WO2012175248A1 - Verfahren zum betreiben einer kraftstofffördereinrichtung - Google Patents

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WO2012175248A1
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voltage
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PCT/EP2012/057988
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Uwe Richter
Joerg Kuempel
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/0265—Pumps feeding common rails

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1, and a drive circuit, a computer program and a control and / or regulating device according to the independent claims.
  • Quantity control valves for example in a fuel delivery device of an internal combustion engine, are known from the market. Rate control valves are generally operated electromagnetically and are often part of a high-pressure pump of the fuel delivery device. The quantity control valve controls the amount of fuel flowing to a high-pressure accumulator, from where the fuel is passed to the injection valves of the internal combustion engine. For example, the quantity control valve has two switching states, between which can be switched by means of an electronic control.
  • Pulse width modulated voltage can be controlled very easily and inexpensively, with good switching properties are possible.
  • a current control of the power amplifier by means of switching thresholds is not required.
  • the invention relates to a method for operating a
  • Fuel delivery device of an internal combustion engine in which an electromagnetic actuator of a arranged in an inlet to a delivery chamber of the fuel delivery device quantity control valve is switched to adjust a flow rate.
  • the electromagnetic actuator is in each switching operation in which an armature of the electromagnetic actuator, for example, to be moved against the force of an armature spring in the direction of a stroke stop, by means of
  • Control energy supplied is carried out by means of a pulse width modulation.
  • a pulse width modulation For example, this will be one
  • the control of the electromagnetic actuator or the coil is such that the armature from a first position - generally from a rest seat - in a second position - generally to a stroke stop
  • the control according to the invention comprises at least three phases.
  • a first phase the coil is continuously switched to the voltage for a comparatively short period of time.
  • a subsequent second phase the coil is periodically switched to the voltage at a first frequency and at a first duty cycle.
  • the coil is in turn periodically connected to a second frequency and with a second duty cycle to the voltage.
  • the first and the second duty cycle are generally different from each other.
  • the second duty cycle is set such that a mean electric power is lower during the third phase than during the second phase.
  • An embodiment of the invention provides that a respective duration of the three phases and / or the first frequency and / or the second frequency and / or the first duty cycle and / or the second duty cycle as a function of the voltage and / or a temperature and / or or a line resistance and / or a rotational speed of the internal combustion engine can be adjusted.
  • the temperature is for example a temperature of the coil and the
  • Line resistance is a lead resistance of a cable for connecting the coil to a drive circuit, which is preferably arranged in a control and / or regulating device of the internal combustion engine.
  • the invention provides that the first and the second phase cause a starting phase of the armature, and that the third phase causes a holding phase of the armature.
  • the tightening phase is the phase in which the armature is moved by magnetic force from the rest seat to the stroke stop.
  • the hold phase is that phase in which the armature is held in place by a - generally lower - magnetic force on the stroke stop.
  • the method according to the invention can be advantageously used to simulate a conventional so-called "current-controlled" control of the electromagnetic actuator and to replace it almost equally, with a considerable effort can be saved.
  • a "current controlled” driver generally uses lower and upper current thresholds to control the current flowing through the coil using hysteresis. If the lower current threshold is undershot, the coil is switched to the voltage. If the upper current threshold is exceeded, the coil is switched off by the voltage. This results in an oscillating time curve of the coil current between the two current thresholds.
  • the energy W to be applied during the starting phase is proportional to an integral of the current I over the starting time t: t-suit, end
  • the energy W to be applied during the starting phase is likewise proportional to an integral of the current I over the starting time t:
  • control according to the invention is preferably dimensioned such that an equality of the energies W to be expended during the starting phase results:
  • a sum energy of the control of the coil during the third phase to a sum energy of the current-controlled control during the holding phase can be approximately the same or be made as equal in a comparable manner.
  • the inventive method is simplified when the respective duration of the three phases and / or the first frequency and / or the second frequency and / or the first duty cycle and / or the second duty cycle is determined using at least one map.
  • the map can be the above-mentioned dependence on the voltage, the coil temperature, the
  • the map for a particular series of quantity control valves can be determined once on a test bench, and stored, for example, in a data memory of the control and / or regulating device of the internal combustion engine.
  • a further simplification of the invention is when the first frequency is equal to the second frequency.
  • a simplified clock generation for driving the electromagnetic actuator can be used, wherein the different during the second and the third phase average electrical power substantially by a respective
  • Duty cycle can be adjusted.
  • the invention comprises a drive circuit for actuating the electromagnetic actuating device of the quantity control valve, which has means for carrying out an activation by means of at least three phases according to at least one of the preceding claims.
