ausreicht.
Bei gesperrten Highside-Schalter 115 wirkt ein Freilauf
kreis. Der Strom fließt vom Verbraucher durch den Low-Side-Schal
ter, den Widerstand 125 und die Freilaufdiode 150.
Die erste Phase endet, mit der eigentlichen Ansteuerung des
Verbrauchers zum Zeitpunkt t2. Eine zweite Phase ist durch
die Zeitpunkte t2 und t3 definiert. Die Dauer der zweiten
Phase wird auch als Boosterzeit bezeichnet. Die zweite Phase
liegt zu Beginn der Ansteuerung und wird auch als
Boosterphase bezeichnet. In dieser Phase wird der Low-Side-Schal
ter angesteuert, der dem Verbraucher zugeordnet ist,
der Kraftstoff zumessen soll. Dies bedeutet, daß in der
Phase 1 das Signal AL einen hohen Pegel annimmt.
Gleichzeitig nimmt das Ansteuersignal AC für den
Boosterschalter 140 einen hohen Pegel an, das den Schalter
140 durchsteuert. Die Stellung des High-Side-Schalters ist
ohne Bedeutung. In der Regel wird der Highside-Schalter 115
nicht angesteuert, dieser sperrt in der zweiten Phase.
Diese Ansteuerung der Schaltmittel bewirkt, daß vom
Kondensator 145 über den Boosterschalter 140, den
entsprechenden Verbraucher, den dem Verbraucher zugeordneten
Low-Side-Schalter und das Strommeßmittel 125 ein Strom
fließt, der auch als Boosterstrom bezeichnet wird. In dieser
Phase steigt der Strom I bedingt durch die hohe Spannung am
Verbraucher sehr schnell an. Zu Beginn der eigentlichen
Ansteuerung wird der Verbraucher mit einer erhöhten Spannung
beaufschlagt, die wesentlich größer als die
Versorgungsspannung ist. Diese Spannung wird auch als
Boosterspannung bezeichnet. Die Versorgungsspannung nimmt
üblicherweise Werte um 12 oder 24 Volt und die erhöhte
Spannung Werte von ca. 40 bis 90 Volt an. Die zweite Phase
endet, wenn die am Kondensator 145 anliegende Spannung einen
bestimmten Wert U2 unterschreitet, oder der Strom im
Verbraucher einen definierten Wert erreicht hat.
Eine dritte Phase, die durch die Zeitpunkte t3 und t4
definiert ist, wird als Anzugsstromphase bezeichnet. In
dieser Phase wird der Einschaltstrom von dem
Highside-Schalter 115 übernommen und der Booster
inaktiviert. In der dritten Phase wird das Ansteuersignal
für den Boosterschalter 140 zurückgenommen, so daß der
Schalter 140 sperrt. Die Ansteuersignale AH und AL für den
Highside-Schalter 115 und dem Verbraucher zugeordneten
Low-Side-Schalter werden auf hohen Pegel gesetzt, damit diese
Schalter den Stromfluß freigeben. Somit fließt ein Strom von
der Spannungsversorgung 105 über den Highside-Schalter 115,
die Diode 110, den Verbraucher, den entsprechenden Low-Side-Schal
ter, den Strommeßwiderstand 125 zurück zur
Spannungsquelle 105. Durch Antakten des High-Side-Schalters
kann der Strom, der mittels des Strommeßwiderstandes 125
erfaßt wird, auf einen vorgebbaren Wert für den Anzugsstrom
IA geregelt werden. Das heißt, bei Erreichen des Sollstroms
IA für den Anzugsstrom wird der Highside-Schalter 115 so
angesteuert, daß er sperrt. Bei Unterschreiten einer
weiteren Schwelle wird er wieder freigegeben.
Bei gesperrten Highside-Schalter 115 wirkt ein Freilauf
kreis. Der Strom fließt vom Verbraucher durch den Low-Side-Schal
ter, den Widerstand 125 und die Freilaufdiode 150.
Die dritte Phase endet, wenn von der Steuereinheit 160 das
Ende der Anzugsphase erkannt wird. Dies kann z. B. der Fall
sein, wenn eine bestimmte Anzugszeit abgelaufen ist oder
wenn eine Schaltzeitpunkterkennung erkennt, daß der
Magnetventilanker seine neue Endlage erreicht hat. Erkennt
die Schaltzeitpunkterkennung nicht innerhalb einer vorgege
ben Zeit, daß der Magnetventilanker seine neue Endlage er
reicht hat, so wird auf Fehler erkannt.
