DE4222650A1 - Method and device for controlling an electromagnetic consumer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steue rung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhangigen Anspruchs.The invention relates to a method and a device for control tion of an electromagnetic consumer, especially one Solenoid valve of an injection system of an internal combustion engine the generic term of independent claim.
Eine solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steuerung ei nes elektromagnetischen Verbrauchers ist aus dem SAE-Paper 85 05 42 bekannt. Dort wird eine Steuereinrichtung für eine Kraftstoffpumpe beschrieben, bei der eine elektronische Steuereinheit über eine Lei stungsendstufe ein der Kraftstoffpumpe zugeordnetes elektromagne tisch betätigtes Ventil steuert. Diese Steuereinheit bestimmt abhän gig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die gewünschten Zeit punkte für den Förderbeginn und das Förderende der Kraftstoffpumpe. Aus diesen gewünschten Zeitpunkten berechnet die Steuereinheit die Ansteuerzeitpunkte für die Leistungsendstufe so, daß das elektro magnetische Ventil eine solche Stellung einnimmt, daß die Kraft stoffpumpe Kraftstoff fordert bzw. die Forderung beendet. Dabei er folgt der Ansteuerimpuls eine gewisse Zeit vor dem gewünschten Zeit punkt, bei dem das elektromagnetische Ventil so betätigt werden soll, daß der Kraftstoff gefordert bzw. die Forderung beendet wird. Such a method and such a device for controlling egg nes electromagnetic consumer is from SAE paper 85 05 42 known. There is a control device for a fuel pump described in which an electronic control unit via a Lei power stage an electromagnetic assigned to the fuel pump table operated valve controls. This control unit determines depend gig the desired time depending on the operating state of the internal combustion engine points for the start and end of delivery of the fuel pump. The control unit calculates the from these desired times Control times for the power output stage so that the electro magnetic valve occupies such a position that the force fuel pump requests or ends the request. Doing it the control pulse follows a certain time before the desired time point at which the electromagnetic valve is operated in this way the fuel should be demanded or the demand should be ended.
Diese Verzögerung beruht auf den Schaltzeiten der Magnetventile. Die Einschaltzeit gibt die Verzögerung zwischen Ansteuerimpuls und dem Schließen des Magnetventils an. Die Ausschaltzeit gibt die Verzöge rung zwischen Ansteuerimpuls und dem Öffnen des Magnetventils an.This delay is due to the switching times of the solenoid valves. The Switch-on time indicates the delay between the control pulse and the Connect the solenoid valve. The switch-off time gives the delays between the control pulse and the opening of the solenoid valve.
Aus der DE-OS 40 18 320 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt, insbesondere für ein Magnetventil einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine. Bei dieser Einrichtung wird zur Einspritzverlaufsformung das Magnetven til kurzzeitig so angesteuert, daß die Einspritzung unterbrochen bzw. der Druckaufbau verzögert wird. Bei dieser Ansteuerung zur Ein spritzverlaufsformung werden die ansonsten kleinen Schaltzeiten des Magnetventils verlängert. Eine Variation der Schaltzeiten zur Fest legung des Einspritzbeginns und des Einspritzendes wird bei dieser Einrichtung ausgeschlossen.From DE-OS 40 18 320 is a device for controlling a known electromagnetic consumer, especially for a Solenoid valve of an injection system for an internal combustion engine. At this device is used to shape the course of the injection til briefly controlled so that the injection is interrupted or the pressure build-up is delayed. With this control to On injection molding are the otherwise short switching times of the Solenoid valve extended. A variation of the switching times for the festival The start and end of injection are determined at this Setup excluded.
