DE19735560B4

DE19735560B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers

Info

Publication number: DE19735560B4
Application number: DE19735560A
Authority: DE
Inventors: Werner Fischer; Dietbert Schoenfelder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-08-16
Filing date: 1997-08-16
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2017-08-17
Also published as: FR2767866B1; GB9817298D0; GB2329525B; GB2329525A; JPH11117795A; FR2767866A1; US6142124A; DE19735560A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, bei dem der Verbraucher in unterschiedlichen Phasen mit unterschiedlichen Stromwerten beaufschlagbar ist, wobei der Verbraucher vor der Ansteuerung mit einem Vorbestromungswert beaufschlagt wird, der zum Ansprechen des Verbrauchers nicht ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbestromungswert unter Berücksichtigung einer Schaltzeit des Verbrauchers adaptiert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bei einer Brennkraftmaschine, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers sind aus der DE 196 46 052 A4 bekannt. Dort wird der Verbraucher vor der eigentlichen Ansteuerung, die zur Einspritzung von Kraftstoff führt, mit einem Vorbestromungswert beaufschlagt. Dieser Vorbestromungswert führt zu einer Vormagnetisierung des Verbrauchers. Der Vorbestromungswert ist so gewählt, dass er nicht ausreicht, um den Verbraucher in seine neue Position zu bewegen. Beim tatsächlichen Ansteuerbeginn ist nur noch wenig zusätzliche Energie, das heißt, ein geringer Stromanstieg und damit nur eine kurze Zeit notwendig, bis der Verbraucher beginnt, sich zu bewegen. Durch die Vorbestromung wird die Schaltzeit des Magnetventils stark verkürzt.

Ferner ist aus der DE 24 40 785 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bekannt. Vor der Ansteuerung wird der Verbraucher vor der Ansteuerung mit Vorbestromungswert beaufschlagt, der zum Ansprechen des Verbrauchers nicht ausreicht. Diese Vorbestromung erfolgt um das Ansprechverhalten des Verbrauchers zu beschleunigen. Im Anschluss an die Vorbestromung kann ein Schalten des Verbrauchers durch eine geringe Stromerhöhung erzielt werden.

Eine entsprechende Einrichtung zeigt auch die DE 28 35 228 . Bei dieser Einrichtung ist zusätzlich vorgesehen, dass der Stromwert für die Vorbestromung abhängig von Betriebskenngrößen gewählt wird.

Bei der Schaltzeit des Magnetventils handelt es sich um die Zeitdauer zwischen dem Ansteuerbeginn und dem vollständigen Öffnen oder Schließen des Magnetventils. Um eine möglichst genaue Einspritzung erzielen zu können, sollte diese Schaltzeit möglichst kurz sein.

