EP0854281B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers - Google Patents

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EP0854281B1 EP97117597A EP97117597A EP0854281B1 EP 0854281 B1 EP0854281 B1 EP 0854281B1 EP 97117597 A EP97117597 A EP 97117597A EP 97117597 A EP97117597 A EP 97117597A EP 0854281 B1 EP0854281 B1 EP 0854281B1
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EP
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injection
partial
current
consumer
capacitor
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EP97117597A
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EP0854281A2 (de
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Rainer Burkel
Holger Rapp
Andreas Werner
Bernhard Valouch
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D2041/2075—Type of transistors or particular use thereof

Definitions

  • the invention relates to a method and a device to control at least one electromagnetic consumer.
  • a device for controlling at least one electromagnetic consumer is known from EP-A-0548915.
  • the injection is at least a first and a second Split injection.
  • the one in a storage medium stored charge is at the beginning of the control in the Reloaded consumers, being in the storage means at the first Partial injection remains a partial charge.
  • the storage medium will discharge until the voltage of the supply voltage has reached.
  • the charge remaining in the storage medium cannot can be used for quick charging of the consumer because the Voltage of the capacitor has the same value as that Voltage of the supply voltage.
  • This facility is therefore in the second partial injection, an accelerated switch-on like not possible for the first partial injection.
  • With several Partial injections is only a partial injection accelerated switching of the consumer achievable.
  • a device for controlling at least one electromagnetic Consumer is known from DE-OS 44 13 240.
  • the next activation is the stored energy reloaded into the consumer.
  • the distance between the two partial injections are not chosen to be smaller, than the time it takes to turn the capacitor on charge sufficiently high voltage at which the subsequent Switching on takes place sufficiently quickly.
  • the object of the invention is based on a device to control an electromagnetic consumer shorten the distance between two partial injections, with the second partial injection the switch-on process should be accelerated.
  • the device according to the invention with the features of the independent Claims has the advantage that the distance chosen between the two partial injections very short can be, at the same time a very fast switching process is possible with all partial injections.
  • the device according to the invention is based on the Embodiments illustrated in the drawing. 1 shows a circuit arrangement of the invention Device, Figure 2 and 3 different over time applied signals.
  • the device according to the invention is preferred for internal combustion engines, especially with self-igniting internal combustion engines, used.
  • This electromagnetic Valves are referred to below as consumers designated.
  • the invention is not limited to this application, it can be used wherever Fast switching electromagnetic consumers are required become.
  • the opening and Closing time of the solenoid valve When used in internal combustion engines, in particular self-igniting internal combustion engines, the opening and Closing time of the solenoid valve the start of injection or the end of injection of fuel in the cylinder.
  • Figure 1 are the most important elements of the invention Facility shown.
  • it is a four-cylinder internal combustion engine. Every consumer has an injection valve and a cylinder of the internal combustion engine for each injection valve assigned. If the number of cylinders of the internal combustion engine deviates valves, switching devices and diodes are in a corresponding Number to be provided.
  • connection of the consumers 100 to 103 are over a switching means 115 and a diode 110 with a voltage supply 105 in connection.
  • the diode 110 is arranged so that it with its anode the positive pole and with its cathode with the switching means 115 communicates.
  • the switching means 115 is concerned is preferably a field effect transistor.
  • the second connection for consumers 100 to 103 stands over a second switching means 120, 121, 122 and 123 in connection with a resistance means 125.
  • the switching means 120 to 123 are also preferably around field effect transistors.
  • the switching means 120 to 123 are used as low-side switches and the switching means 115 referred to as a high-side switch.
  • the second connection of the resistance means 125 is connected to the second connection the power supply in connection.
  • Each consumer 100 to 103 has a diode 130, 131, 132 and 133 assigned. Those of the diodes are with the Connection point between consumer and low-side switch in contact.
  • the cathode connection is with a capacitor 145 and a further switching means 140 in connection.
  • the second connection of the switching means 140 is with the first Connections of consumers 100 to 103 in contact.
  • Switching means 140 are also preferably a field effect transistor. This switching means 140 will also known as a booster switch.
  • the second connection capacitor 145 is also connected to the second terminal the supply voltage 105 in connection.
  • the high-side switch 115 is operated by a control unit 160 with a control signal AH.
  • the switching device 120 is sent by the control unit 160 with a control signal AL1, the switching means 121 with a drive signal AL2, the Switching means 122 with a control signal AL3, the switching means 123 with a control signal AL4 and the switching means 140 applied with a control signal AC.
