DE102006016892A1

DE102006016892A1 - Verfahren zur Steuerung wenigstens eines Magnetventils

Info

Publication number: DE102006016892A1
Application number: DE102006016892A
Authority: DE
Inventors: Anh-Tuan Hoang; Matthias Boee; Achim Deistler; Helerson Kemmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-10-25
Also published as: US8332125B2; JP2009532625A; US20110106404A1; JP5143822B2; WO2007118750A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine beschrieben, das im Leerlauf oder im niedrigen Teillastbereich die präzisere Kraftstoffzumessung erlaubt, ohne dass Änderungen an der Hardware der Kraftstoffeinspritzanlage erforderlich sind.

Description

Stand der Technik
Aus der DE 198 33 830 A1 ist ein Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils, das zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, bekannt. Dabei wird zu Beginn einer Ansteuerung das Magnetventil mit einer gegenüber der weiteren Ansteuerung erhöhten Booster-Spannung beaufschlagt. Diese erhöhte Booster-Spannung sorgt für ein schnelleres Öffnen des Magnetventils. In einer zweiten Phase wird das Magnetventil mit einem Anzugsstrom angesteuert, der ein sicheres Öffnen des Magnetventils bewirkt. Sobald das Magnetventil geöffnet ist, kann der Strom mit dem das Magnetventil angesteuert wird reduziert werden. Dieser in der dritten Phase fließende Strom wird als Haltestrom bezeichnet.
Die schaltungstechnische Realisierung der Ansteuerung des Magnetventils ist in der DE 198 33 830 A1 ausführlich beschrieben. Da das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber der in der DE 198 33 830 A1 beschriebenen Ansteuerung des Magnetventils keine hardwaretechnischen Änderungen erfordert, wird bezüglich der Hardware-Beschreibung auf die DE 198 33 830 Bezug genommen.
Verschiedene Exemplare baugleicher in Serie gefertigter Magnetventile und Injektoren weisen in ihrem Betriebsverhalten eine Streuung auf, die insbesondere im niederen Teillastbereich und im Leerlauf dazu führt, dass unterschiedliche Kraftstoffmengen in die verschiedenen Zylinder einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Dadurch verschlechtern sich der Rundlauf und die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das insbesondere im niedrigen Teillastbereich oder im Leerlauf eine erhöhte Genauigkeit bei der Kraftstoffzumessung und infolgedessen einen verbesserten Rundlauf der Brennkraftmaschine und niedrigere Emissionen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils, das zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, wobei das Magnetventil zu Beginn der Ansteuerung mit einer gegenüber der weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung beaufschlagt wird, und wobei das Magnetventil am Ende der Ansteuerung mit einem Haltestrom beaufschlagt wird, dadurch gelöst, dass wenigstens eine Ansteuergröße, welche die Energie und/oder die Leistung beeinflusst, mit der das Magnetventil am Ende der Ansteuerung beaufschlagt wird, in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine vorgebbar ist.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung nutzt unter anderem die Erkenntnis aus, dass im niedrigen Teillastbereich und im Leerlaufbetrieb der Druck im Common-Rail relativ niedrig ist. In Folge dessen kann zum Beispiel der Haltestrom reduziert werden, so dass weniger Energie in dem geöffneten Magnetventil gespeichert wird. Dadurch verringert sich die Schließdauer der Magnetventile und damit auch der von den Magnetventilen betätigten Injektoren, so dass die Beendigung des Einspritzvorganges mit größerer Genauigkeit erfolgt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Einspritzdauer in geringerem Umfang als bei herkömmlichen Verfahren von den fertigungsbedingten Serienstreuungen der Magnetventile und der Injektoren beeinflusst. Infolgedessen ist die Streuung der Einspritzmenge bei identischer Ansteuerung einer Vielzahl von in Serie gefertigten Magnetventilen beziehungsweise Injektoren kleiner und die Präzision, mit der eine gewünschte Kraftstoffmenge eingespritzt wird, erhöht sich.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die elektrische Leistung, die zur Betätigung des Magnetventils erforderlich ist, verringert werden kann, so dass das Steuergerät und die im Steuergerät befindlichen Endstufen entlastet werden.