  • the control takes place via a pulse width modulation of the voltage generating the drive power.
  • the necessary electronic circuit is simple and inexpensive to produce.
  • the inventive method is scalable within wide limits, so that it is often not necessary to different structural embodiments of
  • the method is particularly easy to carry out if it is carried out by means of a computer program on the control and / or regulating device ("control unit") of the internal combustion engine, in particular using the map described above.
  • the device is set up by loading the computer program with the features of the independent computer program claim from a storage medium.
  • the storage medium is understood as meaning any device that contains the computer program in stored form.
  • Figure 1 is a simplified diagram of a fuel delivery of a
  • Figure 2 is a sectional view of a high-pressure pump of
  • a fuel delivery device together with a quantity control valve and an electromagnetic actuator
  • Figure 3 is a timing diagram of a control of the electromagnetic
  • Figure 4 is a simplified block diagram to supplement the method.
  • FIG. 1 shows a fuel delivery device 10 of an internal combustion engine in a greatly simplified representation. From a fuel tank 12 is fuel via a suction line 14, by means of a feed pump 16, via a
  • Actuator 20 (“solenoid") operable quantity control valve 22 of a high-pressure pump 24 is supplied. Downstream is the high pressure pump 24 connected via a high-pressure line 26 to a high-pressure accumulator 28 ("common rail").
  • High-pressure pump 24 are not shown in the figure 1.
  • Electromagnetic actuator 20 is controlled by means of a control circuit 31 arranged on a control and / or regulating device 30.
  • control and / or regulating device 30 has a computer program 32 and a map 34.
  • the quantity control valve 22 may be formed as a unit with the high-pressure pump 24.
  • the high-pressure pump 24 may be formed as a unit with the high-pressure pump 24.
  • the prefeed pump 16 conveys fuel from the fuel tank 12 into the low-pressure line 18
  • Quantity control valve 22 the amount of fuel supplied to a working space of the high-pressure pump 24 by an armature 46 (see Figure 2) of the
  • Electromagnet 20 from a first to a second position - and vice versa - is moved.
  • the quantity control valve 22 can thus be closed and opened.
  • Figure 2 shows a partial sectional view (longitudinal section) of
  • High pressure pump 24 of the fuel delivery device 10 together with the quantity control valve 22 and the electromagnetic actuator 20 comprises a housing 36 in which in the in
  • the electromagnetic actuator 20 is arranged in a valve housing 42, and comprises a coil 44, an armature 46, a pole core 48, an armature spring 50, a rest seat 52 and a stroke stop 54.
  • the rest seat 52 represents the first position of the armature 46
  • the stroke stop 54 represents the second position of the armature 46.
  • the armature 46 is acted upon by means of a
  • Coupling element 56 a valve body 58.
  • an associated sealing seat 60 is arranged.
  • the sealing seat 60 is part of a pot-shaped housing element 62, which encloses inter alia the valve body 58 and a valve spring 64. Sealing seat 60 and valve body 58 form the inlet valve of the high-pressure pump 24.
  • the armature 46 is pressed by means of the armature spring 50 in the drawing down against the rest seat 52 in Figure 2, the de-energized state of the electromagnetic actuator.
  • Coupling element 56 is thereby acted upon by the valve body 58 against the force of the valve spring 64, whereby the inlet valve or the
  • Quantity control valve 22 opens. As a result, a fluidic connection between the low-pressure line 18 and the delivery chamber 38 is produced.
  • the armature 46 In the energized state of the electromagnetic actuator 20, the armature 46 is magnetically attracted by the pole core 48, whereby the coupling element 56 connected to the armature 46 is moved upward in the drawing. As a result, the valve body 58 can be pressed against the sealing seat 60 by the force of the valve spring 64 with corresponding fluid pressure ratios, and thus close the inlet valve or the quantity control valve 22. This can be done, for example, when the piston 40 in the delivery chamber 38 performs a working movement (in the drawing up), wherein fuel via an open thereby check valve 66 in the
  • High pressure line 26 can be promoted.
  • Figure 3 shows a timing diagram of a control of the quantity control valve 22.
  • Double arrows 68 and 70 or 72 indicate a first phase or a second phase or a third phase of the control of
  • the armature 46 is moved by magnetic force from the rest seat 52 to the armature 46 Stroke stop 54 moves.
  • the hold phase the armature 46 is held in position by a generally smaller magnetic force on the stroke stop 54.
  • a time interval 74 denotes a further phase of the activation of the electromagnetic actuator 20, in which the energization of the coil 44 is switched off.
  • the current 11 or 12 is reduced comparatively rapidly to zero, so that the armature 46 can fall from the stroke stop 54 back to the rest seat 52.
