EP2633171A1 - Verfahren zur überwachung eines steuergeräts für eine einspritzanlage in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines steuergeräts für eine einspritzanlage in einem kraftfahrzeug

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Publication number
EP2633171A1
EP2633171A1 EP11763933.6A EP11763933A EP2633171A1 EP 2633171 A1 EP2633171 A1 EP 2633171A1 EP 11763933 A EP11763933 A EP 11763933A EP 2633171 A1 EP2633171 A1 EP 2633171A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
maximum
control unit
drive frequency
controller
determined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11763933.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens-Holger Barth
Stefan Schempp
Erik Tonner
Boris Ostendorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2633171A1 publication Critical patent/EP2633171A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/0007—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for using electrical feedback
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring a design of a control device for an injection system in a motor vehicle, in particular for solenoid valve and / or piezo valve injectors. Furthermore, the present invention relates to a suitable control module for carrying out the method proposed according to the invention and a control unit integrating such a control module.
  • the RMS current is the root of the mean square current through the respective component.
  • the permissible maximum value for the respective RMS current is temperature-dependent. Depending on the component, it is largely constant in the low temperature range and decreases sharply above a certain temperature threshold. If the permissible current (maximum RMS current) is exceeded, the service life of the respective component is reduced.
  • Power losses in the control unit and maximum, location-dependent cooling of the control unit which essentially affect the temperature of the control unit, which must not exceed a maximum released value.
  • buffer balance monitoring prevents both solenoid valve injectors as well as piezo valve injectors that drop by arbitrarily injections by charge drops in the buffer capacitor of the respective injection output stage by too many controls.
  • an application can be checked by a very complex offline method to find operating points at which a respective design of a control unit is not met. However, this can only be made meaningful after the application has been completed, ie at a point in time when possible measures are practically no longer possible.
  • the document DE 10 2004 012 428 A1 of Robert Bosch GmbH relates to a method and a control device for operating an internal combustion engine.
  • This internal combustion engine comprises a plurality of cylinders, which are actuated by the control unit via individually assigned actuators.
  • This control device is designed to the required in the actuators of the internal combustion engine mean electric
  • a method for monitoring a control unit for an injection system in a motor vehicle, in which a maximum permissible drive frequency for the control unit is determined and monitored during runtime of the control unit, wherein the maximum drive frequency determines limiting factors in a respective operating point of the control unit and directly into the determination of the maximum permissible activation frequency.
  • At least maximally permissible RMS currents of components integrated in the control unit, a maximum permissible control unit temperature, a maximum output power for at least one DC / DC converter to be used and an energy requirement per control are preferably determined as limiting factors and included in the determination of maximum permissible activation frequency involved.
  • the inventively provided method which provides that in a corresponding control unit at runtime a maximum allowable drive frequency is calculated, allows to map exactly the limit that was used for the respective control unit design. In this way, it is ensured at each operating point of the control unit that no more activations are carried out than the design of the respective control unit permits. Exceeding the number of controls is prevented by a corresponding limitation and prioritization. Thus, the control unit can always be charged up to the permissible upper limit, but not beyond. On the other hand, therefore, no safety precaution or the like is needed, which would reduce the output power to an unacceptable degree.
  • the method provided according to the invention is in principle largely uniform both for piezo-valve injectors and for solenoid valve injectors. This results in a greatly reduced care expenses in a particular development.
  • the method also makes it possible, by incorporating a temperature sensor in the case of particularly critical components of the control unit, to place the respective design closer to the technically representable limit and also to comply with it.
  • the present invention relates to a control module, in particular for carrying out a method for monitoring a control device for an injection system in a motor vehicle, as has been described above.
  • a design of the control unit can be monitored.
  • the control module implements a function that is designed to determine and monitor a maximum allowable drive frequency for the controller at runtime, the maximum drive frequency limiting factors are determined in a respective operating state of the controller and directly into the determination of the maximum permissible drive frequency.
  • the control module is an integral part of the control device to be monitored.
  • the control module is designed specifically for a piezo valve injector.
  • the control module is designed specifically for a solenoid valve injector.
  • the present invention also relates to a control device with a control module described above. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a function implemented in a control module according to the invention, which is particularly suitable for piezo valve injectors;
  • Figure 2 shows a schematic representation of a dependence of an output power of a DC-DC converter from a corresponding battery voltage
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further embodiment of a function implemented in a control module according to the invention, which function can be used in particular for solenoid valve injectors;
  • Figure 4 shows a schematic representation of a current profile when driving a solenoid valve injector
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a profile of an integrator for limiting an overload operation in the case of a solenoid valve output stage.
