WO2011054686A1 - Steuergerät für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2011054686A1
WO2011054686A1 PCT/EP2010/065971 EP2010065971W WO2011054686A1 WO 2011054686 A1 WO2011054686 A1 WO 2011054686A1 EP 2010065971 W EP2010065971 W EP 2010065971W WO 2011054686 A1 WO2011054686 A1 WO 2011054686A1
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WO
WIPO (PCT)
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control unit
injection
internal combustion
power loss
combustion engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/065971
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Hoffmann
Walter Schrod
Hans-Jörg Wiehoff
Original Assignee
Continental Automotive 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
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Publication of WO2011054686A1 publication Critical patent/WO2011054686A1/de

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    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2058—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using information of the actual current value

Definitions

  • Control unit for an internal combustion engine The invention relates to a control device for driving Minim ⁇ least one injection valve of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a method for operating a control device according to the preamble of Pa ⁇ tent wraps. 5
  • the program running in the ECU program in addition to the Steue ⁇ tion of the injectors, the task of ensuring regulatory compliance and vendor-specific requirements by means of electrical and functional diagnosis.
  • the output from the output stage of the controller to the injection valves of the internal combustion engine power is not constant in time, but depends inter alia on a current engine speed, a requested engine torque, a rest rest request, a desired noise emission and a desired exhaust behavior of the internal combustion engine.
  • ⁇ given by the power amplifier to the injectors nen ⁇ electrical power also varies the power loss of the power amplifier time-dependent.
  • the electrical power loss of the power amplifier and the control unit leads to a heating of the control unit. In the case of a large power requirement of the injection valves of the internal combustion engine and a corre ⁇ large power loss, the heating of the controller can lead to destruction of the controller.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved control device for driving an internal combustion ⁇ machine.
  • An inventive control device for controlling at least one injection valve of an internal combustion engine comprises an output stage, which is provided to supply the injection valve with energy.
  • the control unit has a measuring ⁇ device, which is intended to determine an electrical operating variable.
  • the control unit is ⁇ forms, an electric power loss of the power amplifier to transmit it ⁇ .
  • the controller can then conclude from the knowledge of the electrical power loss of the power amplifier, whether excessive heating of the control unit is to be feared. In this case, the controller may take appropriate countermeasures.
  • the electrical operating variable is a current strength and / or an electrical voltage and / or a electric charge.
  • this Be ⁇ drove sizes to calculate an electric energy and / or electric power are.
  • the control unit is designed to determine an electrical power loss of the control unit.
  • this also electrical losses that occur at ande ⁇ rer point of the controller than in the final stage of the Steuerge ⁇ device, are taken into account.
  • control unit has a device for determining a temperature of the control unit, wherein the control unit also has a map, and wherein the control unit is formed, one of the power loss of the control unit or the power loss of the power amplifier and the Temperature of the controller dependent status information refer.
  • control unit is formed, one of the power loss of the control unit or the power loss of the power amplifier and the Temperature of the controller dependent status information refer.
  • An inventive method for operating a Steuerge ⁇ device for driving at least one injector of an internal combustion engine comprises method steps for determining an electrical power loss of an output stage of the control device, and for forming a status information.
  • this method excessive heating of the control unit can be avoided by the electrical power loss of the final stage.
  • method steps are carried out for determining a voltage which is applied to an injection valve during an injection pulse is, energy for determining a charge, which is ported during the injection pulse between the output stage and the injection valve trans ⁇ , for calculating a expended during the Einspritzpul ⁇ ses amount of energy, for computing a valve as the sum of all quantities of energy during a specified measurement period for Injection pulses of the injection ⁇ valve are expended, for calculating a total energy as the sum of the valve energies of all injectors
  • Internal combustion engine for calculating an average valve energy by dividing the total energy by an on ⁇ number of injection valves of the internal combustion engine, for calculating a taken by the injectors performance by dividing the average cylinder power by a current segment of time, and for calculating the electric power loss of the power amplifier by multiplying the power absorbed by the injectors at a specified loss factor.
  • this method allows a very accurate calculation of the electrical power loss of the final stage.
  • the charge is determined by temporal integration of an electrical current flowing into the injection valve.
  • an electrical current is easier to measure than an electrical charge. Therefore, it is convenient to determine the charge by integrating the current.
  • a total power loss of the control unit is determined prior to the formation of the status information.
  • a total power loss of the control unit is determined prior to the formation of the status information.
  • a temperature increase of the control device is less critical if it has a low temperature than if it has a high temperature.
  • the status information is information about darü- on whether the temperature of the control device exceeds a festgeleg ⁇ th limit.