  • Diode 150 switched between the second connection of the voltage supply 105 and the connection point between the switching means 115 and the first connections of consumers 100 to 103 is one Diode 150 switched.
  • the anode of the diode is included connected to the second connection of the voltage supply 105.
  • Resistor 125 can be used by the consumer flowing current can be determined.
  • a current measurement is over the current measuring resistor 125 only possible if one of the Switching means 120 to 123 is closed.
  • the current measuring resistor is also arranged elsewhere become.
  • the second connection of the capacitor 145 with the connection point between the current measuring means 125 and the switching means 120 to 123 are connected.
  • a current measurement is also in the blocked state Low-side switch possible.
  • the current measuring means between the power supply and the high-side switch or between the high-side switch and the Be arranged consumers.
  • FIG. 2a the drive signal AC for the booster transistor 140 applied.
  • the control signal is shown in FIG. 2b AH applied for the high-side switch 115.
  • figure 2c shows the control signal AL of one of the low-side switches.
  • Figure 2d is that of the consumer flowing current I and in Figure 2e that applied to capacitor 145 Voltage UC plotted against time.
  • a control that corresponds to a metering cycle without Pre-injection shown for a solenoid valve.
  • phase 0 before triggering the consumer the output stage is switched off.
  • the control signals AC, AH and AL are at low potential. This means, that the high-side switch 115, the low-side switch 120 to 123 and the booster switch 140 block the current flow. No electricity flows through the consumers.
  • the capacitor 145 is charged to its maximum voltage UC. This takes For example, a value of approximately 80 volts, whereas the Voltage of the power supply assumes a value of approx. 12 V.
  • the low-side switch In the first phase at the beginning of the control, which operates as a booster the low-side switch is activated, which is associated with the consumer, the fuel should measure. This means that from phase 1 the Signal AL assumes a high level. At the same time the line AC issued a high signal, the switch 140 controlled. The high-side switch 115 is not activated, this continues to block. This control of Switching means causes the capacitor 145 through the booster switch 140, the corresponding consumer, the Consumer assigned low-side switch and the current measuring means 125 a current flows. In this phase the Current I very much due to the high voltage at the consumer quickly. Phase 1 ends when the capacitor 145 applied voltage falls below a certain value U2.
  • the inrush current from the high-side switch 115 taken over and the booster deactivated.
  • the control signal for the booster switch 140 is withdrawn, so that switch 140 locks.
  • the control signals AH and AL for the high-side switch 115 and the consumer associated low-side switches are set to high levels set so that these switches release the current flow. Consequently a current flows from the voltage supply 105 via the Diode 110, the high-side switch 115, the consumer, the corresponding low-side switch, the current measuring resistor 125 back to voltage source 105.
  • the current measuring resistor 125 By touching the high-side switch can the current by means of the current measuring resistor 125 is recorded to a predeterminable value for the starting current IA can be regulated. That is, when reached of the target current IA for the starting current becomes the high-side switch 115 controlled so that it locks. When falling short another threshold is released again.
  • the second phase ends when the control unit 160 does so End of the tightening phase.
  • This can e.g. the Be the case when a switching point detection recognizes that the solenoid valve armature has reached its new end position. Recognizes the switching point detection is not within a given time that the solenoid valve armature reaches its new end position has reached, then an error is recognized.
  • the third phase also known as the first quick erase the control signal for the corresponding Low side switch withdrawn.
  • This causes a Electricity from the respective consumer through the consumer associated diode 130 to 133 in capacitor 145 flows and the energy stored in the consumer in the Capacitor 145 is charged.
  • the high-side switch 115 is controlled in the illustrated embodiment so that it stays closed.
  • the sink In this phase the sinks Current from the starting current IA to the holding current IH. simultaneously the voltage across capacitor 145 rises to a value U3, but which is significantly below the value U1 lies.
  • the third phase ends when the setpoint IH for the holding current is reached.
  • the transition from the starting current IA on the holding current IH is released energy stored in the capacitor. It is particularly advantageous here that the transition from the pull-in current to the holding current done quickly due to the quick deletion.
  • the third phase is followed by the fourth phase, the is also referred to as holding current control.
  • the control signal remains for the Low-side switch at its high level, that is Low-side switches assigned to consumers remain closed.
  • the high-side switch 115 By opening and closing the high-side switch 115 the current that flows through the consumer is transferred to the Setpoint for the holding current adjusted.