Des Weiteren ist ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin zu sehen, dass sowohl an der Hardware des Steuergeräts als auch der Injektoren beziehungsweise der Magnetventile in den Injektoren einer Brennkraftmaschine keine Änderungen erforderlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch eine Änderung des in dem Steuergerät ablaufenden Computerprogramms kostengünstig realisiert werden. Dadurch ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bei bereits in Serie gefertigten Steuergeräten durch eine Änderung des in dem Steuergerät ablaufenden Computerprogramms zu applizieren.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Ansteuergröße des Magnetventils am Ende der Ansteuerung gegenüber einem Ausgangswert im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine auf einen reduzierten Wert abgesenkt wird, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren ersten Grenzwert unterschreitet.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ansteuergröße des Magnetventils am Ende der Ansteuerung auf den Ausgangswert im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine angehoben wird, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren zweiten Grenzwert überschreitet. Durch die unterschiedlichen Grenzwerte für das Absenken der Ansteuergröße und das anschließende Anheben der Ansteuergröße auf den für den Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehenen Wert wird eine so genannte Hysterese gebildet, welche zuverlässig verhindert, dass die Ansteuergröße zwischen zwei verschiedenen Werten, nämlich dem Normalwert und dem abgesenkten Wert, hin- und herspringt.
In weiterer vorteilhafter Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erhöhte Ansteuerspannung zu Beginn der Ansteuerung des Magnetventils gegenüber einem Ausgangswert im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine weiter erhöht wird oder länger auf hohem Niveau bleibt, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren ersten Grenzwert unterschreitet. Dadurch fließt ein so genannter erhöhter und/oder für eine längere Zeit wirkender Booster-Strom am Beginn der Ansteuerung durch das Magnetventil, der zu einem noch schnelleren und sichereren Öffnen des Magnetventils führt. Da im Leerlaufbetrieb die Drehzahl der Brennkraftmaschine naturgemäß gering ist, steht zwischen den verschiedenen Einspritzungen ausreichend Zeit zur Verfügung, um einen Booster-Kondensator auf die erhöhte Ansteuerspannung/Booster-Spannung aufzuladen, ohne das Steuergerät, den Booster-Kondensator oder andere elektronische Komponenten der Kraftstoffeinspritzanlage zu überlasten.
Die durch den erhöhten Booster-Strom verursachte erhöhte Öffnungsgeschwindigkeit des Magnetventils führt dazu, dass der Beginn der Einspritzung präziser festgelegt wird und die Verzögerung, welche sich zwischen der nach dem Anlegen der Booster-Spannung und dem Öffnen des Injektors einstellt, streut zwischen verschiedenen Exemplaren eines in Serie gefertigten Injektors in geringerem Umfang. Infolgedessen führt das Fließen des erhöhten Booster-Stroms am Beginn der Ansteuerung des Magnetventils zu einer weiteren Erhöhung der Präzision der Kraftstoffzumessung.
Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn der erhöhte Ansteuerstrom/Booster-Strom zu Beginn der Ansteuerung des Magnetventils auf den Ausgangswert im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine abgesenkt wird, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren zweiten Grenzwert überschreitet. Dadurch ist gewährleistet, dass der erhöhte Ansteuerstrom zu Beginn der Ansteuerung des Magnetventils nur beim Vorhandensein bestimmter Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angelegt wird, so dass es nicht zu einer Überlastung einzelner Bauteile der Kraftstoffeinspritzanlage kommt.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder ein Druck im Common-Rail als Betriebskenngrößen zur Ansteuerung des Magnetventils der Brennkraftmaschine herangezogen werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Ansteuerstrom am Ende der Ansteuerung des Magnetventils abzusenken, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren ersten Grenzwert unterschreitet. In gleicher Weise kann auch der Druck im Common-Rail herangezogen werden, um den Wechsel von einer Betriebsart auf die andere auszulösen, da im Leerlauf der Druck im Common-Rail einen niedrigeren Wert als im Teil- beziehungsweise Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine annimmt.
Die Energie oder die Leistung, mit der das Magnetventil am Ende der Ansteuerung beaufschlagt wird, kann Vorteilhafterweise durch eine Zweipunktregelung des Haltestroms gesteuert werden. Selbstverständlich sind auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Leistungsregelungen beziehungsweise Stromregelungen anwendbar.
Da im unteren Teillastbereich oder im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine die Drücke im Common-Rail und damit auch im Injektor relativ gering sind und die Einspritzzeiten sehr klein sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn direkt nach der Ansteuerung des Magnetventils mit dem Booster-Strom die Ansteuerung des Magnetventils mit einem Haltestrom anschließt. Dies bedeutet, dass auf die Ansteuerung des Magnetventils mit einem Anzugsstrom verzichtet werden kann. Dadurch wird das Steuergerät entlastet. Weil der Druck im Common-Rail beziehungsweise im Injektor im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine relativ gering ist, ist die Ansteuerung des Magnetventils mit einer Booster-Spannung ausreichend, um zuverlässig das Öffnen des Magnetventils zu erreichen.