  • the course of the current 11, which results in the method according to the invention, will be described below.
  • the current 12 results at a
  • the coil 44 is constantly connected to a
  • Voltage for example, a battery voltage of a motor vehicle.
  • the voltage is periodically applied to the coil at a (constant) first frequency 76 and a (constant) first duty cycle 78
  • the first frequency 76 is the reciprocal of the period T of the current 11 shown in the drawing of FIG.
  • the first duty cycle 78 is characterized by a relative duty cycle 80 - in which the current 11 increases - and by a relative turn-off duration 82 - in which the current 11 drops.
  • the voltage is periodically switched to the coil 44 at a second frequency (without reference numeral) and at a second duty cycle (without reference numeral).
  • the second frequency and the second duty cycle are also constant during the third phase. In the present case, the second frequency is equal to the first frequency.
  • Duty cycle has a relative to the first duty ratio lower duty cycle 80, so that there is a correspondingly smaller average value of the current 11 during the third phase.
  • the respective duration of the three phases shown in FIG. 3 as well as the first and the second frequency as well as the first and the second duty cycle are determined using the map 34. This determination is made before the start (time tO) of the drive in dependence on the current level of the voltage, from the current temperature of the coil 44, of the
  • Quantity control valve 22 the result of a control. A regulation by means of the current 11 influencing thresholds does not occur.
  • the sum energy for the first and the second phase can be determined for the current 11 and the current 12, respectively, via the following proportional relationships:
  • the second frequency is different from the first frequency 76.
  • FIG. 4 shows a simplified flowchart for controlling the
  • the illustrated method is preferably performed by means of the computer program 32 in the control and / or regulating device 30 of the internal combustion engine.
  • the illustrated procedure begins, whereby different variables are determined and / or read from a data memory of the control and / or regulating device 30:
  • Quantity control valve 22 and / or the internal combustion engine to be used are used.
  • different drive quantities are determined using the characteristic field 34 on the basis of the variables mentioned above. These driving sizes are:
  • control variables and their value ratio to one another essentially determine the time profile of the current I, as illustrated, for example, as current 11 in FIG.
  • the coil 44 of the electromagnetic actuator 20 is driven using the determined drive quantities.
  • the control variables ascertained in block 86 can be used for a plurality of successive activations of the coil 44 or switching operations of the quantity control valve 22, or alternatively the actuation variables can be newly determined for each individual switching operation of the quantity control valve 22.

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung (10) einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Einstellung einer Fördermenge eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (20) eines Mengensteuerventils (22) geschaltet wird, wobei eine Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (20) zum Bewegen eines Ankers (46) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (20) von einer ersten in eine zweite Position mindestens drei Phasen (68, 70, 72) umfasst, wobei in einer ersten Phase (68) eine Spule (44) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (20) dauernd an eine Spannung geschaltet wird, und wobei in einer zweiten Phase (70) die Spule (44) periodisch mit einer ersten Frequenz (76) und mit einem ersten Tastverhältnis (78) an die Spannung geschaltet wird, und wobei in einer dritten Phase (72) die Spule (44) periodisch mit einer zweiten Frequenz und mit einem zweiten Tastverhältnis an die Spannung geschaltet wird.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Ansteuerschaltung, ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Mengensteuerventile, beispielsweise in einer Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine, sind vom Markt her bekannt. Mengensteuerventile werden im Allgemeinen elektromagnetisch betrieben und sind häufig ein Bestandteil einer Hochdruckpumpe der Kraftstofffördereinrichtung. Das Mengensteuerventil steuert die zu einem Hochdruckspeicher fließende Kraftstoff menge, von wo aus der Kraftstoff zu den Einspritzventilen der Brennkraftmaschine geleitet wird. Beispielsweise weist das Mengensteuerventil zwei Schaltzustände auf, zwischen denen mittels einer elektronischen Ansteuerung geschaltet werden kann.
Eine Patentveröffentlichung aus diesem Fachgebiet ist beispielsweise die EP 1 042 607 B1 .
