DE4222650A1

DE4222650A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE4222650A1
Application number: DE4222650A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Dipl Ing Veldten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-01-13
Also published as: IT1264664B1; GB9314270D0; ITMI931447A1; FR2693508A1; GB2268600A; ITMI931447A0; JPH0688545A; FR2693508B1; GB2268600B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steue rung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhangigen Anspruchs.

Eine solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur Steuerung ei nes elektromagnetischen Verbrauchers ist aus dem SAE-Paper 85 05 42 bekannt. Dort wird eine Steuereinrichtung für eine Kraftstoffpumpe beschrieben, bei der eine elektronische Steuereinheit über eine Lei stungsendstufe ein der Kraftstoffpumpe zugeordnetes elektromagne tisch betätigtes Ventil steuert. Diese Steuereinheit bestimmt abhän gig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die gewünschten Zeit punkte für den Förderbeginn und das Förderende der Kraftstoffpumpe. Aus diesen gewünschten Zeitpunkten berechnet die Steuereinheit die Ansteuerzeitpunkte für die Leistungsendstufe so, daß das elektro magnetische Ventil eine solche Stellung einnimmt, daß die Kraft stoffpumpe Kraftstoff fordert bzw. die Forderung beendet. Dabei er folgt der Ansteuerimpuls eine gewisse Zeit vor dem gewünschten Zeit punkt, bei dem das elektromagnetische Ventil so betätigt werden soll, daß der Kraftstoff gefordert bzw. die Forderung beendet wird.

Diese Verzögerung beruht auf den Schaltzeiten der Magnetventile. Die Einschaltzeit gibt die Verzögerung zwischen Ansteuerimpuls und dem Schließen des Magnetventils an. Die Ausschaltzeit gibt die Verzöge rung zwischen Ansteuerimpuls und dem Öffnen des Magnetventils an.

Aus der DE-OS 40 18 320 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt, insbesondere für ein Magnetventil einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine. Bei dieser Einrichtung wird zur Einspritzverlaufsformung das Magnetven til kurzzeitig so angesteuert, daß die Einspritzung unterbrochen bzw. der Druckaufbau verzögert wird. Bei dieser Ansteuerung zur Ein spritzverlaufsformung werden die ansonsten kleinen Schaltzeiten des Magnetventils verlängert. Eine Variation der Schaltzeiten zur Fest legung des Einspritzbeginns und des Einspritzendes wird bei dieser Einrichtung ausgeschlossen.

Bei den Einrichtungen gemäß dem Stand der Technik treten insbesonde re bei niederen Drehzahlen störende Geräuschemissionen auf.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers, insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzanlage auf tretende Geräuschemissionen weitestgehend zu vermeiden.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich die auftretenden Geräuschemissionen weitestgehend vermeiden.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsform erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockdia gramm des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf des Stromes durch das Magnetventil sowie den Hub der Magnetventilna del sowie

Fig. 3 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgema ßen Einrichtung aufgezeigt. Eine elektronische Steuereinheit 100 steht mit einem ersten Schaltmittel 110 in Verbindung. Dieses Schaltmittel steht mit seinem einen Anschluß mit Masse in Verbin dung. Der andere Anschluß ist über einen elektromagnetischen Ver braucher 120, der im folgenden auch als elektromagnetisches Ventil oder als Magnetventil bezeichnet wird, und einen Widerstand 130 mit der Batteriespannung UBat verbunden. Die elektronische Steuereinheit 100 steht ferner mit verschiedenen Sensoren 105, die zumindestens einen Drehzahlsensor umfassen, in Verbindung.

Eine Schnellöschdiode 150 verbindet die Ausgangsleitung der elektro nischen Steuereinheit, die das erste Schaltmittel 110 ansteuert, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltmittel 110 und dem elektromagnetischen Ventil 120. Dieser Verbindungspunkt steht wei terhin über eine Freilaufdiode 160 und über ein zweites Schaltmittel 165 mit der Batteriespannung UBat in Kontakt. Das zweite Schaltmit tel wird im folgenden auch als Freilaufschalter bezeichnet. Der Freilaufschalter 165 wird ebenfalls von der elektronischen Steuerein heit 100 mit Signalen beaufschlagt.

Der Freilaufschalter 165 sowie das erste Schaltmittel 110 sind vor zugsweise als Feldeffekttransistoren realisiert. Es sind aber auch andere Realisierungen möglich. Der Widerstand 130 dient als Meßein richtung zur Erfassung des Stromes, der durch das elektromagnetische Ventil 120 fließt.

Üblicherweise sind bei induktiven Lasten, um eine solche handelt es sich bei einem Magnetventil, Freilaufdioden 160 vorgesehen, die parallel zu der induktiven Last geschaltet sind. Desweiteren kann vorgesehen sein, daß eine sogenannte Schnellöschdiode 150 zwischen Schalteingang des Schaltmittels 110 und der induktiven Last geschal tet ist. Diese bewirkt, daß der Strom beim Ausschalten sehr schnell abfällt. Dies hat zur Folge, daß die Schaltzeit des Magnetventils sehr klein wird. Dies ist insbesondere bei hohen Drehzahlen unver zichtbar, da es anderenfalls zu Ungenauigkeiten bei der Kraftstoff zumessung kommt. Diese kurzen Ausschaltzeiten werden unter anderem durch die Schnellöschung des Magnetventilstroms erzielt, bei der durch die Induktivität der Magnetspule eine definierte Gegenspannung induziert wird.