  • locked High-side switch 115 acts as a freewheeling circuit. The current flows from the consumer through the low-side switch, the resistor 125 and the free-wheeling diode 150.
  • Phase 4 has ended, when the injection process is completed.
  • the corresponding low-side switch turned off and the high-side switch 115 turned on.
  • the current falls through the consumer flows, also quickly to zero from.
  • the voltage U increases across the capacitor 145 is applied to a smaller value than in the third Phase.
  • the setpoint for the current I goes from a high to a low value.
  • the energy released is transferred to the capacitor 145 transhipped. Quick erasure occurs during these phases. This causes the current to quickly reach its new set point.
  • the power amplifier is inactive, that is, there is no fuel metering.
  • the high-side switch 115 by the control signal AH back to its conductive state brought.
  • a current flow is initialised in one of the consumers.
  • the current flows via the diode 110, for example Switch 115, the consumer 100, the switching means 120 and the current measuring means 125 back into the voltage source.
  • the low side switch controlled at Reaching a setpoint for the current that is chosen is that the solenoid valve is not yet responding, the low side switch controlled so that it opens. This causes again a quick erase for the current path consisting of the consumer, one of the diodes 130 to 133 and the capacitor 145. As a result, the one present at capacitor 145 increases Tension.
  • the low-side switch 120 is reactivated. This process is repeated until the voltage across capacitor 145 gradually reached the value U1 again. This process is called rechargen.
  • phase 8 in which all control signals withdrawn and all switches in their locked state to be brought. This phase corresponds to phase 0.
  • An injection is preferably made into a pre-injection, which is before the main injection, and the Main injection split.
  • Post-injection may also be used after the main injection. Also it is possible to use the pre-injection, the main injection and / or the post-injection into further partial injections to divide.
  • Figure 3 shows a metering cycle with two partial injection is.
  • the pre-injection takes place and between the times t3 and t5 is the main injection.
  • the pre-injection is usually shorter than the main injection.
  • the distance between pre-injection and main injection the is called the distance between t2 and t3, should be as short as possible his. As a rule, this distance is shorter than the time period between t5 and t6 used to recharge the capacitor 145 is required.
  • the triggering for the pilot injection begins at time t1.
  • the Switch as controlled in phase 1.
  • the voltage U across the capacitor falls to the value U4, which is clearly above zero.
  • This means the storage medium is pre-injected only a partial load removed. Part of the cargo remains in the storage medium.
  • a current flows with it the value I1.
  • the switching means controlled as in phase 2.
  • the tension remains at value U4 and current I1 flows through the Consumer.
  • the pilot injection ends at time t2.
  • This has to Consequence that the current I drops to zero.
  • the voltage U increases the voltage U to the value U1. This is because the energy stored in the consumer in the capacitor is reloaded.
  • the partial charge remaining in capacitor 145 together with that which is released when the pre-injection is ended Charge is sufficient that the voltage U across the capacitor increases to the value U1. This charge on the capacitor sufficient for accelerated switching on of the consumer at the main injection.
  • the activation for the main injection begins at time t3. From this point on, the control takes place accordingly as described in Figure 2. Between the times t3 and t4 become the switches corresponding to phases 1 and 2 controlled. From time t4, the current I is on the holding current is reduced in accordance with phases 3 and 4. The voltage is between times t3 and t5 to the value U2, which is only slightly above zero.
  • Capacitor 145 is switched on by the consumer Voltage U3 charged.
  • the procedure according to the invention is such that when reloading in the phase 7 of the capacitor 145 to a much higher Voltage U3 is charged as in the embodiment according to Figure 2.
  • the value of the voltage U3 is chosen so that after the capacitor 145 is discharged during the pre-injection energy is still stored in capacitor 145.
  • the voltage U3 is selected so that together with the Switch off at the end of the pre-injection from the consumer energy transferred to the capacitor achieves voltage U1 becomes.
  • the one after the end of the pre-injection in the condenser contained energy is sufficient for accelerated switching on at the main injection.
  • the procedure according to the invention was based on the example of Pre-injection and the main injection described.
  • the Procedure is not based on this embodiment limited, it can always be used when two or several injections take place in quick succession.
  • a pre-injection, a main injection and a post-injection takes place.
  • the device according to the invention was based on the example of a Internal combustion engine shown with four cylinders.