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Ansteuerschaltung, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein Computerprogramm nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung eines Mengensteuerventils mittels einer
pulsweitenmodulierten Spannung besonders einfach und kostengünstig angesteuert werden kann, wobei gute Schalteigenschaften ermöglicht werden. Eine Stromregelung der Endstufe mittels Schaltschwellen ist nicht erforderlich. Die aufzubringende elektrische Energie bzw. die elektrische Verlustleistung, sowie die erreichbare Geschwindigkeit der Ankerbewegung, eventuelle
Toleranzen der Anker-Anzugszeit und das Betriebsgeräusch sind mit den Eigenschaften einer stromgeregelten Ansteuerung vergleichbar. Eine
Überdimensionierung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung ist ebenfalls nicht erforderlich. In Bezug auf herkömmliche Ansteuerungen mit Pulsweitenmodulation benötigt die erfindungsgemäße Ansteuerung der Endstufe weniger elektrische Leistung und weist eine geringere thermische Belastung auf.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine, bei dem zur Einstellung einer Fördermenge eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung eines in einem Zulauf zu einem Förderraum der Kraftstofffördereinrichtung angeordneten Mengensteuerventils geschaltet wird. Dazu wird der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bei jedem Schaltvorgang, bei welchem ein Anker der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung beispielsweise gegen die Kraft einer Ankerfeder in Richtung auf einen Hubanschlag bewegt werden soll, mittels der
Ansteuerung Energie zugeführt. Dabei wird die Ansteuerung mittels einer Pulsweitenmodulation durchgeführt. Beispielsweise wird dazu eine
Batteriespannung ("Spannung") mehrfach und zumindest zeitweise periodisch an eine Spule der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung geschaltet.
Entsprechend dem Induktionsgesetz ergeben sich dabei abschnittsweise in etwa rampenförmige Zeitverläufe des durch die Spule fließenden Stroms.
Die Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bzw. der Spule erfolgt derart, dass der Anker von einer ersten Position - im Allgemeinen von einem Ruhesitz - in eine zweite Position - im Allgemeinen an einen Hubanschlag
- bewegt wird. Dabei umfasst die erfindungsgemäße Ansteuerung mindestens drei Phasen. In einer ersten Phase wird die Spule für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne dauernd an die Spannung geschaltet. In einer darauf folgenden zweiten Phase wird die Spule periodisch mit einer ersten Frequenz und mit einem ersten Tastverhältnis an die Spannung geschaltet. In einer
anschließenden dritten Phase wird die Spule wiederum periodisch mit einer zweiten Frequenz und mit einem zweiten Tastverhältnis an die Spannung geschaltet. Dabei sind das erste und das zweite Tastverhältnis im Allgemeinen voneinander verschieden. Vorzugsweise ist das zweite Tastverhältnis derart eingestellt, dass eine mittlere elektrische Leistung während der dritten Phase geringer ist als während der zweiten Phase.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine jeweilige Dauer der drei Phasen und/oder die erste Frequenz und/oder die zweite Frequenz und/oder das erste Tastverhältnis und/oder das zweite Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Spannung und/oder einer Temperatur und/oder eines Leitungswiderstands und/oder einer Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Dabei ist die Temperatur beispielsweise eine Temperatur der Spule und der
Leitungswiderstand ist ein Zuleitungswiderstand eines Kabels zum Anschluss der Spule an eine Ansteuerschaltung, welche vorzugsweise in einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dadurch kann die Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung - also der Spule - besonders genau an jeweilige Betriebsbedingungen angepasst werden. Damit kann einerseits ein schnelles und sicheres Schalten der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bzw. des Mengensteuerventils, und andererseits ein optimierter Energieverbrauch erreicht werden.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, dass die erste und die zweite Phase eine Anzugsphase des Ankers bewirken, und dass die dritte Phase eine Haltephase des Ankers bewirkt. Die Anzugsphase ist jene Phase, in welcher der Anker durch magnetische Kraft von dem Ruhesitz bis zu dem Hubanschlag bewegt wird. Die Haltephase ist jene Phase, in welcher der Anker durch eine - im Allgemeinen geringere - magnetische Kraft an dem Hubanschlag in seiner Position gehalten wird. Auf diese Weise kann für die Anzugsphase und die Haltephase eine jeweils optimierte Ansteuerung erfolgen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft dazu verwendet werden, um eine herkömmliche so genannte "stromgeregelte" Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung nachzubilden und diese nahezu gleichwertig zu ersetzen, wobei ein beträchtlicher Aufwand gespart werden kann. Eine "stromgeregelte" Ansteuerung verwendet im Allgemeinen eine untere und eine obere Stromschwelle, um den durch die Spule fließenden Strom unter Verwendung einer Hysterese zu steuern. Wenn die untere Stromschwelle unterschritten wird, so wird die Spule an die Spannung geschaltet. Wenn die obere Stromschwelle überschritten wird, so wird die Spule von der Spannung abgeschaltet. Dadurch ergibt sich ein oszillierender Zeitverlauf des Spulenstroms zwischen den beiden Stromschwellen.