Dies ist im Voll- oder Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine mit deutlich höheren Common-Rail-Drücken nicht der Fall, so dass nach dem Ansteuern des Magnetventils mit einer Booster-Spannung eine Anzugsphase erforderlich ist, in der das Magnetventil mit einem Anzugsstrom, der größer als der Haltestrom ist, angesteuert wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Vorteile können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 die Ansteuerung eines Magnetventils im Teil- oder Volllastbereich und
2 die Ansteuerung des Magnetventils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im niedrigen Teillastbereich oder im Leerlauf..
Ausführungsformen der Erfindung
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass ohne konstruktive Änderngen am Injektor beziehungsweise an dem Magnetventil kleinere Einspritzmengen eingespritzt werden kann.
In 1 ist ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils dargestellt, wie es aus der DE 198 33 830 A1 bekannt ist. Die schaltungstechnische Realisierung dieser Ansteuerung ist in der genannten Druckschrift ausführlich beschrieben. Da das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber der in der DE 198 33 830 A1 beschriebenen Ansteuerung des Magnetventils keine hardwaretechnischen Änderungen erfordert, wird auf die Beschreibung der Hardware in der DE 198 33 830 Bezug genommen.
Die Ansteuerung des Magnetventils beginnt zum Zeitpunkt t₀. Beginnend zum Zeitpunkt t₀ bis zum Zeitpunkt t₁ wird das Magnetventil mit einer Booster-Spannung U_Boost beaufschlagt. Die Booster-Spannung U_Boost im mittleren Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine kann typischer Weise 65 V betragen. Infolgedessen fließt ein sehr hoher Strom I_{Boost, Volllast} was zu einem raschen Aufbau des magnetischen Felds in dem Magnetventil führt. Am Ende der Booster-Phase zum Zeitpunkt t₁ ist nicht sichergestellt, dass das Magnetventil bereits geöffnet hat.
Aus diesem Grund wird im Teil- oder Vollastbetrieb nach dieser ersten Phase, die auch als Booster-Phase bezeichnet wird, das Magnetventil mit einem Anzugstrom I_A beaufschlagt. Der Anzugstrom I_A ist so bemessen, dass auch bei höchstem Raildruck sichergestellt ist, dass das Magnetventil vollständig öffnet und somit ein Einspritzvorgang eingeleitet wird.
Zum Zeitpunkt t₅, wenn sichergestellt ist, dass das Magnetventil geöffnet ist, kann der Strom, mit dem das Magnetventil angesteuert wird, auf einen Haltestrom I_H reduziert werden. In der Haltephase, die zum Zeitpunkt t₅ beginnt und zum Zeitpunkt t₆ endet, wird der Haltestrom I_{H, Volllast} durch eine Zweipunktregelung auf den gewünschten Wert eingeregelt. Wenn die Einspritzung beendet werden soll, wird der Haltestrom I_{H, Volllast} abgeschaltet und das magnetische Feld baut sich in dem Magnetventil ab. Zum Zeitpunkt t₇ ist das Magnetventil geschlossen. Die Zeitdauer zwischen dem Ende der Ansteuerung des Magnetventils und dem Schließen des Magnetventils ist in 1 mit Δt₁ bezeichnet.
In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils im niedrigen Teillast- oder im Leerlaufbetrieb dargestellt. Dabei ist die Y-Achse mit dem gleichen Maßstab wie die Y-Achse der 1 ausgeführt.
Beginnend zum Zeitpunkt t₀ wird das Magnetventil im Leerlaufbetrieb ebenfalls mit der Booster-Spannung U_Boost angesteuert, wobei die Booster-Spannung U_Boost länger an das Magnetventil angelegt wird, bis ein erhöhte Booster-Strom I_{Boost, Leerlauf} erreicht wird.
Wegen der im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine verlängerten Boosterphase fließt am Ende der Boosterphase (t = t₁') ein höherer Ladestrom in 2 verglichen mit dem Ladestrom des Magnetventil zum Zeitpunkt t = t₁ bei der Ansteuerung im Teillast oder Vollastbetrieb (siehe 1).
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird in dem Zeitintervall zwischen t = t₂ bis t = t₃ erneut eine Booster-Spannung U_Boost an das Magnetventil angelegt. Das zweite Anlegen der Boosterspannung U_Boost ist optional. Bei vielen Anwendungsfällen ist das einmalige Anlegen der Booster-Spannung U_Boost ausreichend.