  • FIG. 1 shows in detail a possible embodiment of a function implemented in a control module according to the invention for a piezo valve output stage.
  • the illustrated function first calculates a maximum permissible drive frequency, represented in stage 1 1, which the piezo valve output stage is capable of taking into account all limitations. Up to a rescaling with a speed-dependent factor S at the output of the function in the unit "number of actuators per cylinder and load cycle", shown as NMAX, the internal variables in the unit "number of actuators per time" are available, which meets the technical requirements the piezo valve output stage corresponds.
  • two blocks are to be distinguished.
  • a maximum frequency is dependent on the so-called rail pressure P RA i, since a respective on-control voltage for the control unit also depends on this rail pressure P RA i.
  • the rail pressure P RA i thus represents an input variable for the function. All other influencing factors or limiting factors on the current required to achieve a desired voltage, such as ISA class and capacity of the corresponding piezo valve injector, voltage reserve for temperature and Life drift compensation of the voltage requirement, etc. are reflected in a Bedatung of the characteristic KL 1 shown here.
  • a temperature sensor can be coupled or also integrated in it, which can reduce the drive frequency as an additional security element. This means that, if the control unit internal temperature T e cu is too high, which also flows as an input variable for the function, a maximum drive frequency can be reduced accordingly by a factor indicated in the characteristic curve KL 2, so that the control unit through the piezo valve Heating is not further heated.
  • a result of these restrictions resulting from these two paths or from KL 1 and KL 2 is limited to a minimum frequency f MIN.
  • the purpose of such a lower limit is, for reasons of vehicle availability, to carry out a minimum number of actuations per cylinder and load cycle, even if this means that further heating of the respective control device can be tolerated. is taken. Accordingly, this minimum limit frequency f MIN must be calculated from the speed and the number of cylinders. Limiting only affects the RMS part of the function shown here, as a lower limit does not reflect the behavior of the piezo valve output stage when limited by a DC / DC converter power, since the DC / DC converter power is not temperature dependent.
  • the energy consumed per activation process depends on the control voltage for piezo valve injectors via the rail pressure P RA i.
  • a representation of this relationship is the characteristic KL 4.
  • Injector-specific data are taken into account in an application of the characteristic curve KL 4, similar to the characteristic KL 1.
  • the characteristic curve KL 4 By dividing or dividing the power by the energy one obtains directly the maximum driving frequency of this path.
  • FIG. 2 shows a dependence of an output power of a DC / DC converter in units P [W] on a respective battery voltage
  • FIG. 3 shows another embodiment of a function implemented in a control module according to the invention, as can be used, for example, for solenoid valve output stages.
  • This function is structured structurally the same as the function shown in Figure 1 for piezo valve output stages, differs from this but in the following details. Again, the function is essentially given by two functional blocks, which are shown separated from each other by a dashed line.
  • FIG. 4 shows a current profile when a solenoid valve injector is actuated, wherein the current in units of ampere [A] over time in unit [ ⁇ ] is shown here.
  • Phase 1 is the so-called boat phase, which culminates in the booster current I_1 at the end, in phase 2 a pull-in phase with a slightly varying pull-in current I_2 and in phase 3 a hold phase with a slightly varying hold current I_3.
  • FIG. 5 shows a profile of an integrator or a corresponding integrator value (y-axis) over time (x-axis), which monitors the switch described in connection with FIG.
  • a switch position 1 the integrator is increased, at a switch position 0 is lowered. If an upper limit is reached (t1, t3), the integrator value is reduced until it reaches a certain level Threshold (+3, +4) has reached. As a result, a compulsory break takes place, in which the output stage can possibly cool down, because no overload operation is permitted.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug vorgestellt, bei dem zur Laufzeit des Steuergeräts eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät bestimmt und überwacht wird, wobei die maximale Ansteuerfrequenz limitierende Faktoren in einem jeweiligen Betriebspunkt des Steuergeräts bestimmt werden und unmittelbar in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz einfliessen. Ferner wird ein entsprechendes Kontrollmodul sowie ein Steuergerät mit einem derartigen Kontrollmodul vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Auslegung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für Magnetventil- und/oder Piezoventil-Injektoren. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein geeignetes Kontrollmodul zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens und ein ein derartiges Kontrollmodul integrierendes Steuergerät.