  • an imminent destruction of the control unit can be detected and prevented by suitable measures.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to a figure. It shows a schematic representation of a combustion engine ⁇ with a control unit for controlling a combustion ⁇ engine.
  • the figure shows a schematic representation of an internal combustion engine 100 of a motor vehicle.
  • the internal combustion engine 100 may be, for example, a diesel or gasoline engine.
  • the motor vehicle may be a passenger car, a truck or another motor vehicle.
  • the internal combustion engine 100 has a plurality of injection valves. In the figure, a first injection valve 110 and a second injection valve 120 are shown ⁇ .
  • the engine 100 may also have a different number of injectors.
  • the injection valves 110, 120 are intended to inject fuel into one or more combustion chambers of the internal combustion engine 100.
  • the combustion chambers can be designed, for example, as cylinders of the internal combustion engine 100.
  • the internal combustion For example, machine 100 may have 4 or 8 cylinders or a different number of cylinders.
  • Each of the injection valves 110, 120 has an actuator which is electrically controllable in order to trigger an injection pulse.
  • the actuator may be formed, for example, as a piezo actuator.
  • the figure further shows a control unit 200.
  • the control unit 200 is provided to the injection valves 110, 120 ANZUS ⁇ dear.
  • the control unit 200 has an output stage 210.
  • the output stage 210 is connected to the injection valves 110, 120 of the internal combustion engine 100.
  • the controller 200 also includes a microprocessor 240 adapted to execute a control program. Instead of the microprocessor 240, the control unit 200 may also have a microcontroller.
  • the program running on the microprocessor 240 program controls or regulates the actuation of the injection valves 110, 120, 210 through the amplifier case is the front on the microprocessor 240 running the sample program ⁇ as points in time at which the power amplifier 210 of the injectors 110, 120 beauf ⁇ strike with voltage and current, to cause the respective injection valve 110, 120 for machine A ⁇ inject fuel into the combustion chamber of the Brennkraftma- 100th
  • These time points calculates on the microprocessor 240 executing program based on various requirements such as an instantaneous speed of the internal combustion engine 100, one on the required by the internal combustion engine 100 torque, a required smoothness of the internal combustion engine 100 and a required From ⁇ gas behavior of the internal combustion engine 100th
  • a Ammeter 220 and a voltage measuring device 230 arranged in the connection between the output stage 210 and the injection valves 110, 120 of the internal combustion engine 100.
  • the ammeter 220 is designed to determine a current flowing between the output stage 210 and one of the injection valves 110, 120 current.
  • the voltage measuring device 230 is designed to determine an electric voltage applied by the output stage 210 to one of the injection valves 110, 120.
  • a charge meter which is adapted to a between the output stage 210 and one of the injection valves 110, 120 exchanged electrical Charge to be determined.
  • the control unit 200 also has a temperature measuring device 250, which is provided to determine a temperature of the control ⁇ device 200.
  • the control program running on the microprocessor 240 can interrogate the temperature of the control device 200 determined by the temperature measuring device 250.
  • the control unit 200 is also equipped with a map 260, which may be realized, for example, in the form of a nonvolatile data memory.
  • the controller 200 causes the injectors 110, 120 to inject.
  • the number and duration of such actuations of the injectors 110, 120 by the controller 200 per unit time is usually not constant.
  • the operation of the injectors 110, 120 of the internal combustion ⁇ machine 100 necessary electrical energy and power is not constant.
  • Due to the design of the output stage 210 of the controller 200 the maximum available electrical power is limited.
  • a power loss is obtained in the final stage 210 au ⁇ ßerdem, which leads to heating of the control unit 200th Excessive warming of the tax device 200 may lead to the destruction of the controller 200.
  • the maximum power loss in the power amplifier 210 is limited.
  • the maximum allowable power dissipation depends as ⁇ off at even from a current temperature of the control unit 200th A lower temperature of the controller 200 ⁇ he laubt greater heating of the controller before the controller is destroyed 200th For these reasons a monitoring of, delivered by the power amplifier 210 to the Einspritzventi ⁇ le 110,120 electric power and the electric power loss is desirable.
  • the internal combustion engine 100 is operated according to the four-stroke method and has an injection valve 110, 120 per cylinder.
  • the method explained below can be analogously applied to other internal combustion engines.
  • 100 of the internal combustion engine is 100 in every second revolution of a crankshaft, an injection or a series of injections take place at ei ⁇ nem individual cylinders.
  • ⁇ 120 Within two rotations of the crankshaft in order ⁇ 120 so the internal combustion engine to inject all the injection valves 110, 100 one time.
  • For each of the n cylinders of the internal combustion engine 100 is a crank ⁇ wave segment
  • the output stage 210 acts on the corresponding injection valve 110, 120 with a voltage U, which results in a current I flowing between the output stage 210 and the corresponding injection valve 110, 120, whereby between the output stage 210 and the corresponding injection valve 110, 120, an electrical La ⁇ tion Q is replaced.
