DE4130710A1

DE4130710A1 - Steuerung elektromagnetischer ventile

Info

Publication number: DE4130710A1
Application number: DE19914130710
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Brardt; Martin Dipl Ing Lutat; Georg Dipl Ing Sobczyk
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 1991-09-14
Filing date: 1991-09-14
Publication date: 1993-03-18

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein elektromagnetisches Ventil, insbesondere zur Kraftstoff einspritzsteuerung einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der nicht vorveröffentlichten DE-OS 40 20 836 ist eine Steuervorrichtung für ein elektromagnetisches Ventil of fenbart, bei der das elektromagnetische Ventil und ein Stellglied in einem Stromkreis liegen. Das Stellglied, das die Stellung des elektromagnetischen Ventils beeinflußt, wird von einem elektronischen Steuergerät angesteuert. Weiterhin liegt in diesem Stromkreis eine Schalteinrich tung, die jedoch nur in einem Fehlerfall aktiv wird, indem sie die Spannungsversorgung unterbricht. Auf den Normalbe trieb der offenbarten Steuervorrichtung hat diese Schalt einrichtung keinen Einfluß. Über die Verwendung von mehr als einem elektromagnetischen Ventil (beispielsweise bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine) sind keine Anga ben gemacht.

Bei der Verwendung von mehr als einem elektromagnetischem Ventil sind daher eine der Anzahl der elektromagnetischen Ventile entsprechenden Stellglieder erforderlich, so daß sich deren Fehleranfälligkeit erhöht. Darüber hinaus ver brauchen die Stellglieder und deren Endstufen auch im Ru hebetrieb Strom.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung elektromagnetischer Ventile bereitzustellen, die eine sichere und stromsparende Einstellung elektromag netischer Ventile ermöglicht und die genannten Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine Vorrichtung, insbesondere eine Endstufe einer elek tronischen Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brenn kraftmaschine, zur Steuerung von zumindest zwei elektro magnetischen Ventilen, wobei die Ventile mit einem Stell glied in einem Stromkreis liegen und die Endstufe mit einem elektronischen Steuergerät in Verbindung steht, ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis eine von dem elektronischen Steuergerät angesteuerte Schalteinrichtung angeordnet ist, wobei jedes elektromagnetische Ventil von einem Schalter der Schalteinrichtung separat schaltbar ist. Dies hat den Vorteil, daß mit der Schalteinrichtung lediglich eine Endstufe einer elektronischen Kraftstoff einspritzeinrichtung mehreren Ventilen zugeordnet wird.

Dazu ist jedes elektromagnetische Ventil von einem Schal ter der Schalteinrichtung separat schaltbar, so daß si chergestellt ist, daß ein elektromagnetisches Ventil der Endstufe, beziehungsweise dem Stellglied, zugeschaltet ist, während die übrigen elektromagnetischen Ventile abge schaltet sind. Somit ist zum einen eine sichere Ein stellung der elektromagnetischen Ventile gegeben, da nur eine einzige Endstufe vorhanden ist und durch Wegfall von weiteren Endstufen die Fehleranfälligkeit gesenkt wird.