Stand der Technik Für Einspritz-Endstufen in Steuergeräten für sogenannte Common Rail Magnetventil- und Piezoventil-Injektoren existieren verschiedene Einschränkungen bzw. Limitierungen bezüglich einer zur Verfügung stellbaren maximalen Ausgangsleistung. Begrenzende Elemente bzw. Faktoren sind dabei: a) eine maximale Ausgangsleistung eines einzusetzenden Gleichspannungswandlers bzw. DC/DC-Wandler als Teil eines jeweiligen Steuergeräts bzw. eine Kapazität eines angeschlossenen Buffer-Kondensators (auch als Pufferkondensator bezeichnet). Derartige Wandler werden bei Piezoventil- Injektoren (PV) benötigt, um eine zur Ladung eines Aktors notwendige Span- nung aufzubauen (bis zu 245 Volt), und bei Magnetventil-Injektoren, um eine sogenannte Booster-Spannung zu erreichen (ca. 45 Volt). Je nach Ventil hängt die Energie, die pro Ansteuerung verbraucht wird, von verschiedenen Parametern ab. Bei Piezoventil-Injektoren ist dies bspw. ein sogenannter Raildruck, bei Magnetventil-Injektoren eine jeweilige Injektortemperatur, die ihrerseits eine verlängerte Booster-Phase nach sich zieht. Die Wandlerleis- tung selbst hängt in beiden Fällen von einer entsprechenden Batteriespannung ab.
b) maximale Effektivströme, für die die jeweils vorgesehenen verschiedenen Bauteile der Einspritzendstufe in einem entsprechenden Steuergerät freigegeben sind. Der Effektivstrom ist jeweils definitionsgemäß die Wurzel des mittleren quadratischen Stroms durch das jeweilige Bauteil. Der zulässige Maximalwert für den jeweiligen Effektivstrom ist temperaturabhängig. Je nach Bauteil ist dieser im niedrigen Temperaturbereich weitestgehend konstant und nimmt oberhalb einer bestimmten Temperaturschwelle stark ab. Wird der zulässige Strom (maximale Effektivstrom) überschritten, wird dadurch die Lebensdauer des jeweiligen Bauteils reduziert. c) Verlustleistungen im Steuergerät und maximale, anbauortabhängige Kühlung des Steuergeräts, die im wesentlichen auf die Steuergerätetemperatur wirken, die jeweils einen maximalen freigegebenen Wert nicht überschreiten darf.
Letztendlich resultiert aus diesen limitierenden Faktoren eine maximale Anzahl an Ansteuerungen, welche im allgemeinen pro Zylinder und Lastspiel angegeben wird, die vom Steuergerät durchgeführt werden kann, ohne dass das Steuergerät daraus Schaden erleidet. Die maximale Anzahl an Ansteuerungen wird in der Regel in Abhängigkeit von dem sogenannten Raildruck und einer Drehzahl einer anzusteuernden Brennkraftmaschine angegeben.
Andererseits werden die Anforderungen an die Anzahl an Ansteuerungen immer größer. Durch veränderte Einspritzstrategien, wie bspw. eine gesplittete Nacheinspritzung, oder mehrere Voreinspritzungen und durch zusätzliche Funktionen, die Ansteuerungen erfordern, ohne dass eingespritzt wird, bspw. bei einer sogenannten Blankshot-Funktion bei Magnetventil-Injektoren ohne Druckverlust (DRV) werden Steuergeräte heute im Allgemeinen bis an die Grenze des Möglichen belastet. Eine Leistungsfähigkeit eines entsprechenden Steuergeräts wird zwar im Vorfeld in Abhängigkeit von diversen Randbedingungen bzw. limitierenden Faktoren durch ein entsprechendes Modul sehr genau berechnet; eine sinnvolle Überwachung im Sinne eines Steuergeräteschutzes gegen Überlastung existiert bislang jedoch nicht. Lediglich eine sogenannte "Bufferbilanzüberwachung" verhindert sowohl bei Magnetventil-Injektoren als auch bei Piezoventil-Injektoren, dass durch Ladungseinbrüche beim Bufferkondensator der jeweiligen Einspritzendstufe durch zu viele Ansteuerungen willkürlich Einspritzungen wegfallen. Darüber hinaus kann durch ein sehr aufwendiges Offline-Verfahren eine Applikation überprüft werden, um Betriebspunkte zu finden, an denen eine jeweilige Auslegung eines Steuergeräts nicht eingehalten wird. Allerdings kann dies erst nach abge- schlossener Anwendung sinnvoll gemacht werden, also zu einem Zeitpunkt, zu dem eventuelle Maßnahmen praktisch nicht mehr möglich sind.