  • the method is also on internal combustion engines with a different number of cylinders transferable. There is a corresponding number for this of consumers, switching devices and other elements. It can also be provided that the consumer in a larger number of groups is divided. This is particularly useful with higher numbers of cylinders.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers.
Eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers ist aus der EP-A-0548915 bekannt. Dabei ist die Einspritzung in wenigstens eine erste und eine zweite Teileinspritzung aufgeteilt. Die in einem Speichermittel gespeicherte Ladung wird zu Beginn der Ansteuerung in den Verbraucher umgeladen, wobei in dem Speichermittel bei der ersten Teileinspritzung eine Teilladung verbleibt. Das Speichermittel wird dabei soweit entladen, bis es die Spannung der Versorgungsspannung erreicht hat. Die im Speichermittel verbleibende Ladung kann nicht zum schnellen Laden des Verbrauchers verwendet werden, da die Spannung des Kondensators den gleichen Wert besitzt, wie die Spannung der Versorgungsspannung. Bei dieser Einrichtung ist daher bei der zweiten Teileinspritzung ein beschleunigtes Einschalten wie bei der ersten Teileinspritzung nicht möglich. Bei mehreren Teileinspritzungen ist lediglich bei einer Teileinspritzung ein beschleunigter Schaltvorgang des Verbrauchers erzielbar.
Eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers ist aus der DE-OS 44 13 240 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird die beim Abschalten freiwerdende Energie in einem Booster-Kondensator gespeichert. Beim Beginn der nächsten Ansteuerung wird die gespeicherte Energie in den Verbraucher umgeladen.
Ferner sind Einrichtungen bekannt, bei denen nach der eigentlichen Ansteuerung des Ventils durch kurzfristiges Ein- und Ausschalten des Stroms eine zusätzliche Aufladung des Kondensators erfolgt. Dieser Vorgang wird üblicherweise als Nachladen oder Rechargen bezeichnet. Diese Nachladezeit sollte möglichst kurz sein, da in der Regel nur sehr wenig Zeit zur Verfügung steht. Dies gilt besonders bei großen Drehzahlen.
Bei Einspritzsystemen, bei denen die Einspritzung in zwei Teileinspritzungen aufgeteilt ist, kann der Abstand zwischen den beiden Teileinspritzungen nicht kleiner gewählt werden, als die Zeit, die benötigt wird um den Kondensator auf eine ausreichend hohe Spannung aufzuladen, bei der der nachfolgende Einschaltvorgang ausreichend schnell erfolgt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers den Abstand zwischen zwei Teileinspritzungen zu verkürzen, wobei bei der zweiten Teileinspritzung der Einschaltvorgang beschleunigt erfolgen soll.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist den Vorteil auf, daß der Abstand zwischen den beiden Teileinspritzungen sehr kurz gewählt werden kann, wobei gleichzeitig ein sehr schneller Schaltvorgang bei allen Teileinspritzungen möglich ist.
Zeichnung
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 und 3 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird bevorzugt bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei selbst zündenden Brennkraftmaschinen, eingesetzt. Dort wird die Kraftstoffzumessung mittels elektromagnetischer Ventile gesteuert. Diese elektromagnetischen Ventile werden im folgenden als Verbraucher bezeichnet. Die Erfindung ist nicht auf diese Anwendung beschränkt, sie kann überall dort eingesetzt werden, wo schnell schaltende elektromagnetische Verbraucher benötigt werden.
Bei der Anwendung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, legen der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Magnetventils den Einspritzbeginn bzw. das Einspritzende des Kraftstoffs in den Zylinder fest.
In Figur 1 sind die wesentlichsten Elemente der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Vierzylinderbrennkraftmaschine. Hierbei ist jedem Verbraucher ein Einspritzventil und jedem Einspritzventil ein Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Bei abweichenden Zylinderzahlen der Brennkraftmaschine sind Ventile, Schaltmittel und Dioden in entsprechender Zahl vorzusehen.
Mit 100, 101, 102 und 103 sind vier Verbraucher dargestellt. Jeweils ein Anschluß der Verbraucher 100 bis 103 stehen über ein Schaltmittel 115 und eine Diode 110 mit einer Spannungsversorgung 105 in Verbindung.
Die Diode 110 ist so angeordnet, daß sie mit ihrer Anode mit dem Pluspol und mit ihrer Kathode mit dem Schaltmittel 115 in Verbindung steht. Bei dem Schaltmittel 115 handelt es sich vorzugsweise um einen Feldeffekttransistor.