An die dritte Phase schließt sich eine vierte Phase an, die
durch die Zeitpunkte t4 und t5 definiert ist, und auch als
Haltestromregelung bezeichnet wird. Entsprechend wie in der
dritten Phase bleibt das Ansteuersignal für den Low-Side-Schal
ter auf seinem hohen Niveau, das heißt der dem
Verbraucher zugeordnete Low-Side-Schalter bleibt
geschlossen. Durch Öffnen und Schließen des High-Side-Schal
ters 115 wird der Strom, der durch den Verbraucher
fließt, auf den Sollwert IH für den Haltestrom eingeregelt.
Bei gesperrten Highside-Schalter 115 wirkt ein
Freilaufkreis. Der Strom fließt vom Verbraucher durch den
Low-Side-Schalter, den Widerstand 125 und die Freilaufdiode
150. Die Phase 4 ist beendet, wenn der Einspritzvorgang
abgeschlossen ist. Der Sollwert IH für den Haltestrom ist so
gewählt, daß er möglichst klein ist aber ausreicht um den
Verbraucher in seiner Stellung zu halten.
Insbesondere beim Abschalten des Verbrauchers zum Zeitpunkt
t5 erfolgt eine Schnellöschung. Beim Übergang zwischen dem
Anzugsstroms in der Phase 3 und dem Haltestrom in Phase 4
kann ebenfalls eine Schnellöschung erfolgen. Bei der
Schnellöschung wird der entsprechende Low-Side-Schalter
abgeschaltet und der Highside-Schalter 115 bleibt
durchgesteuert. Dadurch fällt der Strom, der durch den
Verbraucher fließt, schnell auf den Wert Null ab.
Gleichzeitig steigt die Spannung U, die am Kondensator 145
anliegt an. Die beim Abschalten freiwerdende Energie wird
dabei in den Kondensator 145 umgeladen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Schnellöschung wird
der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter gesperrt.
In den Phasen zwei und drei erfolgt eine Stromregelung durch
Antakten des High-Side-Schalters. Bei gesperrtem
Highside-Schalter ist die Freilaufdiode 150 aktiv. In diesen
Phasen fällt der Strom langsam ab. Dies führt zu einer ge
ringeren Schaltfrequenz.
In einer fünften Phase zwischen den Zeitpunkten t5 und t6,
ist die Endstufe inaktiv, das heißt, es erfolgt keine
Kraftstoffzumessung. Dies bedeutet, das Ansteuersignal AC
für den Booster-Schalter 140, das Ansteuersignal AH für den
High-Side-Schalter und das Ansteuersignal AL für die
Low-Side-Schalter nehmen alle niedriges Niveau an und alle
Schalter sperren. Der Strom, der durch den Verbraucher
fließt, bleibt auf 0.
In einer sechsten Phase nach der Ansteuerung, die durch die
Zeitpunkte t6 und t7 definiert und auch als Ladephase
bezeichnet ist, wird der Lade-Schalter 175 durch das
Ansteuersignal AS in seinen leitenden Zustand gebracht
Dadurch wird ein Stromfluß in der Induktivität 170
initialisiert. Der Strom fließt von der Spannungsquelle 105
über den Schalter 175 und die Induktivität 170 in die
Spannungsquelle 105. Nach einer vorgegebenen Zeit, die so
gewählt ist, daß in die Induktivität ausreichend Energie
eingespeichert ist, wird der Lade-Schalter so angesteuert,
daß er öffnet. Dies bewirkt wiederum eine Schnellöschung der
Induktivität 170 über die Diode 180 in den Kondensator 145.
Dadurch steigt die am Kondensator 145 anliegende Spannung
an. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Spannung
am Kondensator 145 einen vorgegebenen Wert U1 erreicht.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, das eine vorgegebene
Anzahl von Ansteuerung erfolgt oder daß der Ladeschalter 175
für eine vorgegebene Zeitdauer mit einem getakteten Signal
mit vorgegebenem Frequenz und Tastverhältnis angesteuert
wird.
Der DC/DC-Wandler kann, da er zur Nachladung keine
Verbraucher verwendet, jederzeit den Kondensator nachladen.
