Beschreibung description
Titel title
Verfahren zur Überwachung eines Steuergeräts für eine Einspritzanlage in einem Kraftfahrzeug Method for monitoring a control unit for an injection system in a motor vehicle
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. 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.
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. PRIOR ART There are various restrictions or limitations with regard to an available maximum output power for injection output stages in control units for so-called common rail solenoid valve and piezo valve injectors. Limiting elements or factors are: a) a maximum output power of a DC-DC converter or DC / DC converter to be used as part of a respective control device or a capacity of a connected buffer capacitor (also referred to as a buffer capacitor). Such transducers are required for piezo valve injectors (PV) in order to build up a voltage required for charging an actuator (up to 245 volts), and for solenoid valve injectors to achieve a so-called booster voltage (about 45 volts). , Depending on the valve, the energy consumed per control depends on various parameters. In the case of piezo valve injectors, this is, for example, a so-called rail pressure, with solenoid valve injectors a respective injector temperature, which in turn leads to an extended booster phase. The converter itself depends in both cases on a corresponding battery voltage.
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. b) maximum RMS currents for which the respectively provided different components of the injection output stage are enabled in a corresponding control unit. By definition, 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. c) 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.
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. Ultimately, these limiting factors result in a maximum number of drives, generally indicated per cylinder and duty cycle, that can be performed by the controller without the controller suffering damage. The maximum number of drives is usually specified as a function of the so-called rail pressure and a speed of an engine to be controlled.
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. On the other hand, the requirements for the number of drives are getting bigger. By changing injection strategies, such as a split post-injection, or multiple pilot injections and additional functions that require controls without being injected, for example. In a so-called blankshot function with solenoid valve injectors without pressure loss (DRV) control units are now generally burdened to the limit of the possible. A performance of a corresponding control device is indeed in advance depending on various boundary conditions or limiting factors calculated very accurately by a corresponding module; However, a meaningful monitoring in the sense of a controller protection against overload does not yet exist. Only a so-called "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. In addition, 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.
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 elektrischeThe 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. In this method, a destruction of the controller or a DC / DC converter located therein due to a thermal load to be avoided by a control device. This control device is designed to the required in the actuators of the internal combustion engine mean electric
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. Detecting power, and requesting a reduction of this power at a controller, when the power is greater than a predetermined target power, as represented by the control unit to the actuators deliverable rated power.
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. Another method for operating an internal combustion engine is described in the document DE 192 40 493 A1 of Robert Bosch GmbH. Here, at least one injection valve of the internal combustion engine is associated with a piezoelectric actuator, which is controlled by a control unit. It is provided that a control signal provided for this purpose is changed as a function of a drive power received by the piezoelectric actuator. As a result, inter alia, a loss of energy, which is converted into a power output stage of the controller, reduced, whereby the temperature of the controller decreases. From the document DE 10 2005 042 530 A1 of Denso Corp. a fuel injection system for an internal combustion engine is known. Here, a control unit controls a power supply to a solenoid of an electromagnetic actuator of a fuel injector. There is first the supply of a peak current and then the supply of a first and a second constant current. As a result, a setpoint value for the supply of the first constant current is set to a value which is significantly below a battery voltage, so that constant monitoring of the battery voltage is no longer necessary. This also results in a reduction in the load on the electronic control system.
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. Against the background of the cited prior art, it would now be desirable to provide a method which makes it possible to prevent more actuations being carried out by the control device during the operating time of the control device than the design of the respective control device permits.
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. DISCLOSURE OF THE INVENTION Against this background, a method for monitoring a control unit for an injection system in a motor vehicle with the features of claim 1, a control module with the features of claim 5 and a control unit with the features of claim 10 are presented. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.
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. According to the invention, a method is provided 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. By means of the method according to the invention, in particular a design of a corresponding control device can be monitored.
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. In this case, 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.
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. 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.
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. Since, by means of the method according to the invention, in particular its design can be continuously monitored during runtime of the control device, ie already in an application phase of the respective control device, operating points in which an output power of the control device is exceeded are already noticeable at an early stage. Measures can be defined and carried out at an early stage.
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. It is achieved by the method according to the invention that a limitation of injections is strictly based on the respective control unit design. This ensures that all parameters relevant to the protection of the respective control unit are effectively monitored. Furthermore, there is no need for a costly offline check of a corresponding data, ie data implementation. By switching to broken rational calcula- tion of the maximum permissible drive frequency, an actual maximum can always be displayed without delay. This is particularly important for a "blank shot" pressure reduction function, since this pressure reduction function does not require "controls per load cycle" but "controls per unit time".
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. 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.
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. It is conceivable that in the method according to the invention first the maximum permissible drive frequency for the control unit is determined, which is then converted with a speed-dependent factor into a maximum allowable number of drives per cylinder and load cycle.
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. Furthermore, 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. In particular, 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. It is conceivable that the control module is an integral part of the control device to be monitored. Furthermore, it is conceivable that the control module is designed specifically for a piezo valve injector. It is also conceivable that the control module is designed specifically for a solenoid valve injector.
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. 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.