Die Druckschrift DE 10 2004 012 428 A1 der Robert Bosch GmbH betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Diese Brennkraftmaschine umfasst eine Mehrzahl von Zylindern, die von dem Steuergerät über jeweils individuell zugeordnete Aktoren angesteuert werden. Bei diesem Verfahren soll eine Zerstörung des Steuergeräts bzw. eines darin befindlichen DC/DC-Wandlers aufgrund einer thermischen Belastung durch eine Regelungseinrichtung vermieden werden. Diese Regelungseinrichtung ist dazu aus- gebildet, die in den Aktoren der Brennkraftmaschine benötigte mittlere elektrische
Leistung zu erfassen, und eine Reduzierung dieser Leistung bei einem Steuergerät anzufordern, wenn die Leistung größer als eine vorgegebene Soll-Leistung ist, wie die von dem Steuergerät an die Aktoren abgebbare Nennleistung repräsentiert.
Ein weiteres Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine ist in der Druckschrift DE 192 40 493 A1 der Robert Bosch GmbH beschrieben. Hier ist mindestens einem Einspritzventil der Brennkraftmaschine ein piezoelektrisches Stellglied zugeordnet, das von einem Steuergerät gesteuert wird. Dabei ist vorgese- hen, dass ein hierfür vorgesehenes Ansteuersignal in Abhängigkeit einer von dem piezoelektrischen Stellglied aufgenommenen Ansteuerleistung geändert wird. Dadurch wird u. a. eine Verlustenergie, die in eine Leistungsendstufe des Steuergeräts umgesetzt wird, verringert, wodurch die Temperatur des Steuergeräts sinkt. Aus der Druckschrift DE 10 2005 042 530 A1 der Denso Corp. ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt. Hier steuert eine Steuereinheit eine Stromzufuhr zu einem Solenoid eines elektromagnetischen Aktors eines Kraftstoffinjektors. Es erfolgt zunächst die Zuführung eines Spitzenstroms und danach die Zuführung eines ersten und eines zweiten Konstantstroms. Dadurch wird ein Sollwert für die Zuführung des ersten Konstantstroms auf einen Wert eingestellt, der maßgeblich unter einer Batteriespannung liegt, so dass eine ständige Überwachung der Batteriespannung nicht mehr erforderlich ist. Dadurch ergibt sich weiterhin, dass eine Belastung der elektronischen Steuerung verrin- gert wird.
Vor dem Hintergrund des genannten Standes der Technik wäre es nun wünschenswert, ein Verfahren vorzusehen, welches ermöglicht, zu verhindern, dass während der Laufzeit des Steuergeräts mehr Ansteuerungen seitens des Steuer- geräts durchgeführt werden, als die Auslegung des jeweiligen Steuergeräts zu- lässt.
Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 , ein Kontrollmodul mit den Merkmalen von Patentanspruch 5 und ein Steuergerät mit den Merkmalen von Patentanspruch 10 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird dabei ein Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, bei dem zur Lauf- zeit des Steuergeräts eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät bestimmt und überwacht wird, wobei die maximale Ansteuerfrequenz limitierende Faktoren in einem jeweiligen Betriebspunkt des Steuergeräts bestimmt werden und unmittelbar in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz einfließen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere eine Auslegung eines entsprechenden Steuergeräts überwacht werden.
Als limitierende Faktoren werden dabei vorzugsweise mindestens maximal zu- lässige Effektivströme von in dem Steuergerät integrierten Bauteilen, eine maximal zulässige Steuergerätetemperatur, eine maximale Ausgangsleistung für mindestens einen einzusetzenden Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) und ein Energiebedarf pro Ansteuerung bestimmt und in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz eingebunden.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren, welches vorsieht, dass in einem entsprechenden Steuergerät zur Laufzeit eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz berechnet wird, ermöglicht es, genau die Begrenzung abzubilden, die für die jeweilige Steuergeräteauslegung herangezogen wurde. So ist in jedem Be- triebspunkt des Steuergeräts gewährleistet, dass nicht mehr Ansteuerungen durchgeführt werden, als die Auslegung des jeweiligen Steuergeräts zulässt. Eine Überschreitung der Anzahl von Ansteuerungen wird dabei durch eine entsprechende Begrenzung und Priorisierung verhindert. So kann das Steuergerät immer bis zur zulässigen Obergrenze belastet werden, aber nicht darüberhinaus. Es wird demnach auf der anderen Seite auch kein Sicherheitsvorhalt oder ähnliches benötigt, was die Ausgangsleistung in einem nicht akzeptablen Maß reduzieren würde.