Bei den Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik treten insbesonde re bei niederen Drehzahlen störende Geräuschemissionen auf.In particular, the devices according to the prior art re disturbing noise emissions at low speeds.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzanlage auf tretende Geräuschemissionen weitestgehend zu vermeiden.The invention has for its object in a method and a device for controlling an electromagnetic consumption chers, in particular a solenoid valve of an injection system To avoid occurring noise emissions as far as possible.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich die auftretenden Geräuschemissionen weitestgehend vermeiden. With the device according to the invention, the occurring Avoid noise emissions as far as possible.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsform erläutert. Es zeigenThe invention is based on the Darge in the drawing presented embodiment explained. Show it
Fig. 1 ein Blockdia gramm des erfindungsgemäßen Systems, Fig. 1 is a Blockdia program of the system according to the invention,
Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf des Stromes durch das Magnetventil sowie den Hub der Magnetventilna del sowie Fig. 2 shows a time course of the current through the solenoid valve and the stroke of the Magnetventilna del as well
Fig. 3 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. Fig. 3 is a flowchart of the procedure of the invention.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgema ßen Einrichtung aufgezeigt. Eine elektronische Steuereinheit 100 steht mit einem ersten Schaltmittel 110 in Verbindung. Dieses Schaltmittel steht mit seinem einen Anschluß mit Masse in Verbin dung. Der andere Anschluß ist über einen elektromagnetischen Ver braucher 120, der im folgenden auch als elektromagnetisches Ventil oder als Magnetventil bezeichnet wird, und einen Widerstand 130 mit der Batteriespannung UBat verbunden. Die elektronische Steuereinheit 100 steht ferner mit verschiedenen Sensoren 105, die zumindestens einen Drehzahlsensor umfassen, in Verbindung.In Fig. 1 an embodiment of the device according to the invention is shown schematically. An electronic control unit 100 is connected to a first switching means 110 . This switching means is in connection with its one connection to ground. The other connection is connected via an electromagnetic consumer 120 , which is also referred to below as an electromagnetic valve or as a solenoid valve, and a resistor 130 to the battery voltage UBat. The electronic control unit 100 is also connected to various sensors 105 , which include at least one speed sensor.
Eine Schnellöschdiode 150 verbindet die Ausgangsleitung der elektro nischen Steuereinheit, die das erste Schaltmittel 110 ansteuert, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel 110 und dem elektromagnetischen Ventil 120. Dieser Verbindungspunkt steht wei terhin über eine Freilaufdiode 160 und über ein zweites Schaltmittel 165 mit der Batteriespannung UBat in Kontakt. Das zweite Schaltmit tel wird im folgenden auch als Freilaufschalter bezeichnet. Der Freilaufschalter 165 wird ebenfalls von der elektronischen Steuerein heit 100 mit Signalen beaufschlagt. A fast quenching diode 150 connects the output line of the electronic control unit, which drives the first switching means 110 , to the connection point between the first switching means 110 and the electromagnetic valve 120 . This connection point is still in contact with the battery voltage UBat via a free-wheeling diode 160 and a second switching means 165 . The second Schaltmit tel is also referred to below as a freewheeling switch. The freewheel switch 165 is also acted upon by the electronic control unit 100 with signals.
Der Freilaufschalter 165 sowie das erste Schaltmittel 110 sind vor zugsweise als Feldeffekttransistoren realisiert. Es sind aber auch andere Realisierungen möglich. Der Widerstand 130 dient als Meßein richtung zur Erfassung des Stromes, der durch das elektromagnetische Ventil 120 fließt.The freewheeling switch 165 and the first switching means 110 are preferably implemented as field effect transistors. However, other implementations are also possible. The resistor 130 serves as a measuring device for detecting the current flowing through the electromagnetic valve 120 .
Üblicherweise sind bei induktiven Lasten, um eine solche handelt es sich bei einem Magnetventil, Freilaufdioden 160 vorgesehen, die parallel zu der induktiven Last geschaltet sind. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß eine sogenannte Schnellöschdiode 150 zwischen Schalteingang des Schaltmittels 110 und der induktiven Last geschal tet ist. Diese bewirkt, daß der Strom beim Ausschalten sehr schnell abfällt. Dies hat zur Folge, daß die Schaltzeit des Magnetventils sehr klein wird. Dies ist insbesondere bei hohen Drehzahlen unver zichtbar, da es anderenfalls zu Ungenauigkeiten bei der Kraftstoff zumessung kommt. Diese kurzen Ausschaltzeiten werden unter anderem durch die Schnellöschung des Magnetventilstroms erzielt, bei der durch die Induktivität der Magnetspule eine definierte Gegenspannung induziert wird.With inductive loads, such as a solenoid valve, freewheeling diodes 160 are usually provided, which are connected in parallel with the inductive load. Furthermore, it can be provided that a so-called quick-extinguishing diode 150 is switched between the switching input of the switching means 110 and the inductive load. This causes the current to drop very quickly when switched off. As a result, the switching time of the solenoid valve becomes very short. This is indispensable, especially at high engine speeds, as otherwise inaccuracies in fuel metering will occur. These short switch-off times are achieved, among other things, by the rapid extinction of the solenoid valve current, in which a defined counter voltage is induced by the inductance of the solenoid coil.