Zum anderen ist eine stromsparende Einstellung der elek tromagnetischen Ventile ermöglicht, da nur die einzige Endstufe sowie nur ein einziges Ventil in Betrieb ist.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Schalter der Schalteinrichtung wechselweise schaltbar. Unter wechsel weise ist zu verstehen, daß von der Schalteinrichtung je weils ein einziges elektromagnetisches Ventil in den Stromkreis eingeschaltet wird, während die weiteren Ven tile abgeschaltet sind. Sind nur zwei Ventile vorhanden, ist der Schalter der Schalteinrichtung in vorteilhafter Weise als Umschalter ausgebildet, so daß wechselweise je weils nur ein Ventil in dem Stromkreis liegt. Darüber hi naus ist eine Ausbildung der Schalter denkbar, die ein gruppenweises Zu- beziehungsweise Abschalten von Ventilen ermöglichen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Schalteinrichtung mit dem elektronischen Steuergerät über eine Datenleitung verbunden. Durch die Ansteuerung der Schalteinrichtung von dem elektronischen Steuergerät wird das elektromagnetische Ventil des Zylinders angewählt, in dessen Brennraum Kraft stoff eingespritzt werden soll. Zu diesem Zweck ist die Schalteinrichtung als Leistungsmultiplexer ausgebildet, der über einen Adressdekoder angesteuert wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist zumindest einem elek tromagnetischen Ventil und der Schalteinrichtung eine Takteinrichtung zugeordnet. Nach Auswahl eines Ventiles und Zuschalten in den Stromkreis mit der Schalteinrichtung beeinflußt die Takteinrichtung, das in dem Stromkreis lie gende Stellglied dergestalt, daß der in dem Stromkreis fließende Strom, insbesondere nach Ablauf einer vorgege benen Zeitdauer, stoßweise gesteuert wird. Dadurch wird ebenfalls eine stromsparende Einstellung der elektromagne tischen Ventile ermöglicht.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Endstufe eine die Bewegung der elektromagnetischen Ventile erfassende Ein richtung auf, wobei diese Einrichtung insbesondere mit dem elektronischen Steuergerät verschaltet ist. Dies hat den Vorteil, daß die Takteinrichtung dann aktiviert wird, wenn das angesteuerte Ventil, ausgehend von einem Ruhezustand, einen Endzustand erreicht hat.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Endstufe eine Diagnoseeinrichtung auf, die die erfindungsgemäße Schalt einrichtung oder eine weitere Schalteinrichtung steuert und mit dem elektronischen Steuergerät verbunden ist. Mit der Diagnoseeinrichtung ist es in vorteilhafter Weise mög lich, Fehler oder Abweichungen in der Endstufe, die die Kraftstoffeinspritzung beeinträchtigen können, rechtzeitig zu erkennen. Durch die Ergreifung geeigneter Maßnahmen (zum Beispiel Abschalten der Stromversorgung mit der er findungsgemäßen Schalteinrichtung oder mit einer weiteren Schalteinrichtung) ist ein sicherer Betrieb der erfin dungsgemäßen Vorrichtung gegeben, so daß ein Schaden bei spielsweise an der Brennkraftmaschine vermieden wird. Zur Durchführung der Diagnose wird insbesondere eine Kenngröße des Stromkreises herangezogen, wobei es sich insbesondere um den in den Stromkreis fließenden Strom oder um die an den jeweils angesteuerten Ventil anliegende Spannung han delt.