  • the voltage U, the current I and / or the charge Q, the control device 200 by means of the flow meter 220 and voltage meter 230 ermit ⁇ stuffs.
  • the charge can be determined if necessary by temporal integration of the current I.
  • the induced by the voltage U exchange of the charge Q causes the output stage 210 the corresponding injection valve 110, 120 during a drive the energy
  • the injection valve 110, 120 overall becomes the sum of the individual energies, ie the energy fed. All injection valves 110, 120 of the internal combustion engine ⁇ 100 together so is through the output stage 210, the energy fed. The last expression applies if the energy E_VENTIL supplied to the individual injection valves 110, 120 is approximately the same in each case.
  • the last term is paid back, if that is approximately equal to the individual ⁇ nen injectors 110, 120 supplied energy E_VENTIL each.
  • the average valve energy E_AVG is thus supplied to the injector 110, 120 of the Brennkraftmaschi ne 100 per segment time T once by the output stage 210. From this, the power P absorbed by the injection valves 110, 120 is calculated to p _ ⁇ F AVG _ F TOTAL 1 N v ⁇ F VALVES _ n l N ⁇
  • the injection valves 110, 120 of the internal combustion engine 100 thus receive the power P together.
  • the approximate expression applies again to the case that the individual injection Valves 110, 120 supplied energy E_VENTIL is about the same.
  • a power loss P_V ECU, which can be assumed to be constant, also acts in other parts of the control unit 200.
  • the total, dropping in the control unit 200 power loss P_V is thus given to
  • the software program running on the microprocessor 240 in the control unit 200 is designed to carry out the calculations set out above.
  • the program running on the microprocessor 240 can interrogate the temperature ⁇ of the controller 200 determined by the temperature measuring device 250.
  • the control unit 200 can now be designed to generate status information from the calculated total power loss P_V and the temperature ⁇ .
  • the map 260 may be functions of the total power dissipation
  • P_V and the temperature ⁇ contain information as to whether the current total power dissipation P_V at the current temperature ⁇ of the control device 200 to a dangerous chen heating of the controller 200 leads.
  • the controller 200 may either pass this information to other controllers or process it itself. For example, if the controller 200 determines that the current power loss P_V is too high, the controller 200 may take action to reduce this power loss. These measures may be, for example, to reduce the number of injection operations per unit time.
  • the control unit 200 may also be adapted to store the determined total power loss P_V, the determined Tempe ⁇ temperature ⁇ of the controller 200 and / or the determined status ⁇ information in a nonvolatile data memory. This information can be helpful for example in the analysis of a failure of the controller 200 or the power ⁇ vehicle.

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Abstract

Ein Steuergerät (200) zum Ansteuern mindestens eines Einspritzventils (110,120) einer Brennkraftmaschine (100) umfasst eine Endstufe (210), die dazu vorgesehen ist, das Einspritzventil (110,120) mit Energie zu versorgen. Dabei weist das Steuergerät (200) mindestens eine Messvorrichtung (220,230) auf, die dazu vorgesehen ist, eine elektrische Betriebsgrösse zu ermitteln. Ausserdem ist das Steuergerät (200) ausgebildet, eine elektrische Verlustleistung (P_V,END) der Endstufe (210) zu ermitteln.

Description

Beschreibung
Steuergerät für eine Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Ansteuern mindes¬ tens eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts gemäß dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruchs 5.
Brennkraftmaschinen, beispielsweise Diesel- oder Ottomotoren, weisen häufig Einspritzventile zum Einspritzen eines Kraft¬ stoffs in einen Brennraum auf. Diese Einspritzventile werden auch als Kraftstoffinj ektoren bezeichnet. Die Einspritzventi- le werden in der Regel durch eine Endstufe einer elektrischen Betriebseinheit betrieben und durch ein Softwareprogramm gesteuert oder geregelt. Die Endstufe und der das Softwareprog¬ ramm ausführende Mikroprozessor sind gewöhnlich Bestandteile eines Steuergeräts. Die DE 199 44 733 AI, die DE 199 52 950 AI und die WO 2006/131516 AI zeigen Beispiele möglicher End¬ stufen .
Das im Steuergerät ablaufende Programm hat neben der Steue¬ rung der Einspritzventile die Aufgabe, mittels elektrischer und funktionaler Diagnosen die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben und herstellerspezifischer Anforderungen zu gewährleisten .