Da mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laufzeit des Steuergeräts insbesondere dessen Auslegung ständig überwacht werden kann, also auch schon in einer Applikationsphase des jeweiligen Steuergeräts, werden Betriebspunkte, bei denen eine Ausgangsleistung des Steuergeräts überschritten wird, schon früh auffällig. Maßnahmen können so frühzeitig definiert und durchgeführt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass sich eine Begrenzung von Einspritzungen streng an der jeweiligen Steuergeräteauslegung orientiert. Dadurch wird erreicht, dass alle zum Schutz des jeweiligen Steuergeräts relevanten Parameter wirkungsvoll überwacht werden. Ferner muss keine aufwen- dige Offline- Prüfung einer entsprechenden Bedatung, d. h. Datenimplementierung durchgeführt werden. Durch Umstellung auf gebrochen rationale Berech- nung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz ist unverzögert immer auch ein tatsächliches Maximum darstellbar. Dies ist insbesondere für eine Druckabbaufunktion "blank shot" wichtig, da diese Druckabbaufunktion nicht "Ansteuerungen pro Lastspiel" sondern "Ansteuerungen pro Zeiteinheit" benötigt.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren ist prinzipiell sowohl für Piezoven- til-lnjektoren wie auch für Magnetventil-Injektoren weitestgehend einheitlich. Daraus resultiert ein stark verminderter Pflegeaufwand in einer jeweiligen Entwicklung. Das Verfahren erlaubt es ferner, durch Einbindung eines Temperatursen- sors bei besonders kritischen Bauelementen des Steuergeräts die jeweilige Auslegung näher an die technisch darstellbare Grenze zu legen und diese auch einzuhalten.
Es ist denkbar, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst die maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät bestimmt wird, die dann mit einem drehzahlabhängigen Faktor in eine maximal zulässige Anzahl an Ansteuerungen pro Zylinder und Lastspiel umgewandelt wird.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Kontrollmodul, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug, wie es voranstehend beschrieben wurde. Dabei kann insbesondere eine Auslegung des Steuergeräts überwacht werden. Das Kontrollmodul implementiert dabei eine Funktion, die dazu ausgerichtet ist, zur Laufzeit des Steuergeräts eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät zu bestimmen und zu überwachen, wobei die maximale Ansteuerfrequenz limitierende Faktoren in einem jeweiligen Betriebszustand des Steuergeräts bestimmt werden und unmittelbar in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz einfließen. Es ist denkbar, dass das Kontrollmodul ein integraler Bestandteil des zu überwachenden Steuergeräts ist. Ferner ist es denkbar, dass das Kontrollmodul spezifisch für einen Piezoventil-Injektor ausgelegt ist. Es ist ebenso denkbar, dass das Kontrollmodul spezifisch für einen Magnetventil-Injektor ausgelegt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus auch ein Steuergerät mit einem zuvor beschriebenen Kontrollmodul. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Kontrollmodul implementierten Funktion, die insbesondere für Piezoventil-Injektoren geeignet ist;
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Abhängigkeit einer Ausgangsleistung eines Gleichstromwandlers von einer entsprechenden Batteriespannung;
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Kontrollmodul implementierten Funktion, die insbesondere für Magnetventil-Injektoren eingesetzt werden kann;
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Stromprofil bei Ansteuerung eines Magnetventil-Injektors;
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Verlauf eines Integrators zur Begrenzung eines Überlastbetriebs bei einer Magnetventil-Endstufe.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten. In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer in ein erfindungsgemäßes Kontrollmodul implementierten Funktion für eine Piezoventil-Endstufe im Detail dargestellt. Die dargestellte Funktion errechnet zunächst eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz, dargestellt in Stufe 1 1 , die die Piezoventil-Endstufe unter Be- rücksichtigung aller Begrenzungen in der Lage ist, zu stellen. Bis zu einer Um- skalierung mit einem drehzahlabhängigen Faktor S am Ausgang der Funktion in die Einheit "Anzahl Ansteuerungen pro Zylinder und Lastspiel", dargestellt als NMAX, liegen die internen Größen in der Einheit "Anzahl Ansteuerungen pro Zeit" vor, was den technischen Erfordernissen der Piezoventil-Endstufe entspricht.