Weitere Ausgestaltungen sowie ein erfindungsgemäßer Aufbau einer Endstufe einer elektronischen Kraftstoffeinspritz einrichtung einer Brennkraftmaschine sind in den Figuren gezeigt und näher erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Schalt einrichtung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Diagno seeinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Schalteinrichtung. Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Endstufe einer elektronischen Kraftstoffeinspritzein richtung einer Brennkraftmaschine, die zumindest zwei elektromagnetische Ventile ansteuert. Eine mit 1 bezeich nete Endstufe weist elektromagnetische Ventile 2.1 und 2.2 auf, die die Kraftstoffmenge einstellen, die dem Brennraum der Brennkraftmaschine aufgrund erfaßter Betriebsgrößen zuzuführen ist. Die Anzahl der elektromagnetischen Ventile entspricht in der Regel der Anzahl der Zylinder der Brenn kraftmaschine. Mit den elektromagnetischen Ventilen 2.1 und 2.2 liegen weiterhin ein Stellglied 3 sowie eine er findungsgemäße Schalteinrichtung 9 in einem Stromkreis so wie eine Schalteinrichtung 9 in einem Stromkreis, wobei der Stromkreis durch das Plus- sowie das Massezeichen dar gestellt ist und von einer Spannungsquelle versorgt wird. Die Polarität der Spannungsversorgung ist beliebig und den jeweiligen Gegenheiten anpaßbar. Das Stellglied 3 und die Schalteinrichtung 9 werden von einem elektronischen Steuergerät 15 angesteuert, wobei das elektronische Steuergerät 15 Sensoreingänge 16 aufweist. Über diese Sen soreingänge 16 werden in geeigneter Weise Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sowie weitere Größen (zum Beispiel Leistungsanforderung oder Batteriespannung) erfaßt. Zur sicheren und stromsparenden Einstellung der elektromagne tischen Ventile 2.1 und 2.2 wird die erfindungsgemäße Schalteinrichtung 9 von dem elektronischen Steuergerät 15 derart angesteuert, daß jedes Magnetventil 2.1 und 2.2 von einem Schalter der Schalteinrichtung 9 separat schaltbar ist. Das bedeutet, daß jeweils ein einziges elektromagne tisches Ventil, das den Kraftstoffeinspritzvorgang steuert, in den Stromkreis gelegt wird und von dem Stell glied 3 angesteuert wird, während die restlichen elektro magnetischen Ventile nicht angesteuert werden. Zu diesem Zweck ist die Schalteinrichtung 9 beispielsweise als Leistungsmultiplexer ausgebildet, der mit einem Adressde koder versehen ist. Über die Verbindung zwischen dem elektronischen Steuergerät 15 und der Schalteinrichtung 9, bei der es sich insbesondere um eine Datenleitung handelt, wird von dem elektronischen Steuergerät 15 ein elektromag netisches Ventil ausgewählt und anhand der erfaßten Größen über das Stellglied 3 der Strom für das ausgewählte elek tromagnetischen Ventil eingestellt. Die Anzahl der elek tromagnetischen Ventile richtet sich in der Regel nach der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei die An zahl mit dem Index "n" bezeichnet ist.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Diagnoseeinrichtung und weiteren Komponenten. Neben den in Fig. 1 beschriebenen und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Komponenten weist die Endstufe 1 weitere Kom ponenten auf. Das Stellglied 3 ist über eine Regeleinrich tung 4 und über eine Begrenzungseinrichtung 5 mit dem elektronischen Steuergerät 15 verbunden. Der Regeleinrich tung 4 wird eine Kenngröße des Stromkreises zugeführt, wo bei es sich in vorteilhafter Weise um den in dem Strom kreis fließenden Strom handelt, der mit einer in den Stromkreis liegenden Strommeßeinrichtung 6 erfaßt wird. Die Regeleinrichtung 4 wird von dem elektronischen Steuer gerät 15 aktiviert und regelt über das Stellglied 3 den Strom eines in den Stromkreis geschalteten elektromagneti schen Ventiles. Dies geschieht beispielsweise dergestalt, daß der Strom in dem ausgewählten elektromagnetischen Ven til kontinuierlich ansteigt, insbesondere bis zu einem Schwellwert S1, der in der Begrenzungseinrichtung 5 ab gespeichert und der Regeleinrichtung 4 vorgegeben wird. Ist der abgespeicherte Schwellwert S₁ erreicht, wird dieser für eine bestimmte Zeit konstant gehalten. Dieser Schwellwert S₁ wird so lange konstant gehalten, bis von einer die Bewegung der elektromagnetischen Ventile erfas sende Einrichtung 8 eine vollständige Änderung der Bewe gung des elektromagnetischen Ventiles erkannt wird. Ist die vollständige Änderung der Bewegung erfolgt, wird von der Einrichtung 8 ein dies repräsentierendes Signal (Auf treffsignal) erzeugt und abgegeben. Danach wird von der Regeleinrichtung 4 das Stellglied 3 derart angesteuert, daß nach Ablauf der vorgebbaren Zeitdauer der Strom unter den Schwellwert S₁ abgesenkt und daran anschließend stoßweise gesteuert wird. Die stoßweise Steuerung erfolgt über eine entsprechende Ansteuerung des Stellgliedes 3. Durch eine Nebeneinrichtung 10, die von dem Auftreffsignal aktiviert wird (Verbindung C-D) wird bei geöffnetem Stell glied 3 der Stromfluß durch das angesteuerte elektromagne tische Ventil aufrechterhalten. Bei der Nebeneinrichtung 10 handelt es sich beispielsweise um einen steuerbaren Schalter. Die Aktivierung kann beispielsweise zu einem Zeitpunkt geschehen, an dem der Strom durch ein elektro magnetisches Ventil einen weiteren vorgebbaren Schwellwert S₃ unterschreitet. Ist der Schwellwert S₃ unterschrit ten worden, wird der Strom so lange eingeschaltet, bis ein weiterer Schwellwert S₂ erreicht wird. Die Schwellwerte S₁ bis S₃ werden von der Strommeßeinrichtung 6 erkannt und sind vorzugsweise in der Regeleinrichtung 4 oder der Begrenzungseinrichtung 5 vorgegeben. Ist der über dem Schwellwert S₃ liegende Schwellwert S₂ erreicht, wird der Strom abgeschaltet (insbesondere durch das Stellglied 3). Nach Abschalten des Stellgliedes 3 wird die Stromab nahme nach der Lenzschen Regel durch die dann aktivierte Nebeneinrichtung 10 gebremst und der Stromfluß aufrechter halten, so daß während dieses Zeitraumes der Spannungs quelle keine Energie entzogen wird und somit Energie ein gespart wird. Fällt der Strom unter den Schwellwert S₃, wird das Stellglied 3 von der Regeleinrichtung 4 wieder aktiviert und die stoßweise Ansteuerung kann erneut ein setzen. Die genannten Schwellwerte S₂ und S₃ liegen über dem Haltestrom der elektromagnetischen Ventile. Da rüber hinaus kann der Schwellwert S₁ so lange konstant gehalten werden, bis die Regeleinrichtung von dem elektro nischen Steuergerät 15 deaktiviert wird oder eine maximale Aktivierungsdauer, wie beispielsweise in der Begrenzungs einrichtung 5 vorgebbar ist, überschritten wird.