Jeweils der zweite Anschluß der Verbraucher 100 bis 103 steht 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 vorzugsweise um Feldeffekttransistoren. Die Schaltmittel 120 bis 123 werden als Low-Side-Schalter und das Schaltmittel 115 als High-Side-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. Die der Dioden stehen jeweils 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 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 High-Side-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 Schaltmittel 123 mit einem Ansteuersignal AL4 und das Schaltmittel 140 mit einem Ansteuersignal AC beaufschlagt.
Zwischen dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung 105 und dem Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel 115 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 geschlossen 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 High-Side-Schalter bzw. zwischen dem High-Side-Schalter und den Verbrauchern angeordnet sein.
In Figur 2a ist das Ansteuersignal AC für den Booster-Transistor 140 aufgetragen. In Figur 2b ist das Ansteuersignal AH für die High-Side-Schalter 115 aufgetragen. Figur 2c zeigt das Ansteuersignal AL eines der Low-Side-Schalter. In Figur 2d ist der durch den Verbraucher fließende Strom I und in Figur 2e die am Kondensator 145 anliegende Spannung UC über der Zeit aufgetragen. Hierbei ist eine Ansteuerung, der einem Zumeßzyklus entspricht, ohne Voreinspritzung für ein Magnetventil dargestellt.
In jedem Zumeßzyklus werden verschiedene Phasen unterschieden. In einer Phase 0, vor der Ansteuerung des Verbrauchers ist die Endstufe abgeschaltet. Die Ansteuersignale AC, AH und AL befinden sich auf niederem Potential. Dies bedeutet, daß der High-Side-Schalter 115, die Low-Side-Schalter 120 bis 123 und der Booster-Schalter 140 den Stromfluß sperren. Durch die Verbraucher fließt kein Strom. Der Kondensator 145 ist auf seine maximale Spannung UC aufgeladen. Diese nimmt beispielsweise einen Wert von ca. 80 Volt an, wohingegen die Spannung der Spannungsversorgung einen Wert von ca. 12 V annimmt.
In der ersten Phase zu Beginn der Ansteuerung, die als Boosterbetrieb bezeichnet wird, wird der Low-Side-Schalter angesteuert, der dem Verbraucher zugeordnet ist, der Kraftstoff zumessen soll. Dies bedeutet, daß ab der Phase 1 das Signal AL einen hohen Pegel annimmt. Gleichzeitig wird auf die Leitung AC ein hohes Signal ausgegeben, das den Schalter 140 durchsteuert. Der High-Side-Schalter 115 wird nicht angesteuert, dieser sperrt weiterhin. Diese Ansteuerung der Schaltmittel bewirkt, daß vom Kondensator 145 über den Booster-Schalter 140, den entsprechenden Verbraucher, den dem Verbraucher zugeordneten Low-Side-Schalter und das Strommeßmittel 125 ein Strom fließt. In dieser Phase steigt der Strom I bedingt durch die hohe Spannung am Verbraucher sehr schnell an. Die Phase 1 endet, wenn die am Kondensator 145 anliegende Spannung einen bestimmten Wert U2 unterschreitet.
In der zweiten Phase, die als Anzugsstromregelung bezeichnet wird, wird der Einschaltstrom von dem High-Side-Schalter 115 übernommen und der Booster inaktiviert. In der zweiten Phase wird das Ansteuersignal für den Booster-Schalter 140 zurückgenommen, so daß der Schalter 140 sperrt. Die Ansteuersignale AH und AL für den High-Side-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 die Diode 110, den High-Side-Schalter 115, den Verbraucher, den entsprechenden Low-Side-Schalter, 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 High-Side-Schalter 115 so angesteuert, daß er sperrt. Bei Unterschreiten einer weiteren Schwelle wird er wieder freigegeben.
Bei gesperrten High-Side-Schalter 115 wirkt ein Freilaufkreis. Der Strom fließt vom Verbraucher durch den Low-Side-Schalter, den Widerstand 125 und die Freilaufdiode 150.
Die zweite Phase endet, wenn von der Steuereinheit 160 das Ende der Anzugsphase ausgegeben wird. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn eine Schaltzeitpunkterkennung erkennt, daß der Magnetventilanker seine neue Endlage erreicht hat. Erkennt die Schaltzeitpunkterkennung nicht innerhalb einer vorgegeben Zeit, daß der Magnetventilanker seine neue Endlage erreicht hat, so wird auf Fehler erkannt.