Um eine kurze Schaltzeit erzielen zu können, wird ein möglichst hoher Wert für den Vorbestromungswert gewünscht. Wird der Strom zu hoch gewählt, so führt dies dazu, dass das Magnetventil bereits vor der eigentlichen Ansteuerung schaltet.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers den Vorbestromungswert so vorzugeben, dass der Verbraucher sicher mit einer möglichst geringen Schaltzeit schaltet.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise können Verbraucher sicher geschaltet werden. Die Schaltzeit des Verbrauchers nimmt einen sehr kleinen Wert an.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale, 3 ein Flußdiagramm der erfindungsgemäßen Vorgehensweise und 4 der Verlauf der Schaltzeit über der Zeit aufgetragen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Verbraucher um eine Spule eines Magnetventils, das die Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine beeinflußt. Durch Ansteuern dieses Magnetventils kann der Einspritzbeginn, das Einspritzende und damit auch die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert werden. Hierzu ist es erforderlich, daß das Magnetventil zu einem definierten Zeitpunkt öffnet und/oder schließt. Desweiteren ist es, insbesondere bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, vorteilhaft, wenn das Magnetventil nach Ausgabe des Ansteuersignals möglichst schnell seine neue Endlage erreicht. Das heißt, daß die Schaltzeit des Magnetventils möglichst kurz ist.
In 1 sind die wesentlichsten Elemente der erfindungsgmäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Mit 100 ist der elektromagnetische Verbraucher bezeichnet. Dieser ist mit seinem ersten Anschluß mit einer Versorgungsspannung Ubat verbunden. Mit seinem zweiten Anschluß steht er mit einem Steuermittel 110 in Verbindung.
Bei dem Steuermittel handelt es sich vorzugsweise um einen Transistor, insbesondere um einen Feldeffekttransistor. In diesem Fall steht der zweite Anschluß des Verbrauchers mit dem Drain-Anschluß des Feldeffekttransistors in Verbindung. Der Source-Anschluß des Transistors steht mit einem Strommeßmittel 120 zur Erfassung des durch den Verbraucher fließenden Stroms in Verbindung. Der zweite Anschluß des Strommeßmittels 120 steht mit Masse in Verbindung.
Die Anordnung dieser drei Elemente ist nur beispielhaft dargestellt. So können diese Elemente auch in anderen Reihenfolgen angeordnet sein. So können beispielsweise Masse und Batterieanschlüsse vertauscht sein.
Das Strommeßmittel 120 ist vorzugsweise als Widerstand realisiert. Die beiden Anschlüsse des Widerstandes 120 werden von einer Steuereinheit 130 abgetastet. Die beiden Spannungswerte werden einer Stromerfassung 132 zugeführt, die ausgehend von dem Spannungsabfall am Widerstand 120 einen Stromistwert Iist bereitstellt. Dieser Istwert Iist wird einem Regler 133 als Istwert zugeführt. Der zweite Anschluß des Reglers 133 steht mit einer Steuerung 131 in Verbindung, die den zweiten Eingang mit einem Sollwert IS beaufschlagt. Der Ausgang des Reglers 133 beaufschlagt das Gate des Transistors 110 mit einem entsprechenden Ansteuersignal A.
Verschiedene Sensoren 135 liefern verschiedene Signale, die den Betriebszustand der zu steuernden Brennkraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs angeben. Diese werden der Steuereinrichtung 130 bzw. der Steuerung 131 zugeleitet.
Desweiteren ist eine Adaption 136 vorgesehen, der wenigstens der Istwert Iist zugeführt wird. Die Adaption beaufschlagt die Steuerung 131 mit einem Signal. Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Adaption 136 ein Teil der Steuerung 131 darstellt.
Die Funktionsweise dieser Vorrichtung wird im folgenden anhand der 2 erläutert. In Teilfigur 2a ist der Verlauf des Stroms I, der durch den Verbraucher fließt, und in Teilfigur 2b der Hub H der Magnetventilnadel über der Zeit t aufgetragen.
Ausgehend von den Betriebskenngrößen, die mittels der Sensoren 135 erfaßt werden, berechnet die Steuerung das Ansteuersignal A, mit dem das Schaltmittel 110 zu beaufschlagen ist. Dabei wird ausgehend von den Betriebskenngrößen der gewünschte Einspritzbeginn t5, das Einspritzende t7 und damit die Einspritzmenge vorgegeben. Ausgehend von diesen Größen werden dann die Zeitpunkte vorgegeben, bei denen das Schaltmittel 110 entsprechend anzusteuern ist.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß von einer weiteren Steuereinrichtung Signale, beispielsweise bezüglich des gewünschten Einspritzbeginns und des gewünschten Einspritzendes vorgegeben werden, die von der Steuereinheit 130 in Ansteuersignale A für das Schaltmittel 110 umgesetzt werden.
In einer ersten Phase P1 wird der Verbraucher vorbestromt. Diese Phase beginnt zum Zeitpunkt t1 und endet zum Zeitpunkt t2. Ab dem Zeitpunkt t1 steigt der Strom I durch den Verbraucher von 0 auf den Vorbestromungswert ISV an. Dieser Vorbestromungswert ISV ist so gewählt, daß die Magnetventilnadel sich nicht bewegt.