Vorzugsweise ist aber vorgesehen, daß in der Boosterphase
und der Anzugsphase, das heißt zwischen den Zeitpunkten t2
und t4, ist der DC/DC-Wandler nicht aktiv, da ansonsten sehr
hohe Stromwerte auftreten können, die von der
Versorgungsspannung 105 bereitzustellen sind.
In der sich anschließenden siebten Phase zwischen den
Zeitpunkten t7 und t8, werden alle Ansteuersignale
zurückgenommen und alle Schalter in ihrem gesperrten Zustand
gebracht. Diese Phase entspricht der Phase 0.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen
sein, daß die beim Abschalten freiwerdende Energie nicht in
den Kondensator umgeladen wird, wobei dieser dann lediglich
durch den Spannungswandler geladen wird.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am
Beispiel der Boosterspannung beschrieben. Entsprechend kann
an Stelle der Boosterspannung der Boosterstrom und/oder die
Boosterzeit verwendet werden.
In Fig. 3 sind einzelne Elemente der Steuereinheit
detaillierter dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschriebene
Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
Eine Sollwertvorgabe 300 beaufschlagt einen Vergleicher 310
mit einem Signal U1. Am zweiten Eingang des Vergleichers
liegt das Ausgangssignal UC eines A/D-Wandlers 315, der die
Spannung, die am Booster-Kondensator anliegt, in ein
entsprechendes Signal UC umwandelt. Der Vergleicher 310
beaufschlagt die Ladesteuerung 320 mit einem Signal. Die
Ladesteuerung 320 steuert entsprechend den Lade-Schalter 175
an. Der Sollwert U1 und/oder das Signal UC werden von einer
Korrektureinrichtung 330 verarbeitet. Diese liefert ein
Signal an die Zeitsteuerung 340, die die Low-Side-Schalter,
den High-Side-Schalter und den Booster-Schalter ansteuert.
Die Funktionsweise dieser Einrichtung wird im folgenden
anhand der Fig. 4 beschrieben. Bei einer ersten
Ausführungsform, die in Fig. 4a dargestellt ist, wird in
einer ersten Abfrage 200 überprüft, ob bestimmte
Betriebszustände vorliegen, in denen auch eine kleine
Boosterspannung ausreichend ist. Liegt ein solcher
Betriebszustand nicht vor, so wird in Schritt 205 von der
Sollwertvorgabe 300 der Wert U1 für die Boosterspannung auf
einen großen Wert UCG gesetzt, der in der Größenordnung von
ca. 70 bis 90 Volt liegt. Liegt ein solcher Zustand vor, bei
denen eine kleine Boosterspannung ausreichend ist, wird in
Schritt 210 ein Wert für die Boosterspannung USK vorgegeben,
der im Bereich von 40 bis 70 Volt liegt. Anschließend werden
in Schritt 215 von der Korrektureinrichtung 330 die
Zeitgrößen, die den Einspritzbeginn und das Einspritzende
bestimmen, als Funktion von der kleineren Boosterspannung
UCK korrigiert.
Der Lade-Schalter 175 wird solange entsprechend der sechsten
Phase angesteuert, bis der Vergleicher erkennt, daß der
entsprechende Wert der Boosterspannung erreicht ist. Wenn in
Schritt 220 die Boosterspannung erreicht ist bzw. die
vorgegebenen Zeitpunkte t1 bis t5 erreicht sind, werden im
Schritt 220 die Schaltmittel entsprechend angesteuert.
Kleinere Boosterspannungen werden vorzugsweise gewählt, wenn
sich eine direkteinspritzende Benzinbrennkraftmaschine im
sogenannten Homogenbetrieb befindet. Im sogenannten
Schichtbetrieb dagegen werden großen Werte UCG der
Boosterspannung verwendet. Die verlängerten Schaltzeiten
aufgrund der kleineren Boosterspannung wird im
Homogenbetrieb durch Korrektur der Einspritzzeit und/oder
des sogenannten Vorlagerungswinkels in Schritt 215
korrigiert. Durch diese Maßnahme ergibt sich im
Homogenbetrieb eine wesentliche Reduzierung der
Verlustleistung der Endstufe. Alternativ oder ergänzend zum
Homogenbetrieb kann die Umschaltung zu kleineren
Boosterspannungen auch bei Vollast, bei Übersteigen einer
bestimmten Drehzahlschwelle oder bei Überschreiten einer
bestimmten Einspritzdauer oder bei Absenken des
Kraftstoffdrucks erfolgen.