Die von der Endstufe des Steuergeräts an die Einspritzventile der Brennkraftmaschine abgegebene Leistung ist zeitlich nicht konstant, sondern hängt unter anderem von einer gegenwärtigen Motordrehzahl, einem angeforderten Motordrehmoment, einer Laufruheanforderung, einer gewünschten Geräuschemission und einem gewünschten Abgasverhalten der Brennkraftmaschine ab. Mit der durch die Endstufe an die Einspritzventile abgegebe¬ nen elektrischen Leistung schwankt auch die Verlustleistung der Endstufe zeitabhängig. Die elektrische Verlustleistung der Endstufe und des Steuergeräts führt zu einer Erwärmung des Steuergeräts. Im Fall eines großen Leistungsbedarfs der Einspritzventile der Brennkraftmaschine und einer entspre¬ chend großen Verlustleistung kann die Erwärmung des Steuergeräts zu einer Zerstörung des Steuergeräts führen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Steuergerät zum Ansteuern einer Brennkraft¬ maschine bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Steu¬ ergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist wei¬ ter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ver- fahren zum Betreiben eines Steuergeräts zum Ansteuern einer Brennkraftmaschine anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzug¬ te Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angeben. Ein erfindungsgemäßes Steuergerät zum Ansteuern mindestens eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine umfasst eine Endstufe, die dazu vorgesehen ist, das Einspritzventil mit Energie zu versorgen. Dabei weist das Steuergerät eine Mess¬ vorrichtung auf, die dazu vorgesehen ist, eine elektrische Betriebsgröße zu ermitteln. Weiter ist das Steuergerät ausge¬ bildet, eine elektrische Verlustleistung der Endstufe zu er¬ mitteln. Vorteilhafterweise kann das Steuergerät dann aus der Kenntnis der elektrischen Verlustleistung der Endstufe schließen, ob eine übermäßige Erwärmung des Steuergeräts zu befürchten ist. In diesem Fall kann das Steuergerät geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen.
Zweckmäßigerweise ist die elektrische Betriebsgröße eine Stromstärke und/oder eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Ladung. Vorteilhafterweise eignen sich diese Be¬ triebsgrößen, um eine elektrische Energie und/oder eine elektrische Leistung zu errechnen. Bevorzugt ist das Steuergerät ausgebildet, eine elektrische Verlustleistung des Steuergeräts zu ermitteln. Vorteilhafterweise können dadurch auch elektrische Verluste, die an ande¬ rer Stelle des Steuergeräts als in der Endstufe des Steuerge¬ räts entstehen, berücksichtigt werden.
In einer Weiterbildung weist das Steuergerät eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Temperatur des Steuergeräts auf, wobei das Steuergerät außerdem ein Kennfeld aufweist, und wobei das Steuergerät ausgebildet ist, dem Kennfeld eine von der Ver- lustleistung des Steuergeräts oder von der Verlustleistung der Endstufe und von der Temperatur des Steuergeräts abhängige Statusinformation zu entnehmen. Vorteilhafterweise kann dann berücksichtigt werden, dass eine Temperaturerhöhung des Steuergeräts sich kritischer auswirkt, wenn das Steuergerät bereits eine hohe Temperatur aufweist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Steuerge¬ räts zum Ansteuern mindestens eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine weist Verfahrensschritte auf zum Ermitteln einer elektrischen Verlustleistung einer Endstufe des Steuergeräts, und zum Bilden einer Statusinformation. Vorteilhafterweise kann durch dieses Verfahren eine übermäßige Erwärmung des Steuergeräts durch die elektrische Verlustleistung der Endstufe vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens werden zum Ermitteln der elektrischen Verlustleistung der Endstufe Verfahrensschritte ausgeführt zum Ermitteln einer Spannung, die während eines Einspritzpulses an ein Einspritzventil angelegt wird, zum Ermitteln einer Ladung, die während des Einspritzpulses zwischen der Endstufe und dem Einspritzventil trans¬ portiert wird, zum Errechnen einer während des Einspritzpul¬ ses aufgewandten Energiemenge, zum Errechnen einer Ventil- energie als Summe aller Energiemengen, die während eines festgelegten Messzeitraums für Einspritzpulse des Einspritz¬ ventils aufgewandt werden, zum Errechnen einer Gesamtenergie als Summe der Ventilenergien aller Einspritzventile der
Brennkraftmaschine, zum Errechnen einer durchschnittlichen Ventilenergie durch Division der Gesamtenergie durch eine An¬ zahl von Einspritzventilen der Brennkraftmaschine, zum Errechnen einer durch die Einspritzventile aufgenommenen Leistung durch Division der durchschnittlichen Zylinderenergie durch eine gegenwärtige Segmentdauer, und zum Errechnen der elektrischen Verlustleistung der Endstufe durch Multiplikation der durch die Einspritzventile aufgenommenen Leistung mit einem festgelegten Verlustfaktor. Vorteilhafterweise gestattet dieses Verfahren eine sehr genaue Berechnung der elektrischen Verlustleistung der Endstufe.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Ladung durch zeitliche Integration eines in das Einspritzventil fließenden elektrischen Stroms ermittelt. Vorteilhafterweise ist ein elektrischer Strom einfacher zu messen als eine elektrische Ladung. Daher ist es günstig, die Ladung durch Integration des Stroms zu bestimmen.