Bei kurzen Schaltzeiten treten bei niederen Drehzahlen erhöhte Ge räuschemissionen auf. Diese werden erfindungsgemäß dadurch besei tigt, daß bei kleinen Drehzahlen die Schaltzeiten des Magnetven tils länger gewählt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß bei kleinen Drehzahlen der Freilaufschalter 165 von der elektronischen Steuereinheit 100 durchgesteuert wird. In diesem Fall kann sich kei ne Gegenspannung aufbauen. Der Strom wird hier durch die ohmschen Verluste im Löschkreis abgebaut, wodurch sich die Stromabfallzeit um ein Vielfaches gegenüber der Schnellöschung erhöht. With short switching times, increased noise emissions occur at low engine speeds. These are claimed according to the invention in that the switching times of the Magnetven valve are selected longer at low speeds. This is achieved in that the freewheel switch 165 is controlled by the electronic control unit 100 at low speeds. In this case, no counter voltage can build up. The current is reduced here by the ohmic losses in the quenching circuit, which increases the current drop time by a multiple compared to the quick extinction.
Da die erfindungsgemäße Einrichtung sowohl eine Schnellöschung, be stehend aus der Schnellöschdiode 150, als auch ein Freilaufkreis, be stehend aus dem Freilaufschalter 165 und der Freilaufdiode 160 um faßt, kann durch Aktivierung des Freilaufkreises bei niederen Dreh zahlen und durch Aktivierung der Schnellöschung bei hohen Drehzahlen ein verbessertes Geräuschverhalten bei gleichzeitiger hoher Genauig keit der Kraftstoffzumessung erreicht werden. Bei mittleren Dreh zahlen wird vorzugsweise zunächst die Freilauflöschung aktiviert, die dann nach einer definierten Zeit durch Öffnen des Freilaufschal ters 165 beendet wird, wobei dann der Einfluß der Schnellöschung überwiegt. Die Zeit in der die Freilauflöschung aktiviert ist, wird bei höheren Drehzahlen zunehmend kleiner gewählt. Ab einer vorgege benen Drehzahl wird der Freilaufkreis nicht mehr aktiviert und es erfolgt lediglich die Schnellöschung.Since the device according to the invention includes both a quick extinction, be standing from the quick extinguishing diode 150 , and a freewheeling circuit, be standing from the freewheeling switch 165 and the freewheeling diode 160 around, can pay by activating the freewheeling circuit at low speed and by activating the quick extinction at high speeds an improved noise behavior with simultaneous high accuracy of the fuel metering can be achieved. At medium speeds, the freewheeling extinction is preferably first activated, which is then ended after a defined time by opening the freewheeling switch 165 , in which case the influence of the quick extinguishing predominates. The time in which the freewheeling extinction is activated is selected to be increasingly smaller at higher speeds. From a predetermined speed, the freewheeling circuit is no longer activated and only quick extinguishing takes place.
Diese verschiedenen Möglichkeiten sind nun in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2a ist der Strom und der Hub der Magnetventilnadel für kleine Drehzahlen aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 wird das Schaltmit tel 110 so angesteuert, daß es das Magnetventil von der Versorgungs spannung trennt. Der Freilaufschalter ist geschlossen. Der durch das Magnetventil 120 fließende Strom fällt gemäß einer Exponentialfunk tion auf Null ab. Zum Zeitpunkt T2 ist der Strom auf den Wert Null abgefallen und das Magnetventil ist in seinen zweiten Zustand über gegangen. Der Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 ist re lativ lang.These different possibilities are now shown in FIG. 2. In Fig. 2a, the current and the stroke of the solenoid valve needle is plotted for low speeds. At time T1, the Schaltmit tel 110 is controlled so that it separates the solenoid valve from the supply voltage. The freewheel switch is closed. The current flowing through the solenoid valve 120 drops to zero according to an exponential function. At time T2, the current has dropped to zero and the solenoid valve has changed to its second state. The time interval between the times T1 and T2 is relatively long.
In Fig. 2b ist der Strom und der Hub der Magnetventilnadel für mittlere Drehzahlen aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 wird das Schalt mittel 110 so angesteuert, daß es das Magnetventil von der Versor gungsspannung trennt. Der Freilaufschalter ist geschlossen. Der durch das Magnetventil 120 fließende Strom fällt gemäß einer Exponentialfunktion auf Null ab. In Fig. 2b, the current and the stroke of the solenoid valve needle for medium speeds is plotted. At time T1, the switching means 110 is controlled so that it separates the solenoid valve from the supply voltage. The freewheel switch is closed. The current flowing through the solenoid valve 120 drops to zero according to an exponential function.