In der dritten Phase, die auch als erste Schnellöschung bezeichnet wird, wird das Ansteuersignal für den entsprechenden Low-Side-Schalter zurückgenommen. Dies bewirkt, daß ein Strom von dem jeweiligen Verbraucher durch die dem Verbraucher zugeordnete Diode 130 bis 133 in den Kondensator 145 fließt und die im Verbraucher gespeicherte Energie in den Kondensator 145 umgeladen wird. Der High-Side-Schalter 115 wird dabei in der dargestellten Ausführungsform so angesteuert, daß er geschlossen bleibt. In dieser Phase sinkt der Strom vom Anzugsstrom IA auf den Haltestrom IH ab. Gleichzeitig steigt die Spannung, die am Kondensator 145 anliegt, auf einen Wert U3, der aber deutlich unter dem Wert U1 liegt. Die dritte Phase ist beendet, wenn der Sollwert IH für den Haltestrom erreicht wird. Die beim Übergang vom Anzugsstrom IA auf den Haltestrom IH freiwerdende Energie wird in dem Kondensator gespeichert. Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß der Übergang vom Anzugsstrom auf den Haltestrom auf Grund der Schnellöschung schnell erfolgt.
An die dritte Phase schließt sich die vierte Phase an, die auch als Haltestromregelung bezeichnet wird. Entsprechend wie in der zweiten Phase bleibt das Ansteuersignal für den Low-Side-Schalter auf seinem hohen Niveau, das heißt der dem Verbraucher zugeordnete Low-Side-Schalter bleibt geschlossen. Durch Öffnen und Schließen des High-Side-Schalters 115 wird der Strom, der durch den Verbraucher fließt, auf den Sollwert für den Haltestrom eingeregelt. Bei gesperrten High-Side-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.
In der anschließenden fünften Phase, die auch als zweite Schnellöschung bezeichnet wird, wird der entsprechende Low-Side-Schalter abgeschaltet und der High-Side-Schalter 115 durchgesteuert. In dieser Phase fällt der Strom, der durch den Verbraucher fließt, ebenfalls schnell auf den Wert Null ab. Gleichzeitig steigt die Spannung U, die am Kondensator 145 anliegt, um einen kleineren Wert an, als in der dritten Phase.
In der 3 und 5 Phase geht der Sollwert für den Strom I von einem hohen auf einen niederen Wert über. In diesen Phasen wird jeweils der dem Verbraucher zugeordnete Low-Side-Schalter derart angesteuert, daß er den Stromfluß sperrt. Die frei werdende Energie wird dabei in den Kondensator 145 umgeladen. In diesen Phasen erfolgt eine Schnellöschung. Dies bewirkt, daß der Strom rasch seinen neuen Sollwert erreicht.
In den Phasen zwei und vier erfolgt eine Stromregelung durch Antakten des High-Side-Schalters. Bei gesperrtem High-Side-Schalter ist die Freilaufdiode 150 aktiv. In diesen Phasen fällt der Strom langsam ab. Dies führt zu einer geringeren Schaltfrequenz.
In der sechsten Phase, 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 und die Spannung am Kondensator 145 bleibt auf ihrem Wert.
In der siebten Phase nach der Ansteuerung, die auch als Nachtaktung bezeichnet wird, wird der High-Side-Schalter 115 durch das Ansteuersignal AH wieder in seinen leitenden Zustand gebracht. Durch Schließen eines Low-Side-Schalters wird ein Stromfluß in einem der Verbraucher initialisiert. Der Strom fließt beispielsweise über die Diode 110, den Schalter 115, den Verbraucher 100, das Schaltmittel 120 und das Strommeßmittel 125 zurück in die Spannungsquelle. Bei Erreichen eines Sollwertes für den Strom, der so gewählt ist, daß das Magnetventil noch nicht reagiert, wird der Low-Side-Schalter so angesteuert, daß er öffnet. Dies bewirkt wiederum eine Schnellöschung für den Strompfad bestehend aus dem Verbraucher, einem der Dioden 130 bis 133 und dem Kondensator 145. Dadurch steigt die am Kondensator 145 anliegende Spannung an.
Sobald der Strom einen bestimmten Wert unterschreitet, wird der Low-Side-Schalter 120 wieder aktiviert. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Spannung am Kondensator 145 schrittweise wieder den Wert U1 erreicht. Dieser Vorgang wird als Rechargen bezeichnet.