Für eine stromgeregelte Ansteuerung ist die während der Anzugsphase aufzubringende Energie W proportional zu einem Integral des Stroms I über die Anzugs-Zeit t: t- Anzug, Ende
- Anzug , Beginn
Für die erfindungsgemäße Ansteuerung ist die während der Anzugsphase aufzubringende Energie W ebenfalls proportional zu einem Integral des Stroms I über die Anzugs-Zeit t:
Figure imgf000006_0001
Die erfindungsgemäße Ansteuerung wird dabei vorzugsweise derart bemessen, dass sich eine Gleichheit der während der Anzugsphase aufzuwendenden Energien W ergibt:
3-Phasen stromgeregelt
Das bedeutet vorliegend, dass eine Summen-Energie der erfindungsgemäßen Ansteuerung der Spule während der ersten und der zweiten Phase zu einer Summen-Energie der stromgeregelten Ansteuerung während der Anzugsphase gleich ist bzw. möglichst gleich sein soll. Dies erfolgt mittels einer jeweils geeigneten Bemessung der Dauer der drei Phasen und/oder der ersten
Frequenz und/oder der zweiten Frequenz und/oder des ersten Tastverhältnisses und/oder des zweiten Tastverhältnisses. Ergänzend kann in vergleichbarer Weise eine Summen-Energie der Ansteuerung der Spule während der dritten Phase zu einer Summen-Energie der stromgeregelten Ansteuerung während der Haltephase in etwa gleich sein bzw. möglichst gleich gemacht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vereinfacht, wenn die jeweilige Dauer der drei Phasen und/oder die erste Frequenz und/oder die zweite Frequenz und/oder das erste Tastverhältnis und/oder das zweite Tastverhältnis unter Verwendung mindestens eines Kennfelds ermittelt wird. Das Kennfeld kann dabei die oben erwähnte Abhängigkeit von der Spannung, der Spulentemperatur, dem
Leitungswiderstand und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine besonders einfach und sicher berücksichtigen. Optional kann das Kennfeld für eine bestimmte Serie von Mengensteuerventilen einmalig auf einem Prüfstand ermittelt werden, und beispielsweise in einem Datenspeicher der Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine abgespeichert werden.
Eine weitere Vereinfachung der Erfindung ist es, wenn die erste Frequenz gleich der zweiten Frequenz ist. Dadurch kann eine vereinfachte Takterzeugung zur Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung verwendet werden, wobei die während der zweiten und der dritten Phase unterschiedlichen mittleren elektrischen Leistungen im Wesentlichen durch ein jeweiliges
Tastverhältnis eingestellt werden.
Weiterhin umfasst die Erfindung eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung des Mengensteuerventils, welche Mittel aufweist, um eine Ansteuerung mittels mindestens dreier Phasen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Erfindungsgemäß erfolgt die Ansteuerung über eine Pulsweitenmodulation der die Ansteuerungsenergie erzeugenden Spannung. Die dazu erforderliche elektronische Schaltung ist einfach und kostengünstig herstellbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in weiten Grenzen skalierbar, so dass es häufig nicht erforderlich ist, verschiedene bauliche Ausführungsformen der
Ansteuerschaltung vorzusehen. Das Verfahren ist besonders einfach durchführbar, wenn es mittels eines Computerprogramms auf der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ("Steuergerät") der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, insbesondere unter Verwendung des oben beschriebenen Kennfelds. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Einrichtung des Steuergeräts durch Laden des Computerprogramms mit den Merkmalen des unabhängigen Computerprogramm-Anspruchs von einem Speichermedium. Unter dem Speichermedium wird insofern jede Vorrichtung verstanden, die das Computerprogramm in gespeicherter Form enthält.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein vereinfachtes Schema einer Kraftstofffördereinrichtung einer
Brennkraftmaschine;
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Hochdruckpumpe der
Kraftstofffördereinrichtung zusammen mit einem Mengensteuerventil und einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung;
Figur 3 ein Zeitdiagramm einer Ansteuerung der elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung; und
Figur 4 ein vereinfachtes Blockdiagramm zur ergänzenden Darstellung des Verfahrens.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt eine Kraftstofffördereinrichtung 10 einer Brennkraftmaschine in einer stark vereinfachten Darstellung. Aus einem Kraftstofftank 12 wird Kraftstoff über eine Saugleitung 14, mittels einer Vorförderpumpe 16, über eine
Niederdruckleitung 18, und über ein von einer elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung 20 ("Elektromagnet") betätigbares Mengensteuerventil 22 einer Hochdruckpumpe 24 zugeführt. Stromabwärts ist die Hochdruckpumpe 24 über eine Hochdruckleitung 26 an einen Hochdruckspeicher 28 ("Common Rail") angeschlossen. Sonstige Elemente, wie beispielsweise Ventile der
Hochdruckpumpe 24, sind in der Figur 1 nicht gezeichnet. Die
elektromagnetische Betätigungseinrichtung 20 wird mittels einer auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 angeordneten Ansteuerschaltung 31 angesteuert.