Zum Zeitpunkt T2 wird der Freilaufschalter 165 geöffnet. Ab diesem Zeitpunkt überwiegt der Einfluß der Schnellöschdiode 150. Dies be deutet der Strom I fällt sehr schnell auf Null ab. Nach einiger Zeit zum Zeitpunkt T3 erreicht die Ventilnadel ihre neue Stellung. Der Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten T1 und T3 ist kürzer als bei Fig. 2a.The freewheel switch 165 is opened at the time T2. From this point in time, the influence of the fast extinguishing diode 150 predominates. This means the current I drops very quickly to zero. After some time at time T3, the valve needle reaches its new position. The time interval between the times T1 and T3 is shorter than in FIG. 2a.
In Fig. 2c ist der Strom und der Hub des Magnetventils für hohe Drehzahlen aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 wird das Schaltmittel 110 so angesteuert, daß es das Magnetventil von der Versorgungsspannung trennt. Der Freilaufschalter ist geöffnet. In diesem Fall überwiegt der Einfluß der Schnellöschdiode 150. Dies bedeutet der Strom I fällt sehr schnell auf Null ab. Nach einiger Zeit zum Zeitpunkt T4 erreicht die Ventilnadel ihre neue Stellung. Der Zeitabstand zwi schen den Zeitpunkten T1 und T4 ist noch kürzer als bei Fig. 2b.The current and the stroke of the solenoid valve for high speeds are plotted in FIG. 2c. At time T1, switching means 110 is activated in such a way that it disconnects the solenoid valve from the supply voltage. The freewheel switch is open. In this case, the influence of the fast extinguishing diode 150 predominates. This means that the current I drops very quickly to zero. After some time at time T4, the valve needle reaches its new position. The time interval between the times T1 and T4 is even shorter than in Fig. 2b.
Fig. 3 zeigt jeweils ein Flußdiagramm verschiedener Ausführungsfor men der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. In Fig. 3b ist eine ein fache Realisierung dargestellt. Im Schritt 300 wird das Schaltmittel 110 derart angesteuert, daß es öffnet. Damit wird die Ansteuerung des Magnetventils beendet. Im Schritt 305 wird die Drehzahl erfaßt. In der Abfrage 310 erfolgt eine Überprüfung dahingehend, ob die Drehzahl großer als eine Schwelle NS ist. Ist dies der Fall, so wird der Freilaufschalter 165 so angesteuert, daß er öffnet. Dies hat zur Folge, daß der Freilaufkreis nicht aktiv ist. In diesem Fall, bei hohen Drehzahlen findet lediglich eine Schnellöschung statt. Dies hat eine sehr kleine Schaltzeit des Magnetventils zur Folge. Fig. 3 shows a flowchart of various embodiments of the procedure according to the invention. In Fig. 3b a simple implementation is shown. In step 300 , the switching means 110 is activated such that it opens. This ends the actuation of the solenoid valve. The speed is detected in step 305 . In query 310 , a check is made to determine whether the speed is greater than a threshold NS. If this is the case, the freewheel switch 165 is activated so that it opens. As a result, the freewheeling circuit is not active. In this case, at high speeds there is only a quick extinction. This results in a very short switching time for the solenoid valve.
Erkennt die Abfrage 310, daß die Drehzahl kleiner als die Schwelle NS ist, so wird im Schritt 320 der Freilaufschalter 165 so ange steuert, daß es schließt. In diesem Fall kommt der Freilaufkreis zur Wirkung und die Schaltzeit des Magnetventils wird entsprechend ver längert. Mittels dieser Vorgehensweise lassen sich die Geräusch emissionen, die durch die kurzen Schaltzeiten des Magnetventils bei kleinen Drehzahlen verursacht werden, erheblich reduzieren. If query 310 recognizes that the speed is less than the threshold NS, then in step 320 the freewheel switch 165 is activated so that it closes. In this case, the freewheeling circuit comes into effect and the switching time of the solenoid valve is extended accordingly. Using this procedure, the noise emissions caused by the short switching times of the solenoid valve at low speeds can be significantly reduced.
Da mittels dieser Vorgehensweise lediglich zwei unterschiedliche Schaltzeiten wählbar sind ergibt sich insbesondere im Bereich der Drehzahlschwelle NS kein optimales Betriebsverhalten. Diese Nachtei le lassen sich mittels der Vorgehensweise gemäß Fig. 3b beseitigen.Since only two different switching times can be selected by means of this procedure, there is no optimal operating behavior, particularly in the area of the speed threshold NS. These Nachtei le can be eliminated by the procedure shown in FIG. 3b.