Es ist zweckmäßig, wenn vor dem Bilden der Statusinformation eine Gesamtverlustleistung des Steuergeräts ermittelt wird. Vorteilhafterweise können dann neben der Verlustleistung der Endstufe des Steuergeräts auch andere Verlustleistungen des Steuergeräts berücksichtigt werden. Dadurch wird eine noch genauere Vorhersage der Temperaturentwicklung des Steuerge¬ räts möglich. Ebenfalls ist es zweckmäßig, wenn vor dem Bilden der Status¬ information eine Temperatur des Steuergeräts ermittelt wird. Vorteilhafterweise kann dadurch berücksichtigt werden, dass eine Temperaturerhöhung des Steuergeräts weniger kritisch ist, wenn dieses eine niedrige Temperatur aufweist, als wenn es eine hohe Temperatur aufweist.
Bevorzugt weist die Statusinformation eine Information darü- ber auf, ob die Temperatur des Steuergeräts einen festgeleg¬ ten Grenzwert überschreitet. Vorteilhafterweise kann dadurch eine drohende Zerstörung des Steuergeräts erkannt und durch geeignete Maßnahmen verhindert werden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Figur näher erläutert. Sie zeigt eine schematische Darstellung eine Brenn¬ kraftmaschine mit einem Steuergerät zum Steuern einer Brenn¬ kraftmaschine . Die Figur zeigt in schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine 100 eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 100 kann beispielsweise ein Diesel- oder Ottomotor sein. Das Kraftfahrzeug kann ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein anderes Kraftfahrzeug sein. Die Brennkraftmaschine 100 weist eine Mehrzahl von Einspritzventilen auf. In der Figur sind ein erstes Einspritzventil 110 und ein zweites Ein¬ spritzventil 120 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 100 kann jedoch auch eine andere Zahl von Einspritzventilen aufweisen. Die Einspritzventile 110, 120 sind dazu vorgesehen, Kraft- Stoff in einen oder mehrere Brennräume der Brennkraftmaschine 100 einzuspritzen. Die Brennräume können beispielsweise als Zylinder der Brennkraftmaschine 100 ausgebildet sein. Pro Zy¬ linder der Brennkraftmaschine 100 können ein oder mehrere Einspritzventile 110, 120 vorgesehen sein. Die Brennkraftma- schine 100 kann beispielsweise 4 oder 8 Zylinder oder eine andere Anzahl von Zylindern aufweisen.
Jedes der Einspritzventile 110, 120 weist einen Aktuator auf, der elektrisch ansteuerbar ist, um einen Einspritzimpuls auszulösen. Der Aktuator kann beispielsweise als Piezoaktuator ausgebildet sein.
Die Figur zeigt weiter ein Steuergerät 200. Das Steuergerät 200 ist dazu vorgesehen, die Einspritzventile 110, 120 anzus¬ teuern. Hierzu weist das Steuergerät 200 eine Endstufe 210 auf. Die Endstufe 210 ist mit den Einspritzventilen 110, 120 der Brennkraftmaschine 100 verbunden. Das Steuergerät 200 weist außerdem einen Mikroprozessor 240 auf, der dazu ausge- bildet ist, ein Steuerprogramm auszuführen. Anstelle des Mikroprozessors 240 kann das Steuergerät 200 auch einen Mikro- controller aufweisen. Das auf dem Mikroprozessor 240 ablaufende Programm steuert oder regelt die Ansteuerung der Ein- spritzventile 110, 120 durch die Endstufe 210. Hierbei gibt das auf dem Mikroprozessor 240 ablaufende Programm beispiels¬ weise Zeitpunkte vor, zu denen die Endstufe 210 eines der Einspritzventile 110, 120 mit Spannung und Strom beauf¬ schlagt, um das jeweilige Einspritzventil 110, 120 zum Ein¬ spritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftma- schine 100 zu veranlassen. Diese Zeitpunkte berechnet das auf dem Mikroprozessor 240 ablaufende Programm anhand unterschiedlicher Vorgaben wie beispielsweise einer momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine 100, einem von der Brennkraftmaschine 100 gefordertem Drehmoment, einer geforderten Laufruhe der Brennkraftmaschine 100 und einem geforderten Ab¬ gasverhalten der Brennkraftmaschine 100.