Anschließend erfolgt die Phase 8, in der alle Ansteuersignale zurückgenommen und alle Schalter in ihrem gesperrten Zustand gebracht werden. Diese Phase entspricht der Phase 0.
Ist vorgesehen, daß pro Zumeßzyklus nur eine Einspritzung pro Zylinder erfolgt, so treten bei einer Einrichtung gemäß Figur 1 keine Schwierigkeiten auf. Ist dagegen vorgesehen, daß eine Einspritzung in wenigstens eine erste und eine zweite Teileinspritzungen aufgeteilt ist, so kann der Fall eintreten, daß der Abstand zwischen den beiden Teileinspritzungen nicht ausreicht um den Kondensator 145 auf eine ausreichende Spannung U1 aufzuladen. Daher ist der Abstand zwischen den Teileinspritzungen beschränkt oder die nachfolgende Teileinspritzung kann nicht mit erhöhter Spannung und mit damit verbunden Vorteilen erfolgen.
Eine Einspritzung wird vorzugsweise in eine Voreinspritzung, die vor der eigentlichen Haupteinspritzung liegt, und die Haupteinspritzung aufgeteilt. Ferner kann eine Nacheinspritzung nach der eigentlichen Haupteinspritzung erfolgen. Auch ist es möglich die Voreinspritzung, die Haupteinspritzung und/oder die Nacheinspritzung in weitere Teileinspritzungen zu unterteilen.
In Figur 3 sind die Spannung U am Kondensator 145 und der Strom I, der durch den Verbraucher fließt, über der Zeit aufgetragen. Die Verlauf der Signale U und I ist dabei gegenüber der Figur 2 vereinfacht dargestellt.
Der wesentliche Unterschied zur Figur 2 liegt darin, daß in Figur 3 eine Zumeßzyklus mit zwei Teileinspritzung dargestellt ist. Zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 erfolgt die Voreinspritzung und zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 erfolgt die Haupteinspritzung. Die Voreinspritzung ist in der Regel kürzer als die Haupteinspritzung. Der Abstand zwischen Voreinspritzung und Haupteinspritzung, das heißt der Abstand zwischen t2 und t3, sollte möglichst kurz sein. In der Regel ist dieser Abstand kürzer als die Zeitdauer zwischen t5 und t6, die zum Nachladen des Kondensators 145 benötigt wird.
In Figur 3a ist die Spannung U und in Figur 3b der Strom I über der Zeit t aufgetragen. Bis zum Zeitpunkt t1 liegt am Kondensator 145 die Spannung U3 an dabei fließt kein Strom.
Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansteuerung für die Voreinspritzung. Dabei werden, wie in Figur 2 beschrieben, die Schalter wie in Phase 1 angesteuert. Dies bedeutet, die im Kondensator 145 gespeicherte Ladung wird in den Verbraucher umgeladen. Dies hat zur Folge, daß die Spannung U am Kondensator auf den Wert U4 abfällt, der deutlich über Null liegt. Dies bedeutet, dem Speichermittel wird bei der Voreinspritzung nur eine Teilladung entnommen. Ein Teil der Ladung verbleibt im Speichermittel. Gleichzeitig fließt ein Strom mit dem Wert I1. Bis zum Zeitpunkt t2 werden die Schaltmittel entsprechend wie in Phase 2 angesteuert. Die Spannung verbleibt auf dem Wert U4 und der Strom I1 fließt durch den Verbraucher.
Zum Zeitpunkt t2 endet die Voreinspritzung. Entsprechend wie in Phase 5 werden die Schalter angesteuert. Dies hat zur Folge, daß der Strom I auf Null abfällt. Gleichzeitig steigt die Spannung U auf den Wert U1 an. Dies beruht darauf, daß die im Verbraucher gespeicherte Energie in den Kondensator umgeladen wird. Die im Kondensator 145 verbleibende Teilladung zusammen mit der beim Beenden der Voreinspritzung freiwerdenden Ladung reicht aus, daß die Spannung U am Kondensator auf den Wert U1 ansteigt. Diese Ladung des Kondensators reicht für ein beschleunigtes Einschalten des Verbrauchers bei der Haupteinspritzung aus.