Im wesentlichen sind zwei Blöcke zu unterscheiden. Im oberen Teil (oberhalb der gepunkteten Linie) sind limitierende Faktoren aufgrund einer maximal zulässigen effektiven Strombelastung des Steuergeräts dargestellt. Eine Maximalfrequenz ist hierbei abhängig von dem sogenannten Raildruck PRAi, da eine jeweilige An- Steuerspannung für das Steuergerät ebenfalls von diesem Raildruck PRAi abhängt. Der Raildruck PRAi stellt demnach eine Eingangsgröße für die Funktion dar. Alle anderen Einflussgrößen bzw. limitierenden Faktoren auf den zum Erreichen einer gewünschten Spannung notwendigen Strom, wie bspw. ISA-Klasse und Kapazität des entsprechenden Piezoventil-Injektors, Spannungsvorhalt für Temperatur- und Lebensdauerdriftkompensation des Spannungsbedarfs, usw. schlagen sich in einer Bedatung der hier gezeigten Kennlinie KL 1 nieder.
Mit dem erfindungsgemäß vorzusehenden Kontrollmodul kann ein Temperatursensor gekoppelt sein oder auch in diesem integriert sein, welcher als zusätzli- ches Sicherheitselement die Ansteuerfrequenz reduzieren kann. Das bedeutet, dass, falls die Steuergerätinnentemperatur TEcu zu hoch wird, die ebenfalls als Eingangsgröße für die Funktion einfließt, über einen Faktor, angedeutet in der Kennlinie KL 2, eine maximale Ansteuerfrequenz entsprechend reduziert werden kann, so dass das Steuergerät durch die Piezoventil-Endstufe nicht noch weiter aufgeheizt wird.
Ein Resultat dieser auf diesen zwei Pfaden bzw. durch KL 1 und KL 2 sich ergebenden Beschränkung wird auf eine minimale Frequenz f MIN limitiert. Sinn einer derartigen Untergrenze ist es aus Gründen einer Fahrzeugverfügbarkeit eine Mindestanzahl an Ansteuerungen pro Zylinder und Lastspiel durchzuführen, auch wenn hierdurch eine weitere Erwärmung des jeweiligen Steuergeräts in Kauf ge- nommen wird. Entsprechend muss diese minimale Grenzfrequenz f MIN aus Drehzahl und Zylinderzahl berechnet werden. Eine Limitierung wirkt nur auf den Effektivstromteil der hier dargestellten Funktion, da bei Begrenzung durch eine DC/DC-Wandlerleistung eine Untergrenze nicht das Verhalten der Piezoventil- Endstufe abbildet, da die DC/DC-Wandlerleistung nicht temperaturabhängig ist.
Aus den gezeigten Kennlinien KL 1 und KL 2 ergibt sich nunmehr unter Berücksichtigung der genannten minimalen Frequenz f MIN eine erste maximale Zwi- schen-Ansteuerfrequenz, was hier in Stufe 10 als MAX gekennzeichnet ist.
Unterhalb der gepunkteten Linie ist ein Funktionsblock dargestellt, in dem eine jeweilige Limitierung durch die DC/DC-Wandlerleistung und ein Energiebedarf pro Ansteuerung berechnet wird. Eine Ausgangsleistung des DC/DC-Wandlers ist sowohl in einem Piezo- als auch in einem Magnetventilsystem einzig von der jeweiligen Batteriespannung U BATT abhängig. Diese Abhängigkeit ist in der Kennlinie KL 3 abgebildet. Ein Beispiel einer detaillierten Abhängigkeit ist in der nachfolgenden Figur 2 aufgezeigt.
Die Energie, die pro Ansteuervorgang verbraucht wird, hängt bei Piezoventil- Injektoren über den Raildruck PRAi von der Ansteuerspannung ab. Einer Darstellung dieses Zusammenhangs dient die Kennlinie KL 4.
Injektorspezifische Daten sind in einer Anwendung der Kennlinie KL 4 ähnlich wie bei Kennlinie KL 1 berücksichtigt. Durch Teilung bzw. Division der Leistung durch die Energie erhält man direkt die maximale Ansteuerfrequenz dieses Pfads.
Da das Resultat dieses Blocks angibt, wie viele Ansteuerungen maximal durchgeführt werden können, macht eine Begrenzung auf einen Minimalwert keinen Sinn, da, wie bereits gesagt, die DC/DC-Wandlerleistung im Extremfall trotz Begrenzungen auf einen Minimalwert in der Funktion eben dann doch nur für weniger Ansteuerungen ausreicht und Einspritzungen evtl. willkürlich wegfallen.