In der Verbindung zwischen der Endstufe 210 und den Ein- spritzventilen 110, 120 der Brennkraftmaschine 100 sind ein Strommessgerät 220 und ein Spannungsmessgerät 230 angeordnet. Das Strommessgerät 220 ist dazu ausgebildet, eine zwischen der Endstufe 210 und einem der Einspritzventile 110, 120 fließende Stromstärke zu ermitteln. Das Spannungsmessgerät 230 ist das ausgebildet, eine von der Endstufe 210 an eines der Einspritzventile 110, 120 angelegte elektrische Spannung zu ermitteln. Anstelle des Strommessgeräts 220 oder zusätz¬ lich zum Strommessgerät 220 kann in der Verbindung zwischen der Endstufe 210 und den Einspritzventilen 110, 120 auch ein Ladungsmessgerät angeordnet sein, das dazu ausgebildet ist, eine zwischen der Endstufe 210 und einem der Einspritzventile 110, 120 ausgetauschte elektrische Ladung zu ermitteln.
Das Steuergerät 200 weist außerdem ein Temperaturmessgerät 250 auf, das dazu vorgesehen ist, eine Temperatur des Steuer¬ geräts 200 zu ermitteln. Das auf dem Mikroprozessor 240 ablaufende Steuerprogramm kann die durch das Temperaturmessge¬ rät 250 ermittelte Temperatur des Steuergeräts 200 abfragen. Das Steuergerät 200 ist außerdem mit einem Kennfeld 260 aus- gestattet, das beispielsweise in Form eines nichtflüchtigen Datenspeichers realisiert sein kann.
Das Steuergerät 200 veranlasst die Einspritzventile 110, 120 zu Einspritzungen. Die Anzahl und Dauer solcher Betätigungen der Einspritzventile 110, 120 durch das Steuergerät 200 pro Zeiteinheit ist üblicherweise nicht konstant. Damit ist auch die zum Betrieb der Einspritzventile 110, 120 der Brennkraft¬ maschine 100 notwendige elektrische Energie und Leistung nicht konstant. Durch die Gestaltung der Endstufe 210 des Steuergeräts 200 ist allerdings die maximal zur Verfügung stehende elektrische Leistung begrenzt. Durch die Ansteuerung der Einspritzventile 110, 120 fällt in der Endstufe 210 au¬ ßerdem eine Verlustleistung an, die zu einer Erwärmung des Steuergeräts 200 führt. Eine übermäßige Erwärmung des Steuer- geräts 200 kann zur Zerstörung des Steuergeräts 200 führen. Somit ist auch die maximale Verlustleistung in der Endstufe 210 begrenzt. Die maximal zulässige Verlustleistung hängt da¬ bei auch von einer gegenwärtigen Temperatur des Steuergeräts 200 ab. Eine niedrigere Temperatur des Steuergeräts 200 er¬ laubt eine stärkere Erwärmung des Steuergeräts, bevor das Steuergerät 200 zerstört wird. Aus diesen Gründen ist eine Überwachung der durch die Endstufe 210 an die Einspritzventi¬ le 110, 120 abgegebenen elektrischen Leistung sowie der elektrischen Verlustleistung wünschenswert.
Im Folgenden wird angenommen, dass die Brennkraftmaschine 100 nach dem Vier-Takt-Verfahren betrieben wird und ein Einspritzventil 110, 120 pro Zylinder aufweist. Das im Folgenden erläuterte Verfahren lässt sich jedoch analog auch auf andere Brennkraftmaschinen übertragen. Bei der nach dem Vier-Takt- Verfahren angesteuerten Brennkraftmaschine 100 findet an ei¬ nem einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine 100 in jeder zweiten Umdrehung einer Kurbelwelle eine Einspritzung oder eine Serie von Einspritzungen statt. Innerhalb von zwei Um¬ drehungen der Kurbelwelle spritzen also alle Einspritzventile 110, 120 der Brennkraftmaschine 100 einmal ein. Für jeden der n Zylinder der Brennkraftmaschine 100 steht dabei ein Kurbel¬ wellensegment
720°
a =
n zur Verfügung. Bei einer Motordrehzahl N (in Umdrehungen pro Minute) ergibt sich eine Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwel- le co = N x360° . Dadurch ergibt sich die zeitliche Dauer des für einen Zylinder der Brennkraftmaschine 100 zur Einspritzung zur Verfügung stehenden Segments in Sekunden zu a 120
T =—
ω nN
Zur Ansteuerung eines Einspritzventils 110, 120 beaufschlagt die Endstufe 210 das entsprechende Einspritzventil 110, 120 mit einer Spannung U, die dazu führt, dass zwischen der End- stufe 210 und dem entsprechenden Einspritzventil 110, 120 ein Strom I fließt, wodurch zwischen der Endstufe 210 und dem entsprechenden Einspritzventil 110, 120 eine elektrische La¬ dung Q ausgetauscht wird. Die Spannung U, die Stromstärke I und/oder die Ladung Q kann das Steuergerät 200 mittels des Strommessgeräts 220 und des Spannungsmessgeräts 230 ermit¬ teln. Die Ladung