Im Schichtbetrieb werden hohe Boosterspannungen vorgegeben,
um kurze Schaltzeiten zu gewährleisten.
Die Unterscheidung zwischen Homogenbetrieb und
Schichtbetrieb erfolgt insbesondere bei
Benzinbrennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung von
Kraftstoff. Die Umschaltung zwischen Homogen und
Schichtbetrieb erfolgt abhängig vom Betriebszustand der
Brennkraftmaschine. Dabei werden vorzugsweise die Last und
die Drehzahl der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
Der Homogenbetrieb entspricht weitestgehend dem Betrieb
einer üblichen fremdgezündeten Brennkraftmaschine. Im
Schichtbetrieb wird der Kraftstoff mit erhöhtem Druck
eingespritzt, dabei ergibt sich eine nichthomogene
Verteilung der Kraftstoffkonzentration im Brennraum. Der
Beginn und die Dauer der Einspritzung besitzen einen großen
Einfluß auf die Verbrennung. Häufig wird die Einspritzung in
mehrere Teileinspritzungen aufgeteilt.
Erfindungsgemäß wird in geeigneten Betriebspunkten,
beispielsweise im Homogenbetrieb die Spannung am Booster-Kon
densator durch Umschalten abgesenkt, um dadurch die
maximale Verlustleistung der Endstufe zu reduzieren. Im
Schichtbetrieb wird die Boosterspannung wieder erhöht, um
die erforderlichen kurzen Einspritzzeiten zu erzielen.
Eine weitere Ausgestaltung ist in Fig. 4b dargestellt. In
einem ersten Schritt 230 gibt die Sollwertvorgabe 300 die
Boosterspannung U1 als Funktion F einer Betriebskenngröße H
vor. Vorzugsweise wird die Boosterspannung U1 aus einem
Kennfeld abhängig von verschiedenen Betriebskenngrößen
ausgelesen. Besonders vorteilhaft ist es wenn die
Boosterspannung abhängig von einer oder mehreren der Größen
Drehzahl der Brennkraftmaschine, Motormoment, Dauer der
Ansteuerung, Kraftstoffdruck, Temperatur, Versorgungsspannung
vorgebbar ist.
Die sich anschließende Abfrage 235 überprüft, ob die
Spannung UC, die am Booster-Kondensator anliegt, größer als
der Schwellwert U1 ist. Ist dies nicht der Fall, so wird in
Schritt 236 der Kondensator weiter geladen. Erkennt die
Abfrage 235, daß die Spannung UC am Booster-Kondensator
größer als der Schwellwert U1 ist, so erfolgt in Schritt 240
die Einspritzung, wobei die Schaltmittel zu den vorgegebenen
Zeiten t1 bis t5 angesteuert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor der Ansteuerung die
Zeiten, bei denen die Magnetventile angesteuert werden,
entsprechend wie in Schritt 215 vor der Ansteuerung im
Schritt 242 als Funktion der vorgegebenen Boosterspannung U1
korrigiert werden.
Als Betriebskenngrößen in Schritt 330 werden insbesondere
die Drehzahl und/oder die Einspritzdauer berücksichtigt.
Erfindungsgemäß kann der Wert auch abhängig davon vorgegeben
werden, ob die Brennkraftmaschine sich im Homogen- oder im
Schichtbetrieb befindet.
Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, wenn die
Zeitabstände zwischen zwei Einspritzungen und/oder zwischen
zwei Teileinspritzungen einer Einspritzung in bestimmten
Betriebszuständen sehr kleinen Werte annehmen. Solche
Betriebszustände liegen beispielsweise bei hoher Drehzahl
beim Umschalten in den homogenen Betrieb nach geschichtetem
Betrieb und bei Doppel- und Mehrfacheinspritzungen vor. In
diesen Zuständen ist für die Aufladung des Booster-Kon
densators auf den definierten Spannungswert ein
Mindestzeitabstand zwischen zwei Einspritzungen
erforderlich. Diese Zeit ist so zu bemessen, daß der
verwendete DC/DC-Wandler auch unter ungünstigsten
Bedingungen den Booster-Kondensator auf den definierten
Spannungswert aufladen kann. Durch Vorgabe der
Boosterspannung kann der zeitliche Abstand für das Aufladen
verkürzt werden, wenn die Aufladezeit auf den maximalen Wert
der Boosterspannung in diesen Betriebszuständen nicht mehr
einzuhalten ist.