Es kann aber auch hier auf mindestens eine Ansteuerung limitiert werden, was in Figur 1 nicht dargestellt ist, um auch in grenzlagigen Batteriespannungsbereichen einen Motorstart zu ermöglichen. Letztendlich wird ein Minimum beider Funktionsblöcke gebildet, was den richtigen Wert für die gewünschte Begrenzung darstellt, was hier durch Stufe 11 angedeutet ist. Die erhaltene maximal zulässige Ansteuerfrequenz wird sodann mit einem drehzahlabhängigen Faktor S umskaliert, so dass eine maximal zulässige Anzahl von Ansteuerungen pro Zylinder und Lastspiel N MAX erhalten wird.
Figur 2 zeigt, wie bereits erwähnt, eine Abhängigkeit einer Ausgangsleistung eines DC/DC-Wandlers in Einheiten P[W] von einer jeweiligen Batteriespannung
UBATT M.
Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Kontrollmodul implementierten Funktion, wie sie bspw. für Magnetventil- Endstufen eingesetzt werden kann. Diese Funktion ist strukturell gleich aufgebaut wie die in Figur 1 dargestellte Funktion für Piezoventil-Endstufen, unterscheidet sich von dieser aber in folgenden Details. Auch hier ist die Funktion im wesentlichen durch zwei Funktionsblöcke, die voneinander durch eine gestrichelte Linie abgegrenzt dargestellt sind, gegeben.
Im oberen Teil (oberhalb der gestrichelten Linie) sind wiederum limitierende Faktoren aufgrund einer maximal zulässigen effektiven Strombelastung des Steuergeräts dargestellt. Da in einer Berechnung der Effektivströme des Steuergeräts der Strom im Quadrat eingeht, ist vor allem die sogenannte Booster-Phase, wie sie in der nachfolgenden Figur 4 dargestellt ist, relevant. Die Dauer und die Stromhöhe dieser Booster-Phase sind von anderen Ansteuerparametern abhängig, weswegen eine zulässige maximale Ansteuerfrequenz fNOR näherungsweise konstant ist. Es ist jedoch für eine begrenzte Zeit zulässig, eine höhere Frequenz fovrLd zu verwenden. Dies ist dann notwendig, wenn bspw. eine Blankshot- Funktion, die den Raildruck PRAi bei Systemen ohne Druckventil DRV über Ansteuerung abbaut, bei denen der jeweilige Injektor nicht öffnet und nur Steuermenge in den Rücklauf abgegeben wird, zur Druckregulierung mehr Ansteuerung benötigt, als fNOR. Eine Überlastfreigabe erfolgt über einen Schalter S1 nur im Bedarfsfall. Der Schalter S1 wird dann durch einen Integrator überwacht. Bei Schalterstellung 1 wird der Integrator erhöht, bei Schalterstellung 0 erniedrigt. Ist eine Obergrenze erreicht, findet eine Zwangspause S1 = 0 statt, so dass die Endstufe ggf. abkühlen kann. Der Verlauf des Integrators ist exemplarisch in nachfolgender Figur 5 dargestellt und ist ebenfalls Bestandteil der hier beschriebenen Funktion.
Bei einer Bilanzierung des DC/DC-Wandlers im unteren Teil der Darstellung gilt dasselbe. Auch der Energieverbrauch WNOR pro Ansteuerung ist geprägt von einer Booster-Phase, da nur in dieser Booster-Phase der Strom durch den DC/DC- Wandler getrieben wird. In einer Anzugs- und Haltestromphase wird der Strom direkt aus einer entsprechenden Bordnetzbatterie gespeist. Ausnahme ist hier der Start bei tiefen Temperaturen (sogenannte TSC = temperature specific cur- rent). Ist diese Funktion aktiv, wird über einen Schalter S2 auf die Energie WHIGH, umgeschaltet, da in diesem Betrieb die Anzugsstromphase ebenfalls aus dem DC/DC-Wandler bzw. dem zugehörigen Bufferkondensator gespeist wird. Der verbleibende Teil der Funktion ist identisch zu der bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Funktion zur Piezoventil-Endstufe. Im oberen Teil ergibt sich unter Berücksichtigung einer minimalen Frequenz f MIN eine erste maximale
Zwischen-Ansteuerfrequenz, was hier in Stufe 100 als "MAX" bezeichnet ist. Letztendlich wird, ähnlich wie im Fall von Figur 1 , ein Minimum "MIN" beider Funktionsblöcke gebildet, was den richtigen Wert für die gewünschte Begrenzung darstellt, was hier durch Stufe 110 angedeutet ist. Die erhaltene maximal zulässige Ansteuerfrequenz wird sodann mit einem drehzahlabhängigen Faktor S umskaliert, so dass eine maximal zulässige Anzahl von Ansteuerungen pro Zylinder und Lastspiel N MAX erhalten wird.