Figure imgf000010_0001
kann dabei gegebenenfalls durch zeitliche Integration der Stromstärke I ermittelt werden. Der durch die Spannung U induzierte Austausch der Ladung Q führt dazu, dass die Endstufe 210 dem entsprechenden Einspritzventil 110, 120 während einer Ansteuerung die Energie
E PULS
Figure imgf000010_0002
zuführt. Finden pro Einspritzsegment mehrere Einspritzunge statt, so wird dem Einspritzventil 110, 120 insgesamt die Summe der Einzelenergien, also die Energie
Figure imgf000011_0001
zugeführt. Allen Einspritzventilen 110, 120 der Brennkraftma¬ schine 100 zusammen wird also durch die Endstufe 210 die Energie
Figure imgf000011_0002
zugeführt. Der letzte Ausdruck gilt dabei, falls die den ein- zelnen Einspritzventilen 110, 120 zugeführte Energie E_VENTIL jeweils etwa gleich ist.
Daraus ergibt sich die mittlere pro Einspritzventil 110, 120 zugeführte Energie E_AVG zu
77 _ GESAMT ^ 77
^ AVG ~ ~ ^VENTIL *
n
Der letzte Ausdruck gilt dabei wieder, falls die den einzel¬ nen Einspritzventilen 110, 120 zugeführte Energie E_VENTIL jeweils etwa gleich ist. Die durchschnittliche Ventilenergie E_AVG wird also pro Segmentdauer T einmal durch die Endstufe 210 einem der Einspritzventile 110, 120 der Brennkraftmaschi ne 100 zugeführt. Daraus errechnet sich die durch die Ein- spritzventile 110, 120 aufgenommene Leistung P zu p _ ^ F AVG _ F GESAMT 1N v ^ F VENTILnN _ nlN ^
T 120 ~ 120 " 120 ^ PÜLS
Die Einspritzventile 110, 120 der Brennkraftmaschine 100 neh¬ men zusammen also die Leistung P auf. Der genäherte Ausdruck gilt wieder für den Fall, dass die den einzelnen Einspritz- ventilen 110, 120 zugeführte Energie E_VENTIL jeweils etwa gleich ist.
Zusätzlich gibt es in der Endstufe 210 jedoch Verluste, die dazu führen, dass die Endstufe 210 und somit das ganze Steu¬ ergerät 200 sich erwärmen. Die Größe dieser Verlustleistung kann durch einen Verlustfaktor f_VERLUST berücksichtigt werden. Die in der Endstufe 210 wirkende Verlustleistung P_V,END berechnet sich dann zu
Py,END — P X f VERLUST *
Außer in der Endstufe 210 wirkt auch in anderen Teilen des Steuergeräts 200 eine Verlustleistung P_V,ECU, die als kons- tant angenommen werden kann. Die gesamte, im Steuergerät 200 abfallende Verlustleistung P_V ergibt sich somit zu
Figure imgf000012_0001
Das auf dem Mikroprozessor 240 im Steuergerät 200 ablaufende Softwareprogramm ist dazu ausgebildet, die oben dargelegten Berechnungen durchzuführen. Zusätzlich kann das auf dem Mikroprozessor 240 ablaufende Programm die durch das Temperaturmessgerät 250 ermittelte Temperatur Θ des Steuergeräts 200 abfragen.
Das Steuergerät 200 kann nun dazu ausgebildet sein, aus der errechneten gesamten Verlustleistung P_V und der Temperatur Θ eine Statusinformation zu generieren. Das Kennfeld 260 kann beispielsweise als Funktionen der gesamten Verlustleistung
P_V und der Temperatur Θ Informationen darüber enthalten, ob die gegenwärtige gesamte Verlustleistung P_V bei der gegenwärtigen Temperatur Θ des Steuergeräts 200 zu einer gefährli- chen Erwärmung des Steuergeräts 200 führt. Das Steuergerät 200 kann diese Information entweder an andere Steuergeräte weitergeben oder selbst verarbeiten. Sollte das Steuergerät 200 beispielsweise feststellen, dass die gegenwärtige Ver- lustleistung P_V zu hoch ist, so kann das Steuergerät 200 Maßnahmen zur Reduzierung dieser Verlustleistung ergreifen. Diese Maßnahmen können beispielsweise darin bestehen, die Zahl der Einspritzvorgänge pro Zeiteinheit zu reduzieren. Das Steuergerät 200 kann außerdem dazu ausgebildet sein, die ermittelte gesamte Verlustleistung P_V, die ermittelte Tempe¬ ratur Θ des Steuergeräts 200 und/oder die ermittelte Status¬ information in einem nichtflüchtigen Datenspeicher zu hinterlegen. Diese Informationen können beispielsweise bei der Analyse eines Ausfalls des Steuergeräts 200 oder des Kraft¬ fahrzeugs hilfreich sein.