Durch das ein- oder mehrmalige Anlegen einer Booster-Spannung U_Boost an das Magnetventil wird erstens ein sehr rasches Öffnen des Magnetventils erreicht und zweitens ist sichergestellt, dass das Magnetventil am Ende der Boosterphase vollständig geöffnet ist.
Da zum Zeitpunkt t₁, spätestens aber zum Zeitpunkt t₃, das Magnetventil bereits voll geöffnet ist, kann das Anlegen eines Anzugstroms I_A im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine entfallen. Zum Zeitpunkt t; wird das Magnetventil mit einem gegenüber dem Vollastbetrieb reduzierten Haltestrom I_{H, Leerlauf} angesteuert. Dieser Haltestrom I_{H, Leerlauf} ist kleiner als der Haltestrom I_{H, Volllast}. Dadurch wird das Steuergerät entlastet und, weil in dem Magnetfeld des Magnetventils aufgrund des geringeren Haltestroms I_{H, Leerlauf} weniger Energie gespeichert ist, schließt das Magnetventil nach dem Abschalten des Haltestroms I_{H, Leerlauf} zum Zeitpunkt t = t₆ schneller. Dies bedeutet, dass das Zeitintervall Δt₂ zwischen den Zeitpunkten t₆ und t₇ kleiner ist als das Zeitintervall Δt₁ (siehe 1).
Infolgedessen ist durch das erfindungsgemäße Verfahren erstens ein schnelleres Öffnen und somit ein präziserer Beginn eines Einspritzvorgangs gewährleistet. Zweitens wird durch den gegenüber dem Teil- und Volllastbetrieb reduzierten Haltestrom auch die Schließzeit des Magnetventils verringert, was sich positiv auf die Präzision der Beendigung des Einspritzvorgangs auswirkt.
Außerdem wird das Steuergerät entlastet, da die Phase zwischen den Zeiten t₄ und t₅, in der das Magnetventil im Teil- oder Volllastbetrieb mit dem Anzugstrom In beaufschlagt wird, ersatzlos entfallen kann.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils, das zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, wobei das Magnetventil zu Beginn der Ansteuerung mit einer gegenüber der weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung beaufschlagt wird, und wobei das Magnetventil am Ende der Ansteuerung mit einem Haltestrom (I_H) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ansteuergröße (I_H), die die Energie und/oder Leistung beeinflusst, mit der das Magnetventil am Ende (t₅ bis t₆) der Ansteuerung beaufschlagt wird, in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine vorgebbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuergröße (I_H) des Magnetventils am Ende der Ansteuerung (t₅ bis t₆) gegenüber einem Ausgangswert im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine auf einen reduzierten Wert (I_{H, Leerlauf}) abgesenkt wird, wenn wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren ersten Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuergröße (IH) des Magnetventils am Ende der Ansteuerung (t₅ bis t₆) auf den Ausgangswert (I_H,
Volllast) im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine angehoben wird, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren zweiten Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerspannung (U_Boost) zu Beginn der Ansteuerung (t₀ bis t₁') des Magnetventils gegenüber einem Ausgangszustand im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine erhöht und/oder länger angelegt wird, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren ersten Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil zu Beginn der Ansteuerung (t₀ bis t₁ und t₂ bis t₃) mehrfach mit einer erhöhten Ansteuerspannung (U_Boost) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die länger angelegte Ansteuerspannung (U_Boost) zu Beginn der Ansteuerung (t₀ bis t₁) des Magnetventils auf die Ausgangsdauer der Boosterphase im Teil- oder Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine abgesenkt wird, wenn wenigstens eine Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine einen vorgebbaren zweiten Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder ein Druck im Common-Rail als Betriebskenngrößen zur Ansteuerung des Magnetventils der Brennkraftmaschine herangezogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie und/oder die Leistung mit der das Magnetventil am Ende der Ansteuerung (t₅ bis t₆) beaufschlagt wird durch eine Zweipunktregelung des Haltestroms (I_{H, Leerlauf}) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich unmittelbar an die Ansteuerung des Magnetventils mit einer gegenüber der weiteren Ansteuerung erhöhten Spannung (U_Boost) die Ansteuerung des Magnetventils mit einem Haltestrom (I_H) anschließt.
Computerprogramm, das in einem Steuergerät ablauffähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät abläuft.
Computerprogramm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einem Speichemedium abspeicherbar ist.
Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 arbeitet.