Ferner weist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 ein Computerprogramm 32 und ein Kennfeld 34 auf.
Es versteht sich, dass das Mengensteuerventil 22 auch als Baueinheit mit der Hochdruckpumpe 24 ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann das
Mengensteuerventil 22 ein zwangsweise offenbares Einlassventil der
Hochdruckpumpe 24 sein.
Beim Betrieb der Kraftstofffördereinrichtung 10 fördert die Vorförderpumpe 16 Kraftstoff vom Kraftstofftank 12 in die Niederdruckleitung 18. Dabei steuert das
Mengensteuerventil 22 die einem Arbeitsraum der Hochdruckpumpe 24 zugeführte Kraftstoffmenge, indem ein Anker 46 (siehe Figur 2) des
Elektromagneten 20 von einer ersten in eine zweite Position - und umgekehrt - bewegt wird. Das Mengensteuerventil 22 kann somit geschlossen und geöffnet werden.
Figur 2 zeigt eine ausschnittsweise Schnittdarstellung (Längsschnitt) der
Hochdruckpumpe 24 der Kraftstofffördereinrichtung 10 zusammen mit dem Mengensteuerventil 22 und der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20. Die dargestellte Anordnung umfasst ein Gehäuse 36, in welchem im in der
Zeichnung oberen Bereich die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 20, im mittleren Bereich das Mengensteuerventil 22, und im unteren Bereich ein Förderraum 38 zusammen mit einem Kolben 40 der Hochdruckpumpe 24 angeordnet sind.
Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 20 ist in einem Ventilgehäuse 42 angeordnet, und umfasst eine Spule 44, einen Anker 46, einen Polkern 48, eine Ankerfeder 50, einen Ruhesitz 52 und einen Hubanschlag 54. Der Ruhesitz 52 stellt die erste Position des Ankers 46 dar, und der Hubanschlag 54 stellt die zweite Position des Ankers 46 dar. Der Anker 46 beaufschlagt mittels eines
Koppelelements 56 einen Ventilkörper 58. In der Zeichnung oberhalb des Ventilkörpers 58 ist ein zugehöriger Dichtsitz 60 angeordnet. Der Dichtsitz 60 ist Teil eines topfförmigen Gehäuseelements 62, welches unter anderem den Ventilkörper 58 und eine Ventilfeder 64 umschließt. Dichtsitz 60 und Ventilkörper 58 bilden das Einlassventil der Hochdruckpumpe 24.
Dargestellt ist in der Figur 2 der unbestromte Zustand der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20. Dabei wird der Anker 46 mittels der Ankerfeder 50 in der Zeichnung nach unten gegen den Ruhesitz 52 gedrückt. Über das
Koppelelement 56 wird dadurch der Ventilkörper 58 entgegen der Kraft der Ventilfeder 64 beaufschlagt, wodurch das Einlassventil bzw. das
Mengensteuerventil 22 öffnet. Dadurch wird eine fluidische Verbindung zwischen der Niederdruckleitung 18 und dem Förderraum 38 hergestellt.
Im bestromten Zustand der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 wird der Anker 46 von dem Polkern 48 magnetisch angezogen, wodurch das mit dem Anker 46 verbundene Koppelelement 56 in der Zeichnung nach oben bewegt wird. Dadurch kann - bei entsprechenden fluidischen Druckverhältnissen - der Ventilkörper 58 durch die Kraft der Ventilfeder 64 gegen den Dichtsitz 60 gedrückt werden, und das Einlassventil bzw. das Mengensteuerventil 22 somit schließen. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn der Kolben 40 in dem Förderraum 38 eine Arbeitsbewegung (in der Zeichnung nach oben) durchführt, wobei Kraftstoff über ein dabei geöffnetes Rückschlagventil 66 in die
Hochdruckleitung 26 gefördert werden kann.
Das Öffnen bzw. das Schließen des Mengensteuerventils 22 erfolgt in
Abhängigkeit von mehreren Größen: Erstens abhängig von den durch die Ankerfeder 50 und die Ventilfeder 64 ausgeübten Kräften. Zweitens abhängig von dem in der Niederdruckleitung 18 und dem Förderraum 38 herrschenden Kraftstoffdruck. Drittens abhängig von der Kraft des Ankers 46, welche im Wesentlichen von einem aktuell durch die Spule 44 fließenden Strom I bestimmt wird.