Claims

Steuergerät (200)
zum Ansteuern mindestens eines Einspritzventils (110, 120) einer Brennkraftmaschine (100),
wobei das Steuergerät (200) eine Endstufe (210) umfasst, die dazu vorgesehen ist, das Einspritzventil (110, 120) mit Energie zu versorgen,
wobei das Steuergerät (200) mindestens eine Messvorrich¬ tung (220, 230) aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine elektrische Betriebsgröße zu ermitteln,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät (200) ausgebildet ist, eine elektrische Verlustleistung (P_V,END) der Endstufe (210) zu ermitteln .
Steuergerät (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Betriebsgröße eine Stromstärke (I) und/oder eine elektrische Spannung (U) und/oder eine elektrische Ladung (Q) ist.
Steuergerät (200) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (200) ausge¬ bildet ist, eine elektrische Verlustleistung (P_V) des Steuergeräts (200) zu ermitteln.
Steuergerät (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (200) eine Vorrichtung (250) zum Ermitteln einer Temperatur (Θ) des Steuergeräts (200) aufweist,
wobei das Steuergerät (200) ein Kennfeld (260) aufweist, wobei das Steuergerät (200) ausgebildet ist, dem Kennfeld (260) eine von der Verlustleistung (P_V) des Steuergeräts (200) oder von der Verlustleistung (P_V,END) der Endstufe (210) und von der Temperatur (Θ) des Steuergeräts (200) abhängige Statusinformation zu entnehmen.
Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts (200)
zum Ansteuern mindestens eines Einspritzventils (110,
120) einer Brennkraftmaschine (100),
gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- Ermitteln einer elektrischen Verlustleistung (P_V,END) einer Endstufe (210) des Steuergeräts (200);
- Bilden einer Statusinformation.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der elektrischen Verlustleistung (P_V,END) der Endstufe (210) folgende Verfahrensschritte ausge¬ führt werden:
Ermitteln einer Spannung (U) , die während eines Einspritzpulses an ein Einspritzventil (110, 120) ange¬ legt wird;
- Ermitteln einer Ladung (Q) , die während des Einspritzpulses zwischen der Endstufe (210) und dem Einspritzventil (110, 120) transportiert wird;
- Errechnen einer während des Einspritzpulses aufgewand¬ ten Energiemenge (E_PULS) ;
- Errechnen einer Ventilenergie (E_VENTIL) als Summe aller Energiemengen (E_PULS) , die während eines festgeleg¬ ten Messzeitraums für Einspritzpulse des Einspritzven¬ tils (110, 120) aufgewandt werden;
- Errechnen einer Gesamtenergie (E_GESAMT) als Summe der Ventilenergien (E_VENTIL) aller Einspritzventile (110, 120) der Brennkraftmaschine (100);
- Errechnen einer durchschnittlichen Ventilenergie
(E_AVG) durch Division der Gesamtenergie (E_GESAMT) durch eine Anzahl (n) von Einspritzventilen (110, 120) der Brennkraftmaschine (100); - Errechnen einer durch die Einspritzventile (110, 120) aufgenommenen Leistung (P) durch Division der durchschnittlichen Zylinderenergie (E_AVG) durch eine gegen¬ wärtige Segmentdauer (T) ;
- Errechnen der elektrischen Verlustleistung (P_V,END) der Endstufe (210) durch Multiplikation der durch die Einspritzventile (110, 120) aufgenommenen Leistung (P) mit einem festgelegten Verlustfaktor (f_VERLUST) .
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung (Q) durch zeitliche Integration eines in das Einspritzventil (110, 120) fließenden elektrischen Stroms (I) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, dass vor dem Bilden der Statusinformation eine Gesamtverlustleistung (P_V) des Steuergeräts (200) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bilden der Statusinformation eine Temperatur (Θ) des Steuergeräts (200) ermittelt wird .
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statusinformation eine Information darüber aufweist, ob die Temperatur (Θ) des Steuergeräts (200) einen fest¬ gelegten Grenzwert überschreitet.
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