Figur 4 zeigt ein Stromprofil bei einer Ansteuerung eines Magnetventil-Injektors, wobei hier der Strom in Einheit Ampere [A] über die Zeit in Einheit [με] aufgezeigt ist. Man kann hier dreierlei Phasen unterscheiden. Bei Phase 1 handelt es sich um die sogenannte Bootsphase, welche am Ende in den Boosterstrom l_1 gipfelt, in Phase 2 um eine Anzugsphase mit einem leicht variierenden Anzugsstrom l_2 und in Phase 3 um eine Haltephase mit einem leicht variierenden Haltestrom l_3.
Figur 5 zeigt einen Verlauf eines Integrators bzw. eines entsprechenden Integrator Wertes (y-Achse) über die Zeit (x-Achse), welcher den im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen Schalter überwacht. Bei einer Schalterstellung 1 wird der Integrator erhöht, bei einer Schalterstellung 0 erniedrigt. Ist eine Obergrenze erreicht (t1 , t3), wird der Integratorwert so lange reduziert, bis er einen gewissen Schwellwert (+3, +4) erreicht hat. Dadurch findet eine Zwangspause statt, in der die Endstufe ggf. abkühlen kann, weil kein Überlastbetrieb erlaubt ist.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug, bei dem zur Laufzeit des Steuergeräts eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät bestimmt und überwacht wird, wobei die maximale Ansteuerfrequenz limitierende Faktoren in einem jeweiligen Betriebspunkt des Steuergeräts bestimmt werden und unmittelbar in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz einfließen.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem als limitierende Faktoren mindestens ein maximal zulässiger Effektivstrom für das Steuergerät, eine maximal zulässige Steuergeräteinnentemperatur, eine maximale Ausgangsleistung für mindestens einen einzusetzenden Gleichstromwandler und ein Energiebedarf pro Ansteuerung bestimmt werden und in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz einfließen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine erste maximale Zwischen- Ansteuerfrequenz unter Berücksichtigung des maximal zulässigen Effektivstroms für das Steuergerät und der maximal zulässigen Steuergeräteinnentemperatur und eine zweite maximale Zwischen-Ansteuerfrequenz unter Berücksichtigung der maximalen Ausgangsleistung für den mindestens einen einzusetzenden Gleichstromwandler und der Energiebedarf pro Ansteuerung bestimmt wird, und die maximale Ansteuerfrequenz als Minimum der ersten und der zweiten maximalen Zwischen-Ansteuerfrequenz bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, bei dem zunächst die maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät bestimmt wird, die dann mit einem drehzahlabhängigen Faktor in eine maximal zulässige Anzahl an Ansteue- rungen pro Zylinder und Lastspiel umgewandelt wird. 5. Kontrollmodul, insbesondere für ein Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug nach einem der An- sprüche 1 bis 4, das eine Funktion implementiert, die dazu eingerichtet ist, zur Laufzeit des Steuergeräts eine maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät zu bestimmen und zu überwachen, wobei die maximale Ansteuerfrequenz limitierende Faktoren in einem jeweiligen Betriebspunkt des Steuergeräts bestimmt werden und unmittelbar in die Bestimmung der maximal zulässigen Ansteuerfrequenz einfließen.
6. Kontrollmodul nach Anspruch 5, das integraler Bestandteil des Steuergeräts ist.
7. Kontrollmodul nach Anspruch 5 oder 6, das spezifisch für einen Piezoventil- Injektor ausgelegt ist.
8. Kontrollmodul nach Anspruch 5 oder 6, das spezifisch für einen Magnetventil-Injektor ausgelegt ist.
9. Kontrollmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit dem zunächst die maximal zulässige Ansteuerfrequenz für das Steuergerät bestimmt werden kann, die dann mit einem drehzahlabhängigen Faktor in eine maximal zulässige Anzahl an Ansteuerungen pro Zylinder und Lastspiel umgewandelt werden kann.
10. Steuergerät mit einem Kontrollmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
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