Zum Zeitpunkt t3 beginnt die Ansteuerung für die Haupteinspritzung. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt die Ansteuerung entsprechend wie in Figur 2 beschrieben. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 werden die Schalter entsprechend den Phasen 1 und 2 angesteuert. Ab dem Zeitpunkt t4 wird der Strom I auf den Haltestrom entsprechend den Phasen 3 und 4 abgesenkt. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 befindet sich die Spannung auf dem Wert U2, der nur unwesentlich über Null liegt.
Die Einspritzung endet zum Zeitpunkt t5. Bis zum Zeitpunkt t6 werden die Phasen 5 bis 7 abgearbeitet. Das heißt der Kondensator 145 wird durch antakten des Verbrauchers auf die Spannung U3 aufgeladen.
Erfindungsgemäß wird so vorgegangen, daß beim Nachladen in der Phase 7 der Kondensator 145 auf eine wesentlich höhere Spannung U3 aufgeladen wird als bei der Ausführungsform gemäß Figur 2. Der Wert der Spannung U3 ist so gewählt, daß nach der Entladung des Kondensators 145 bei der Voreinspritzung immer noch Energie im Kondensator 145 gespeichert ist.
Die Spannung U3 ist so gewählt, daß zusammen mit der beim Abschalten am Ende der Voreinspritzung aus dem Verbraucher in den Kondensator umgeladenen Energie die Spannung U1 erzielt wird. Die nach dem Ende der Voreinspritzung im Kondensator enthaltene Energie reicht zum beschleunigten Einschalten bei der Haupteinspritzung aus.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wurde am Beispiel der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung beschrieben. Die Vorgehensweise ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sie kann immer angewendet werden, wenn zwei oder mehrere Einspritzungen kurz nacheinander erfolgen. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, daß eine Voreinspritzung, eine Haupteinspritzung und eine Nacheinspritzung erfolgt. Hier ist es Vorteilhaft den Kondensator so aufzuladen, daß die Ladung für alle drei Teileinspritzungen ausreicht.
Allgemein gilt, erfolgen mehrere Einspritzungen so kurz hintereinander, daß zwischen den einzelnen Einspritzungen kein Nachladen des Kondensators möglich ist, so wird der Kondensator so aufgeladen, daß die Ladung für alle diese Einspritzungen ausreicht.
Sind wie in der Figur 1 dargestellt mehrere Verbraucher vorgesehen, insbesondere wenn die Zahl der Verbraucher größer als vier ist, ist es vorteilhaft, die Verbraucher in Gruppen aufzuteilen, wobei jeder Gruppe ein Kondensator zugeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern dargestellt. Die Vorgehensweise ist auch auf Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderzahl übertragbar. Hierzu ist eine entsprechende Anzahl von Verbrauchern, Schaltmitteln und weiteren Elementen vorzusehen. Auch kann vorgesehen sein, daß die Verbraucher in eine größere Anzahl von Gruppen aufgeteilt wird. Dies ist insbesondere bei höheren Zylinderzahlen sinnvoll.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines als Magnetventil ausgebildeten elektromagnetischen Verbrauchers zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, bei dem eine Einspritzung in wenigstens eine erste und eine zweite Teileinspritzungen aufgeteilt ist, wobei die in einem Speichermittel (145) gespeicherte Ladung zu Beginn der Ansteuerung (t1) in den Verbraucher (100) umgeladen wird wobei in dem Speichermittel (145) bei der ersten Teileinspritzung eine Teilladung verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibende Teilladung, so bemessen ist, daß sie bei der folgenden Teileinspritzung für ein beschleunigten Einschaltvorgang ausreicht.
  2. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Speichermittel verbleibende Teilladung zusammen mit der beim Beenden der ersten Teileinspritzung freiwerdenden Ladung für einen beschleunigten Einschaltvorgang der folgenden Teileinspritzung ausreicht.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermittel mit Ladung aus dem Verbraucher aufgeladen wird.
  4. Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines als Magnetventil ausgebildeten elektromagnetischen Verbrauchers (100), insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, wobei eine Einspritzung in wenigstens eine erste und eine zweite Teileinspritzungen aufgeteilt ist, mit Mitteln (140), die die in einem Speichermittel (145) gespeicherte Ladung zu Beginn der Ansteuerung (1) in den Verbraucher (100) umladen, wobei in dem Speichermittel (145) bei der ersten Teileinspritzung eine Teilladung verbleibt, dadurch gekennzeichnet daß die verbleibende Teilladung, so bemessen ist, daß sie bei der folgenden Teileinspritzung für ein beschleunigten Einschaltvorgang ausreicht.
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