Bei kurzen Schaltzeiten treten bei niederen Drehzahlen erhöhte Ge räuschemissionen auf. Diese werden erfindungsgemäß dadurch besei tigt, daß bei kleinen Drehzahlen die Schaltzeiten des Magnetven tils länger gewählt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß bei kleinen Drehzahlen der Freilaufschalter 165 von der elektronischen Steuereinheit 100 durchgesteuert wird. In diesem Fall kann sich kei ne Gegenspannung aufbauen. Der Strom wird hier durch die ohmschen Verluste im Löschkreis abgebaut, wodurch sich die Stromabfallzeit um ein Vielfaches gegenüber der Schnellöschung erhöht.

Da die erfindungsgemäße Einrichtung sowohl eine Schnellöschung, be stehend aus der Schnellöschdiode 150, als auch ein Freilaufkreis, be stehend aus dem Freilaufschalter 165 und der Freilaufdiode 160 um faßt, kann durch Aktivierung des Freilaufkreises bei niederen Dreh zahlen und durch Aktivierung der Schnellöschung bei hohen Drehzahlen ein verbessertes Geräuschverhalten bei gleichzeitiger hoher Genauig keit der Kraftstoffzumessung erreicht werden. Bei mittleren Dreh zahlen wird vorzugsweise zunächst die Freilauflöschung aktiviert, die dann nach einer definierten Zeit durch Öffnen des Freilaufschal ters 165 beendet wird, wobei dann der Einfluß der Schnellöschung überwiegt. Die Zeit in der die Freilauflöschung aktiviert ist, wird bei höheren Drehzahlen zunehmend kleiner gewählt. Ab einer vorgege benen Drehzahl wird der Freilaufkreis nicht mehr aktiviert und es erfolgt lediglich die Schnellöschung.

Diese verschiedenen Möglichkeiten sind nun in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2a ist der Strom und der Hub der Magnetventilnadel für kleine Drehzahlen aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 wird das Schaltmit tel 110 so angesteuert, daß es das Magnetventil von der Versorgungs spannung trennt. Der Freilaufschalter ist geschlossen. Der durch das Magnetventil 120 fließende Strom fällt gemäß einer Exponentialfunk tion auf Null ab. Zum Zeitpunkt T2 ist der Strom auf den Wert Null abgefallen und das Magnetventil ist in seinen zweiten Zustand über gegangen. Der Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 ist re lativ lang.

In Fig. 2b ist der Strom und der Hub der Magnetventilnadel für mittlere Drehzahlen aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 wird das Schalt mittel 110 so angesteuert, daß es das Magnetventil von der Versor gungsspannung trennt. Der Freilaufschalter ist geschlossen. Der durch das Magnetventil 120 fließende Strom fällt gemäß einer Exponentialfunktion auf Null ab.

Zum Zeitpunkt T2 wird der Freilaufschalter 165 geöffnet. Ab diesem Zeitpunkt überwiegt der Einfluß der Schnellöschdiode 150. Dies be deutet der Strom I fällt sehr schnell auf Null ab. Nach einiger Zeit zum Zeitpunkt T3 erreicht die Ventilnadel ihre neue Stellung. Der Zeitabstand zwischen den Zeitpunkten T1 und T3 ist kürzer als bei Fig. 2a.

In Fig. 2c ist der Strom und der Hub des Magnetventils für hohe Drehzahlen aufgetragen. Zum Zeitpunkt T1 wird das Schaltmittel 110 so angesteuert, daß es das Magnetventil von der Versorgungsspannung trennt. Der Freilaufschalter ist geöffnet. In diesem Fall überwiegt der Einfluß der Schnellöschdiode 150. Dies bedeutet der Strom I fällt sehr schnell auf Null ab. Nach einiger Zeit zum Zeitpunkt T4 erreicht die Ventilnadel ihre neue Stellung. Der Zeitabstand zwi schen den Zeitpunkten T1 und T4 ist noch kürzer als bei Fig. 2b.

Fig. 3 zeigt jeweils ein Flußdiagramm verschiedener Ausführungsfor men der erfindungsgemäßen Vorgehensweise. In Fig. 3b ist eine ein fache Realisierung dargestellt. Im Schritt 300 wird das Schaltmittel 110 derart angesteuert, daß es öffnet. Damit wird die Ansteuerung des Magnetventils beendet. Im Schritt 305 wird die Drehzahl erfaßt. In der Abfrage 310 erfolgt eine Überprüfung dahingehend, ob die Drehzahl großer als eine Schwelle NS ist. Ist dies der Fall, so wird der Freilaufschalter 165 so angesteuert, daß er öffnet. Dies hat zur Folge, daß der Freilaufkreis nicht aktiv ist. In diesem Fall, bei hohen Drehzahlen findet lediglich eine Schnellöschung statt. Dies hat eine sehr kleine Schaltzeit des Magnetventils zur Folge.