Um eine Beeinträchtigung des Betriebes oder eine Beschädi gung der Brennkraftmaschine oder der Endstufe 2 zu vermei den, ist in der Endstufe 1 eine Diagnoseeinrichtung 11 in vorteilhafter Weise angeordnet. In einer ersten Ausführung wird der Diagnoseeinrichtung 11 der von der Strommeßein richtung 6 gemessene Strom zugeführt. Dieser gemessene Strom kann von der Diagnoseeinrichtung 11 direkt ausgewer tet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, zeit liche Änderungen des Stromes, insbesondere das Strominte gral oder die Stromanstiegsgeschwindigkeit, zur Diagnose heranzuziehen. Treten abnormale Werte für die genannten Größe auf, steuert die Diagnoseeinrichtung 11 über die Verbindung A-B eine weitere Schalteinrichtung 12 an, die beispielsweise die gesamte Spannungsversorgung unterbricht und somit eine Beschädigung vermeidet. Im Störungsfall kann aber auch das elektromagnetische Ventil, das abnormal Erscheinungen zeigt, abgeschaltet werden, indem geeignete Software-Maßnahmen im elektronischen Steuergerät 15 er griffen werden, wodurch der diesem Ventil zugeordnete Schalter der Schalteinrichtung 9 dauerhaft geöffnet wird (Zylinder-Abschaltung). Somit ist noch ein ausreichender Betrieb der Brennkraftmaschine möglich. Darüber hinaus ist eine Rückmeldung der Diagnoseeinrichtung 11 an das elek tronische Steuergerät 15 denkbar, das die Regeleinrichtung 4 derart beeinflußt, daß wieder normale Werte für die ge nannten Größen erreicht werden. Darüber hinaus ist es denkbar, daß das von der Einrichtung 8 erfaßte Auftreff signal zu Diagnosezwecken herangezogen und der Diagnose einrichtung 11 beziehungsweise dem elektronischen Steuer gerät 15 rückgemeldet wird. Weiterhin ist die sich durch die stoßweise Steuerung des elektromagnetischen Ventiles ergebende Taktfrequenz oder der Stromfluß beziehungsweise die an der Nebeneinrichtung 10 anliegende Spannung aus wertbar und kann ebenfalls zu Diagnosezwecken herangezogen werden.

So weist beispielsweise eine erhöhte Stromanstiegsge schwindigkeit kurz nach der Aktivierung der Regeleinrich tung 4 darauf hin, daß beispielsweise durch einen Kurz schluß die Spule eines angesteuerten elektromagnetischen Ventiles überbrückt wurde. Der gleiche Fehler führt bei spielsweise während der stoßweisen Steuerung des ange steuerten elektromagnetischen Ventiles zu einer erhöhten Taktfrequenz und somit zum Ausfall der an der Nebenein richtung 10 anliegenden Spannung. Darüber hinaus kann durch Integration des Stromes festgestellt werden, daß sich der Spulenstrom nicht ordnungsgemäß abschalten läßt, wenn der Integrationswert einen vorgegebenen Wert über schreitet und die Regeleinrichtung 4 schon wieder deakti viert ist. In diesem Fall würde das elektromagnetische Ventil mit einem Dauerstrom angesteuert, der von der Diag noseeinrichtung 11 erkannt wird und zu einer Abschaltung der Spannungsversorgung des betroffenen Ventiles mittels der Schalteinrichtung 9 beziehungsweise der weiteren Schalteinrichtung 12 führen kann. Weitere Größen, die zur Durchführung einer Diagnose herangezogen werden können, sind die Drehzahl, Drehzahlschwankungen (insbesondere zy linderspezifische Drehzahlschwankungen) oder auch die Batteriespannung.

Claims

1. Vorrichtung, insbesondere Endstufe einer elektroni schen Kraftstoffeinspritz-Einrichtung einer Brennkraftma schine, zur Steuerung von zumindest zwei elektromagneti schen Ventilen, wobei die Ventile mit einem Stellglied in einem Stromkreis liegen und die Endstufe mit einem elek tronischen Steuergerät in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stromkreis eine von dem elektronischen Steuergerät (15) angesteuerte Schaltein richtung (9) angeordnet ist, wobei jedes Magnetventil (2.1 bis 2.n) von einem Schalter der Schalteinrichtung (9) se parat schaltbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter wechselweise schaltbar sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9) mit dem elektronischen Steuergerät (15) über eine Datenleitung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem elektromagne tischen Ventil und der Schalteinrichtung (9) eine Neben einrichtung (10) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe (1) eine die Be wegung der elektromagnetischen Ventile erfassende Einrich tung (8) aufweist, die insbesondere mit dem elektronischen Steuergerät (15) verschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe (1) eine Diagno seeinrichtung (11) aufweist, die die Schalteinrichtung (9) oder eine weitere Schalteinrichtung (12) steuert und mit dem elektronischen Steuergerät (15) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (4) das Stellglied (3) ansteuert, wobei die Regeleinrichtung (4) eine Kenngröße des Stromkreises zugeführt wird.