Erfindungsgemäß wird deshalb wie in Fig. 4b dargestellt,
die Boosterspannung abhängig von Betriebszustand vorgegeben.
Damit werden kürzere Aufladezeiten und damit kürzere
Zeitabstände zwischen zwei Einspritzungen erreicht. Die
Spannungswerte des Booster-Kondensators sind hierbei
definiert. Die aus der niederen Boosterspannung
resultierenden langsameren Einschaltzeiten und damit
geringere Einspritzmengen, können über eine Korrektur der
Einspritzzeit und/oder des Vorlagerungswinkels in Schritt
242 korrigiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Fig. 4c
dargestellt. Bei dieser Ausgestaltung wird die
Boosterspannung mittels eines AD-Wandlers unmittelbar vor
Beginn der Einspritzung gemessen. In den oben genannten
problematischen Betriebspunkten wird es hiermit möglich, den
vorgegeben Zeitabstand zwischen zwei Einspritzung, der
erforderlich ist, um eine optimale Verbrennung zu erzielen,
einzuhalten. Mittels des gemessenen Spannungswert am
Booster-Kondensator, werden die sich einstellenden
langsameren Einschaltzeiten und die dadurch geringeren
Einspritzmengen korrigiert.
Hierzu wird in Schritt 250 überprüft, ob eine Einspritzung
kurz bevor steht. Ist dies nicht der Fall, so überprüft eine
Abfrage 255 ob die Boosterspannung UC größer als ein
vorgegebener Schwellwert U1 ist. Ist dies nicht der Fall, so
wird in Schritt 260 weiter geladen. Erkennt die Abfrage 250,
daß eine Einspritzung unmittelbar bevorsteht und/oder
erkennt die Abfrage 255, daß die Boosterspannung UC größer
als der Sollwert ist, so wird in Schritt 265 die aktuelle
Boosterspannung erfaßt. Im anschließenden Schritt 270 werden
die Ansteuerzeiten entsprechend abhängig von der gemessenen
Boosterspannung UC korrigiert.
Anschließend in Schritt 275 erfolgt die Ansteuerung des
Magnetventils.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Korrektur in den
Schritten 215 und 242 in den Teilfiguren 4a und 4b ebenfalls
abhängig von einem gemessenen Wert für die Boosterspannung
durchgeführt wird.
Claims (9)
1. Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils,
das zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine
Brennkraftmaschine dient, wobei zu Beginn der Ansteuerung
das Magnetventil mit einer gegenüber der weiteren
Ansteuerung erhöhten Spannung beaufschlagt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine Größe, die die Energie
und/oder die Leistung beeinflußt, mit dem das Magnetventil
zu Beginn der Ansteuerung beaufschlagt wird, abhängig von
wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine
vorgebbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Energie und/oder die Leistung über wenigstens einer der
Größen Boosterspannung, Boosterstrom und/oder Boosterzeit
beeinflußt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Energie oder die Leistung abhängig von wenigstens
einer der Größen Drehzahl der Brennkraftmaschine,
Motormoment, Dauer der Ansteuerung, Kraftstoffdruck,
Temperatur, Versorgungsspannung vorgebbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Energie oder die Leistung abhängig vom Vorliegen
eines Homogenbetriebs oder dem Vorliegen eines
Schichtladungsbetriebs vorgebbar ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen bestimmter
Betriebszustände ein kleinerer Wert für die erhöhte Spannung
als beim Nichtvorliegen der Betriebszustände vorgebbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Betriebszustand
mehr als zwei Werte für die erhöhte Spannung wählbar sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdauer abhängig von
der erhöhten Spannung korrigierbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur abhängig von der
gewählten oder von der gemessenen erhöhten Spannung erfolgt.
9. Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines
Magnetventils, das zur Steuerung der Einspritzung von
Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, wobei zu Beginn
der Ansteuerung das Magnetventil mit einer gegenüber der
weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung beaufschlagt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die
wenigstens eine Größe, die die Energie und/oder die Leistung
beeinflußt, mit dem das Magnetventil zu Beginn der
Ansteuerung beaufschlagt wird, abhängig von wenigstens einer
Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine vorgeben.
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