Figur 3 zeigt ein Zeitdiagramm einer Ansteuerung des Mengensteuerventils 22. In dem in der Zeichnung dargestellten Koordinatensystem sind Ströme 11 (durchgezogen) und 12 (gestrichelt), welche über die Spule 44 der
elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 fließen, über einer Zeit t aufgetragen. Doppelpfeile 68 bzw. 70 bzw. 72 kennzeichnen eine erste Phase bzw. eine zweite Phase bzw. eine dritte Phase der Ansteuerung der
elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 und somit der Spule 44.
Die zum Zeitpunkt tO beginnende erste und die zweite Phase bewirken zusammen eine Anzugsphase des Ankers 46, und die zum Zeitpunkt t1 beginnende dritte Phase bewirkt eine Haltephase des Ankers 46. Während der Anzugsphase wird der Anker 46 durch magnetische Kraft von dem Ruhesitz 52 bis zu dem Hubanschlag 54 bewegt. Während der Haltephase wird der Anker 46 durch eine - im Allgemeinen geringere - magnetische Kraft an dem Hubanschlag 54 in seiner Position gehalten.
Eine Zeitspanne 74 bezeichnet eine weitere Phase der Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20, in welcher die Bestromung der Spule 44 abgeschaltet wird. Dabei wird der Strom 11 bzw. 12 vergleichsweise rasch bis auf Null vermindert, so dass der Anker 46 von dem Hubanschlag 54 zurück auf den Ruhesitz 52 fallen kann.
Nachfolgend wird der Verlauf des Stroms 11 beschrieben, welcher sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt. Der Strom 12 ergibt sich bei einem
Verfahren nach dem Stand der Technik bei einer mittels Schwellwerten
"stromgesteuerten" elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 und ist lediglich zum Vergleich mit dargestellt.
In der ersten Phase der Ansteuerung wird die Spule 44 dauernd an eine
Spannung, beispielsweise eine Batteriespannung eines Kraftfahrzeugs gelegt.
Daraus ergibt sich der im linken Bereich der Zeichnung der Figur 3 dargestellte steile Anstieg des Stroms 11 .
In der zweiten Phase wird die Spannung mit einer (konstanten) ersten Frequenz 76 und mit einem (konstanten) ersten Tastverhältnis 78 periodisch an die Spule
44 geschaltet. Die erste Frequenz 76 ist der Kehrwert der in der Zeichnung der Figur 3 dargestellten Periodendauer T des Stroms 11 . Das erste Tastverhältnis 78 wird durch eine relative Einschaltdauer 80 - in welcher der Strom 11 ansteigt - und durch eine relative Ausschaltdauer 82 - in welcher der Strom 11 abfällt - charakterisiert. In der dritten Phase wird die Spannung mit einer zweiten Frequenz (ohne Bezugszeichen) und mit einem zweiten Tastverhältnis (ohne Bezugszeichen) periodisch an die Spule 44 geschaltet. Die zweite Frequenz und das zweite Tastverhältnis sind ebenfalls während der dritten Phase konstant. Vorliegend ist die zweite Frequenz gleich der ersten Frequenz bemessen. Das zweite
Tastverhältnis weist eine in Bezug auf das erste Tastverhältnis geringere relative Einschaltdauer 80 auf, so dass sich ein entsprechend kleinerer Mittelwert des Stroms 11 während der dritten Phase ergibt.
Die jeweilige Dauer der in der Figur 3 dargestellten drei Phasen sowie die erste und die zweite Frequenz sowie das erste und das zweite Tastverhältnis werden unter Verwendung des Kennfelds 34 ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt vor Beginn (Zeitpunkt tO) der Ansteuerung in Abhängigkeit von der aktuellen Höhe der Spannung, von der aktuellen Temperatur der Spule 44, von dem
Leitungswiderstand eines Kabels, mittels dem die Spule 44 an die
Ansteuerschaltung 31 angeschlossen ist, sowie in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine. Somit ist der Verlauf des Stroms 11 nach dem Zeitpunkt tO - zumindest für einen einzelnen Schaltvorgang des
Mengensteuerventils 22 - das Ergebnis einer Steuerung. Eine Regelung mittels den Strom 11 beeinflussender Schwellwerte erfolgt nicht.
Der in der Zeichnung der Figur 3 gestrichelt gezeichnete Verlauf des Stroms 12, welcher wie oben erwähnt einer stromgesteuerten Ansteuerung der Spule 44 entspricht, wird durch den Verlauf des Stroms 11 zufriedenstellend angenähert. Insbesondere sind die Summen-Energien der Ansteuerung während der ersten und der zweiten Phase im Wesentlichen gleich. Entsprechendes ergibt sich für die dritte Phase.