Im Schritt 300 wird das Schaltmittel 110 derart angesteuert, daß es öffnet. Damit wird die Ansteuerung des Magnetventils beendet. Im Schritt 305 wird die Drehzahl erfaßt. Anschließend wird in Schritt 330 die optimale Schaltzeit TF abhängig von wenigstens der Drehzahl aus einem Kennfeld ausgelesen bzw. mittels einer Funktion F ausgehend von wenigstens der Drehzahl berechnet. Zur Bestimmung der optimalen Schaltzeit TF können noch weitere Betriebskenngrößen wie zum Beispiel die Last oder Temperaturwerte berücksichtigt werden.In step 300 , the switching means 110 is activated such that it opens. This ends the actuation of the solenoid valve. The speed is detected in step 305 . Then, in step 330, the optimum switching time TF is read out from a characteristic map as a function of at least the speed or is calculated on the basis of at least the speed using a function F. To determine the optimal switching time TF, further operating parameters such as the load or temperature values can be taken into account.
Im Schritt 335 wird der Freilaufschalter 165 so angesteuert, daß er schließt. Die Abfrage 340 überprüft ob die optimale Schaltzeit TF schon abgelaufen ist. Ist dies noch nicht der Fall, so bleibt der Freilaufschalter 165 weiterhin geöffnet. Ist die Zeit abgelaufen so wird im Schritt 345 der Freilaufschalter 165 so angesteuert das es schließt. Dies bedeutet, daß ab diesem Zeitpunkt die Schnellöschung aktiv wird und der Strom sofort auf Null zurückgeht.In step 335 , the freewheel switch 165 is activated so that it closes. The query 340 checks whether the optimal switching time TF has already expired. If this is not yet the case, the freewheel switch 165 remains open. If the time has expired, the freewheel switch 165 is activated in step 345 so that it closes. This means that from this point in time the quick extinguishing becomes active and the current immediately drops to zero.
Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3c dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Mischung aus den Ausführungsformen gemäß Fig. 3a und Fig. 3b. Nachdem in Schritt 300 das erste Schaltmittel 110 zur Öffnung angesteuert wurde, erfolgt im Schritt 305 die Erfas sung der Drehzahl N. Die Abfrage 350 überprüft, ob die Drehzahl kleiner als eine erste Drehzahlschwelle NS1 ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 352 der Freilaufschalter 165 geschlossen. Another embodiment is shown in Fig. 3c. This is a mixture of the embodiments of Fig. 3a and Fig. 3b. After the first switching means 110 has been activated for opening in step 300 , the speed N is recorded in step 305. The query 350 checks whether the speed is less than a first speed threshold NS1. If this is the case, the freewheel switch 165 is closed in step 352 .
Ist die Drehzahl großer als die erste Schwelle NS1, so überprüft die zweite Abfrage 355, ob die Drehzahl größer als eine zweite Drehzahl schwelle NS2 ist. In diesem Fall wird im Schritt 363 der Freilauf schalter 165 geöffnet. Liegt die Drehzahl zwischen den beiden Dreh zahlschwellen, so wird entsprechend wie in Fig. 3b im Schritt 365 die optimale Schaltzeit TF ausgehend von wenigstens der Drehzahl be stimmt und im Schritt 370 der Freilaufschalter 165 geschlossen. Die Abfrage 375 überprüft, ob die Schaltzeit TF bereits abgelaufen ist. Nach Ablauf der Schaltzeit TF wird dann im Schritt 363 der Freilauf schalter 165 wieder geöffnet.If the speed is greater than the first threshold NS1, the second query 355 checks whether the speed is greater than a second speed threshold NS2. In this case, the freewheel switch 165 is opened in step 363 . If the speed lies between the two speed thresholds, the optimum switching time TF based on at least the speed is determined as in FIG. 3b in step 365 and the freewheel switch 165 is closed in step 370 . The query 375 checks whether the switching time TF has already expired. After the switching time TF, the freewheel switch 165 is then opened again in step 363 .
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Absteuergeschwindig keit bei magnetventilgesteuerten Dieseleinspritzpumpen drehzahlab hängig gewählt werden. Insbesondere bei niederen Drehzahlen wird ei ne lange und bei hohen Drehzahlen eine kurze Schaltzeit für das Magnetventil eingestellt, um eine niedrigere Geräuschemissionen zu erzielen.With the device according to the invention, the control can be carried out quickly speed with solenoid valve-controlled diesel injection pumps pending. Especially at low speeds, ei ne long and at high speeds a short switching time for the Solenoid valve set to lower noise emissions achieve.
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