Zum Zeitpunkt t2 beginnt zweite Phase P2. Zum Zeitpunkt t2 beginnt die eigentliche Ansteuerung des Verbrauchers. Der Zeitpunkt t2 legt den Einspritzbeginn fest. Die zweite Phase wird auch als Anzugsphase bezeichnet. In dieser Phase wird das Schaltmittel 110 derart angesteuert, daß der maximal mögliche Stromfluß erfolgt. Dies hat zur Folge, daß der Strom sehr rasch ansteigt. Zum Zeitpunkt t3, der kurz nach dem Zeitpunkt t2 liegt, beginnt die Bewegung der Ventilnadel. Dies bedeutet, der Hub H steigt langsam an.
Zum Zeitpunkt t4 wird der Sollwert für den Strom auf den Haltewert ISH abgesenkt. Zum Zeitpunkt t4 beginnt die dritte Phase, die auch als Haltestromphase bezeichnet wird. Der Haltestrom ist so gewählt, daß die Ventilnadel in ihrer Endlage verbleibt. Zwischen dem Zeitpunkt t4 und t5 bewegt sich die Ventilnadel in ihre neue Position, die sie zum Zeitpunkt t5 erreicht. Der Zeitpunkt t5, bei dem die Ventilnadel ihre neue Position erreicht, wird als Förderbeginn bzw, als Schaltzeitpunkt (BIP) bezeichnet.
Die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t5 wird als Schaltzeit bezeichnet. Der Zeitpunkt t5, bei dem die Ventilnadel des Magnetventils seine neue Endlage erreicht kann mittels geeigneter Sensoren und oder durch Auswerten des Stroms, der durch den Verbraucher fließt, der Spannung, die am Verbraucher anliegt, oder andere geeignete Größen erkannt werden.
Zum Zeitpunkt t6 endet die dritte Phase und die vierte Phase P4 beginnt, die auch als Schnellöschung bezeichnet wird. Bis zum Zeitpunkt t7 verbleibt die Ventilnadel noch in ihrer Position und fällt dann bis zum Zeitpunkt t8 auf ihren Ausgangswert ab. Entsprechendes gilt für den Strom, der zwischen dem Zeitpunkt t6 und t7 auf 0 abfällt. Der Zeitpunkt t6 wird von der Steuerung 131 so vorgegeben, daß die Einspritzung zum gewünschten Zeitpunkt t7 endet.
Von der Steuerung wird in der Regel der Sollwert ISoll, der in den einzelnen Phasen unterschiedlich ist, vorgegeben. In der ersten Phase P1 wird der Sollwert ISV für den Vorbestromungswert, in der Phase P2 wird der Maximalwert und in der Phase P3 wird der Haltestromwert ISH vorgegeben.
Die Stromerfassung 132 wertet den Spannungsabfall am Meßwiderstand 120 aus und stellt einen Istwert Iist für den Strom bereit, der ebenso wie der Sollwert IS dem Regler 133 zugeführt wird. Der Regler 133 bestimmt ausgehend von der Regelabweichung zwischen dem Soll- und dem Istwert das Ansteu ersignal A für das Schaltmittel 110. Vorzugsweise wird der Sollwert für den Strom als Digitalwert vorgegeben.
Die Vorgabe des Vorbestromungswertes ISV ist problematisch, da er nicht zu hoch gewählt werden darf, da in diesem Fall die Ventilnadel vorzeitig anspricht. Wird er zu nieder gewählt, so ergibt sich nur eine unwesentliche Verkürzung der Schaltzeit.
Um den optimalen Wert für den Vorbestromungswert ISV zu finden, wird wie folgt vorgegangen. Der Wert für den Vorbestromungswert ISV wird erhöht und gleichzeitig wird die Auswirkung auf die Magnetventilschaltzeit beobachtet. Ändert sich die Schaltzeit zwischen zwei Änderungen des Vorbestromungswerts wesentlich, so wird der erreichte Vorbestromungswert um einen Sicherheitsabstand verringert. Der maximal mögliche Stromniveau ist dann erreicht. Dies bedeutet, daß der Vorbestromungswert unter Berücksichtigung der Schaltzeit so gelernt wird, daß eine möglichst kurze Schaltzeit ermöglicht wird.
Durch diese Maßnahme kann die Schaltzeit wesentlich verkürzt werden.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist in 3 dargestellt. In einem ersten Schritt 300 wird der Sollwert ISV für den Vorbestromungswert vorgegeben. Diese Vorgabe erfolgt vorzugsweise abhängig von verschiedenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine. Dies sind insbesondere die Temperatur und die Drehzahl der Brennkraftmaschine.
In einem zweiten Schritt 310 wird der Schaltzeitpunkt BIP1 erfaßt. Anschließend in Schritt 320 wird der Sollwert ISV um einen vorgegebenen Wert Δ1 erhöht. Anschließend wird in Schritt 330 ein neuer Wert BIP2 für den Schaltzeitpunkt erfaßt. Der Schritt 340 berechnet die Differenz ΔB zwischen dem neuen Wert BIP2 und dem alten Wert BIP1 für den Schaltzeitpunkt.
Die Abfrage 350 überprüft, ob dieser Wert ΔB größer als ein Schwellwert SW ist. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 360 der alte Wert BIP1 mit dem neuen Wert BIP2 überschrieben. Anschließend wird in Schritt 320 der Sollwert ISV erneut um den festen Wert Δ1 erhöht.