Die Summenenergie für die erste und die zweite Phase kann für den Strom 11 bzw. den Strom 12 über die folgenden proportionalen Beziehungen ermittelt werden:
Figure imgf000012_0001
Anzustreben ist dabei die Gleichheit beider Energien, also = w 12
In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform ist die zweite Frequenz unterschiedlich zu der ersten Frequenz 76 bemessen.
Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Ablaufschema zur Ansteuerung der
elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20. Das dargestellte Verfahren wird vorzugsweise mittels des Computerprogramms 32 in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 der Brennkraftmaschine durchgeführt. In einem ersten Block 84 beginnt die dargestellte Prozedur, wobei verschiedene Größen ermittelt und/oder aus einem Datenspeicher der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 30 ausgelesen werden:
- die aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine;
- eine einzuspritzende Kraftstoff menge oder ein dazu äquivalenter Wert;
- die Höhe der Batteriespannung;
- die Temperatur der Spule 44; und/oder
- der Wert des Leitungswiderstands des Kabels, mit dem die Spule 44 angeschlossen ist.
Ergänzend können auch weitere Größen bzw. Betriebsgrößen des
Mengensteuerventils 22 und/oder der Brennkraftmaschine mit verwendet werden. In einem nachfolgenden zweiten Block 86 werden anhand der oben genannten Größen verschiedene Ansteuer-Größen unter Verwendung des Kennfelds 34 ermittelt. Diese Ansteuer-Größen sind:
- die jeweiligen Zeitdauern der drei Phasen;
- die erste und die zweite Frequenz; und/oder
- das erste und das zweite Tastverhältnis. Diese Ansteuer-Größen und deren Werte-Verhältnis zueinander bestimmen wesentlich den zeitlichen Verlauf des Stroms I, wie er beispielsweise als Strom 11 in der Figur 3 dargestellt ist.
In einem nachfolgenden dritten Block 88 wird unter Verwendung der ermittelten Ansteuer-Größen die Spule 44 der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 20 angesteuert. Dabei können die im Block 86 ermittelten Ansteuer-Größen für mehrere aufeinander folgende Ansteuerungen der Spule 44 bzw. Schaltvorgänge des Mengensteuerventils 22 verwendet werden, oder die Ansteuer-Größen können alternativ für jeden einzelnen Schaltvorgang des Mengensteuerventils 22 jeweils neu ermittelt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofffördereinrichtung (10) einer
Brennkraftmaschine, bei dem zur Einstellung einer Fördermenge eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (20) eines Mengensteuerventils (22) geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (20) zum Bewegen eines Ankers (46) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (20) von einer ersten in eine zweite Position mindestens drei Phasen (68, 70, 72) umfasst, wobei in einer ersten Phase (68) eine Spule (44) der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (20) dauernd an eine Spannung geschaltet wird, und wobei in einer zweiten Phase (70) die Spule (44) periodisch mit einer ersten Frequenz (76) und mit einem ersten Tastverhältnis (78) an die Spannung geschaltet wird, und wobei in einer dritten Phase (72) die Spule (44) periodisch mit einer zweiten Frequenz und mit einem zweiten Tastverhältnis an die Spannung geschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Dauer der drei Phasen (68, 70, 72) und/oder die erste Frequenz (76) und/oder die zweite Frequenz und/oder das erste Tastverhältnis (78) und/oder das zweite Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Spannung und/oder einer Temperatur und/oder eines Leitungswiderstands und/oder einer Drehzahl der Brennkraftmaschine eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Phase (68, 70) eine Anzugsphase des Ankers (46) bewirken, und dass die dritte Phase (72) eine Haltephase des Ankers (46) bewirkt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
jeweilige Dauer der drei Phasen (68, 70, 72) und/oder die erste Frequenz (76) und/oder die zweite Frequenz und/oder das erste Tastverhältnis (78) und/oder das zweite Tastverhältnis unter Verwendung mindestens eines Kennfelds (34) ermittelt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Frequenz (76) gleich der zweiten Frequenz ist.
6. Ansteuerschaltung (31 ) zum Ansteuern einer elektromagnetischen
Betätigungseinrichtung (20) eines Mengensteuerventils (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschaltung (31 ) Mittel aufweist, um eine Ansteuerung mittels mindestens dreier Phasen (68, 70, 72) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
7. Computerprogramm (32), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
8. Steuer- und/oder Regeleinrichtung (30) einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Speicher umfasst, auf dem ein
Computerprogramm (32) nach Anspruch 7 abgespeichert ist.
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