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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Kontrollmodul implementierten Funktion, die insbesondere für Piezoventil-Injektoren geeignet ist; 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;
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Abhängigkeit einer Ausgangsleistung eines Gleichstromwandlers von einer entsprechenden Batteriespannung; Figure 2 shows a schematic representation of a dependence of an output power of a DC-DC converter from a corresponding battery voltage;
Figur 3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform einer in einem erfindungsgemäßen Kontrollmodul implementierten Funktion, die insbesondere für Magnetventil-Injektoren eingesetzt werden kann; 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;
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Stromprofil bei Ansteuerung eines Magnetventil-Injektors; Figure 4 shows a schematic representation of a current profile when driving a solenoid valve injector;
Figur 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Verlauf eines Integrators zur Begrenzung eines Überlastbetriebs bei einer Magnetventil-Endstufe. 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.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
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. The figures are described in a coherent and comprehensive manner, like reference numerals designate like components. 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.
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. Essentially, two blocks are to be distinguished. In the upper part (above the dotted line) are limiting factors due to a maximum allowable effective current load of the controller shown. 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.
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. With the control module to be provided according to the invention, 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.
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. 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.
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. From the characteristic curves KL 1 and KL 2 shown, a first maximum intermediate drive frequency now results, taking into account the minimum frequency f MIN mentioned, which is marked here in step 10 as MAX.
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. Below the dotted line, a function block is shown in which a respective limitation is calculated by the DC / DC converter power and an energy requirement per control. An output power of the DC / DC converter is dependent solely on the respective battery voltage U BATT both in a piezo and in a solenoid valve system. This dependency is shown in the characteristic curve KL 3. An example of a detailed dependency is shown in the following Figure 2.
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. 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.
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. Injector-specific data are taken into account in an application of the characteristic curve KL 4, similar to the characteristic KL 1. By dividing or dividing the power by the energy one obtains directly the maximum driving frequency of this path.
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. Since the result of this block indicates how many activations can be carried out to the maximum, limiting to a minimum value makes no sense, since, as already stated, the DC / DC converter performance in extreme cases only limits despite limitations to a minimum value in the function is sufficient for fewer activations and possibly omit injections arbitrarily.
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. However, it can also be limited to at least one control here, which is not shown in FIG. 1 in order to enable an engine start even in low battery voltage ranges. Finally, a minimum of both function blocks is formed, which is the correct value for the desired limit, which is indicated here by stage 11. The obtained maximum allowable drive frequency is then rescaled with a speed-dependent factor S, so that a maximum allowable number of drives per cylinder and load cycle N MAX is obtained.
Figur 2 zeigt, wie bereits erwähnt, eine Abhängigkeit einer Ausgangsleistung eines DC/DC-Wandlers in Einheiten P[W] von einer jeweiligen BatteriespannungAs already mentioned, FIG. 2 shows a dependence of an output power of a DC / DC converter in units P [W] on a respective battery voltage
UBATT M. 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. 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.
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. In the upper part (above the dashed line) again limiting factors due to a maximum allowable effective current load of the controller are shown. Since in a calculation of the effective currents of the control unit, the current is received in square, especially the so-called booster phase, as shown in the following Figure 4, relevant. The duration and the current level of this booster phase are dependent on other control parameters, which is why an allowable maximum drive frequency f NO R is approximately constant. However, it is allowed for a limited time to use a higher frequency fovrLd. This is necessary if, for example, a Blankshot- function that degrades the rail pressure P RA i in systems without pressure valve DRV via control in which the respective injector does not open and only control amount is discharged into the return, requires more control for pressure regulation, as f NO . An overload release takes place via a switch S1 only in case of need. The switch S1 is then monitored by an integrator. When switch position 1, the integrator is increased, lowered at switch position 0. If an upper limit is reached, a compulsory pause S1 = 0 takes place, so that the output stage can cool down if necessary. The course of the integrator is exemplary in shown in the following figure 5 and is also part of the function described here.
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 maximaleWhen balancing the DC / DC converter in the lower part of the illustration, the same applies. The energy consumption W NO R per control is also characterized by a booster phase, since the current is driven through the DC / DC converter only in this booster phase. In a tightening and holding current phase, the power is fed directly from a corresponding onboard power supply battery. The exception here is the start at low temperatures (so-called TSC = temperature specific curent). If this function is active, a switch S2 to the energy W H IGH, switched because in this operation, the pull-in current phase is also fed from the DC / DC converter or the associated buffer capacitor. The remaining part of the function is identical to the function already described in connection with FIG. 1 for the piezo valve output stage. In the upper part, taking into account a minimum frequency f MIN, a first maximum results
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. Intermediate drive frequency, which is referred to herein as "MAX" in step 100. Finally, similar to the case of FIG. 1, a minimum "MIN" of both function blocks is formed, which represents the correct value for the desired limitation, which is indicated here by stage 110. The obtained maximum allowable drive frequency is then rescaled with a speed-dependent factor S, so that a maximum allowable number of drives per cylinder and load cycle N MAX is obtained.
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. 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 [με] is shown here. You can distinguish three different phases 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.
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.
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. In 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.