Dies bedeutet, der Sollwert ISV wird solange um den Wert Δ1 erhöht, bis sich der Schaltzeitpunkt und oder die Schaltzeit um mehr als einen Schwellwert SW ändert. Das heißt, daß sich eine deutliche Änderung des Schaltzeit einstellt. Erkennt die Abfrage 350, daß der Wert ΔB größer als der Schwellwert SW ist, so wird in Schritt 370 der Sollwert ISV um einen zweiten Wert Δ2 verringert. Anschließend wird der Schaltzeitpunkt BIP2 in Schritt 380 erfaßt. Der Schritt 390 bildet die Differenz ΔB zwischen dem neu erfaßten Wert BIP2 und dem vor der Verringerung erfaßten Wert BIP1. Die sich anschließende Abfrage 400 überprüft, ob dieser Wert ΔB größer als ein Schwellwert S2 ist. Ist dies der Fall, so startet das Programm erneut mit Schritt 310. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt 370 der Vorbestromungswert ISV erneut um den Wert Δ2 verringert.
Bei einer sprunghaften Änderung des Schaltzeitpunkts und/oder bei einer Änderung des Schaltzeitpunkts um mehr als ein Schwellwert wird erfindungsgemäß der Vorbestromungswert ISV um den Sicherheitswert Δ2 verringert. Diese Verringerung erfolgt solange, bis die signifikante Änderung der Schaltzeit rückgängig gemacht ist. Dieser so ermittelte Vorbestromungswert wird dann zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
Anstelle des Schaltzeitpunkts kann auch die Schaltzeit, das heißt die Zeitdauer zwischen t2 und t5, ausgewertet werden.
Bei einer vereinfachten Ausführungsform können die Schritte 380, 390 und 400 weggelassen werden. In diesem Fall erfolgt nur eine Reduzierung des Sollwertes um den Sicherheitswert Δ2 und anschließend der Rücksprung zu Schritt 310.
Für den Sicherheitswerts Δ2 wird ein fester Wert gewählt. Vorzugsweise ist dieser gleiche dem Wert Δ1, um den der Vorbestromungswert erhöht wird.
Das Verfahren wird vorzugsweise zyklisch während eines Fahrzyklusses wiederholt, das heißt, es wird in vorgegebenen Zeitabschnitten und/oder nach einer bestimmten Anzahl von Motorumdrehungen wiederholt.
In 4 ist der Verlauf der Schaltzeit SZ und des Sollwertes ISV während der Adaption über der Zeit t aufgetragen. Der Sollwert ISV ist mit einer gestrichelten Linie und die Schaltzeit SZ mit einer durchgezogenen Linie eingetragen. Der Sollwert Ist das maximal mögliche Stromniveau erreicht wird laufend erhöht. In der dargestellten Ausführungsform der 4 erfolgt im Gegensatz zur Ausführungsform der 3 eine lineare Erhöhung des Sollwertes. Entsprechend steigt die Schaltzeit BIP ebenfalls linear mit der Zeit an. Zum Zeitpunkt T1 steigt die Schaltzeit sprungförmig an. In Reaktion auf diesen sprungförmigen Anstieg wird zum Zeitpunkt T2 der Sollwert ISV um einen festen Wert Δ2 zurückgenommen. Entsprechend geht die Schaltzeit auf ihren Wert vor dem sprungförmigen Anstieg zurück.
Erfindungsgemäß wird der Vorbestromungswert, mit dem der Verbraucher vor der Ansteuerung beaufschlagt wird und der zum Ansprechen des Verbrauchers nicht ausreicht gelernt. Hierzu wird der Vorbestromungswert langsam erhöht bis sich eine signifikante Änderung der Schaltzeit ergibt. Dabei wird eine signifikante Änderung erkannt, wenn sich eine sprungförmige Änderung und/oder eine Änderung um mehr als ein vorgegebenen Wert ergibt. Nach der signifikanten Änderung wird der Vorbestromungswert um einen vorgegebenen Sicherheitswert verringert. Der Lernvorgang wird während eines Fahrzyklusses zyklisch wiederholt, wobei vorzugsweise von einem betriebskenngrößenabhängigen Startwert ausgegangen wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, bei dem der Verbraucher in unterschiedlichen Phasen mit unterschiedlichen Stromwerten beaufschlagbar ist, wobei der Verbraucher vor der Ansteuerung mit einem Vorbestromungswert beaufschlagt wird, der zum Ansprechen des Verbrauchers nicht ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbestromungswert unter Berücksichtigung einer Schaltzeit des Verbrauchers adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbestromungswert erhöht und eine Änderung der Schaltzeit ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer sprunghaften Änderung der Schaltzeit und/oder bei einer Änderung der Schaltzeit um mehr als ein Schwellwert der Vorbestromungswert wieder um einen Sicherheitswert verringert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitswert, um den der Vorbestromungswert verringert wird, fest vorgegeben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbestromungswert ausgehend von einem betriebskenngrößenabhängigen Startwert erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption des Vorbestromungswerts zyklisch während eines Fahrzyklusses wiederholt wird.
Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge, mit Ansteuermitteln, die den Verbraucher in unterschiedlichen Phasen mit unterschiedlichen Stromwerten beaufschlagen, wobei der Verbraucher vor der Ansteuerung mit einem Vorbestromungswert beaufschlagt wird, der zum Ansprechen des Verbrauchers nicht ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Vorbestromungswert unter Berücksichtigung der Schaltzeit adaptieren.