Erkennt die Abfrage 310, daß die Drehzahl kleiner als die Schwelle NS ist, so wird im Schritt 320 der Freilaufschalter 165 so ange steuert, daß es schließt. In diesem Fall kommt der Freilaufkreis zur Wirkung und die Schaltzeit des Magnetventils wird entsprechend ver längert. Mittels dieser Vorgehensweise lassen sich die Geräusch emissionen, die durch die kurzen Schaltzeiten des Magnetventils bei kleinen Drehzahlen verursacht werden, erheblich reduzieren.

Da mittels dieser Vorgehensweise lediglich zwei unterschiedliche Schaltzeiten wählbar sind ergibt sich insbesondere im Bereich der Drehzahlschwelle NS kein optimales Betriebsverhalten. Diese Nachtei le lassen sich mittels der Vorgehensweise gemäß Fig. 3b beseitigen.

Im Schritt 300 wird das Schaltmittel 110 derart angesteuert, daß es öffnet. Damit wird die Ansteuerung des Magnetventils beendet. Im Schritt 305 wird die Drehzahl erfaßt. Anschließend wird in Schritt 330 die optimale Schaltzeit TF abhängig von wenigstens der Drehzahl aus einem Kennfeld ausgelesen bzw. mittels einer Funktion F ausgehend von wenigstens der Drehzahl berechnet. Zur Bestimmung der optimalen Schaltzeit TF können noch weitere Betriebskenngrößen wie zum Beispiel die Last oder Temperaturwerte berücksichtigt werden.

Im Schritt 335 wird der Freilaufschalter 165 so angesteuert, daß er schließt. Die Abfrage 340 überprüft ob die optimale Schaltzeit TF schon abgelaufen ist. Ist dies noch nicht der Fall, so bleibt der Freilaufschalter 165 weiterhin geöffnet. Ist die Zeit abgelaufen so wird im Schritt 345 der Freilaufschalter 165 so angesteuert das es schließt. Dies bedeutet, daß ab diesem Zeitpunkt die Schnellöschung aktiv wird und der Strom sofort auf Null zurückgeht.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3c dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Mischung aus den Ausführungsformen gemäß Fig. 3a und Fig. 3b. Nachdem in Schritt 300 das erste Schaltmittel 110 zur Öffnung angesteuert wurde, erfolgt im Schritt 305 die Erfas sung der Drehzahl N. Die Abfrage 350 überprüft, ob die Drehzahl kleiner als eine erste Drehzahlschwelle NS1 ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 352 der Freilaufschalter 165 geschlossen.

Ist die Drehzahl großer als die erste Schwelle NS1, so überprüft die zweite Abfrage 355, ob die Drehzahl größer als eine zweite Drehzahl schwelle NS2 ist. In diesem Fall wird im Schritt 363 der Freilauf schalter 165 geöffnet. Liegt die Drehzahl zwischen den beiden Dreh zahlschwellen, so wird entsprechend wie in Fig. 3b im Schritt 365 die optimale Schaltzeit TF ausgehend von wenigstens der Drehzahl be stimmt und im Schritt 370 der Freilaufschalter 165 geschlossen. Die Abfrage 375 überprüft, ob die Schaltzeit TF bereits abgelaufen ist. Nach Ablauf der Schaltzeit TF wird dann im Schritt 363 der Freilauf schalter 165 wieder geöffnet.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Absteuergeschwindig keit bei magnetventilgesteuerten Dieseleinspritzpumpen drehzahlab hängig gewählt werden. Insbesondere bei niederen Drehzahlen wird ei ne lange und bei hohen Drehzahlen eine kurze Schaltzeit für das Magnetventil eingestellt, um eine niedrigere Geräuschemissionen zu erzielen.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (120), insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltzeiten des elektromagnetischen Verbrauchers (120) bei der Ansteuerung zur Fest legung des Spritzbeginns und/oder des Spritzendes betriebskenngrö ßenabhängig vorgebbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeiten abhängig von der Drehzahl vorgebbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Drehzahlen kleine Schaltzeiten und bei niederen Drehzahlen große Schaltzeiten vorgebbar sind.

4. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers (120), insbesondere eines Magnetventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorge sehen sind, die Schaltzeiten des elektromagnetischen Verbrauchers bei der Ansteuerung zur Festlegung des Spritzbeginns und/oder des Spritzendes betriebskenngrößenabhängig vorgeben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (100), ein erstes Schaltmittel (110), das den Stromfluß durch den elektromagnetischen Verbraucher (120) freigibt, und ein zweite Schaltmittel (165), das einen Freilaufkreis akti viert, ansteuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeiten mittels des zweiten Schaltmittels (165) einstellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß das zweite Schaltmittel (165) bei niederen Drehzahlen ge schlossen und bei hohen Drehzahlen geöffnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeich net, daß bei mittleren Drehzahlen zunächst der zweite Schaltmittel (165) geschlossen ist, und nach einer vorgebenen Zeit das zweite Schaltmittel (165) geöffnet wird.