Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers

Abstract

 Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der ein bewegliches Element umfaßt, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, beschrieben. Innerhalb eines Zeitfensters wird ein Schaltzeitpunkt ermittelt, bei dem das bewegliche Element eine bestimmte Lage erreicht. Die Zeitdauer des Zeitfensters ist derart vorgebbar, daß der Strom, der während des Zeitfensters durch den Verbraucher fließt einen Schwellwert nicht übersteigt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

[0002] Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers sind aus der DE-OS 44 20 282 bekannt. Dort wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Verbrauchers beschrieben, der ein bewegliches Element umfaßt. Bei dem Verbraucher handelt es sich um ein Magnetventil zur Ansteuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine. Innerhalb eines Zeitfensters wird ein Schaltzeitpunkt erkannt, bei dem das bewegliche Element eine bestimmte Lage erreicht. Dies erfolgt durch die Auswertung des zeitlichen Verlaufs einer Größe, die den Strom, der durch den Verbraucher fließt, entspricht. Während des Zeitfensters, in dem der Strom ausgewertet wird, ist vorgesehen, daß die Spannung, die an dem Verbraucher anliegt, auf einen konstanten Wert geregelt oder gesteuert wird.

[0003] In der Kaltstartphase sind die Zuleitungen zu dem Verbraucher niederohmig, so daß die Ströme bei konstanter Spannung ein höheres Niveau erreichen, als im normalen Betrieb. Ist eine Stromüberwachung vorgesehen, die ab einem bestimmten Schwellenwert des Stromes die Endstufe abschaltet, so kann dies dazu führen, daß die Endstufe von der Stromüberwachung abgeschaltet wird.

[0004] Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn während des Zeitfensters in dem die Schaltzeitpunkt erkannt wird, der Verbraucher mit der Versorgungsspannung verbunden ist. Abhängig von der Dauer des Zeitfensters steigt der Strom, der durch den Verbraucher fließt, auf unterschiedlich hohe Werte an.

Aufgabe der Erfindung

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers der eingangs genannten Art die Dauer des Zeitfensters, innerhalb dem die Schaltzeitpunkt erfaßt wird, geeignet vorzugeben. Das Zeitfenster soll ausreichend groß sein, damit der Schaltzeitpunkt erfaßt werden kann. Andererseits soll das Zeitfenster so klein sein, so daß es nicht zu einem Stromanstieg auf unzulässige Werte und damit zu einer Abschaltung der Endstufe kommt.

Vorteile der Erfindung

[0006] Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise werden Stromabschaltungen der Endstufe während der Erfassung des Schaltzeitpunkts vermieden. Das Zeitfenster, innerhalb dem der Schaltzeitpunkt erfaßt wird, wird derart vorgegeben, daß zum einen eine Erfassung des Schaltzeitpunkts möglich ist und zum anderen der Strom nicht auf unzulässig hohe Werte ansteigt.

[0007] Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

[0008] Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung der Endstufe, Figur 2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Signale und Figur 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0009] Nachfolgend wird die Erfindung am Beispiel eines Verbrauchers beschrieben. Bei dem Verbraucher handelt es sich insbesondere um eine Magnetventil zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine. Der Verbraucher umfaßt ein bewegliches Element, das bei einem Magnetventil üblicherweise als Ventilnadel bezeichnet ist.

[0010] In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand eines Blockdiagrammes dargestellt. Ein Verbraucher 100 ist mit einem ersten Anschluß mit einer Versorgungsspannung Ubat verbunden, der zweite Anschluß des Verbrauchers 100 steht mit dem ersten Anschluß eines Schaltmittels 110 in Verbindung. Der zweite Anschluß des Schaltmittels 110 steht mit dem ersten Anschluß eines Strommeßmittels 120 in Verbindung. Der zweite Anschluß des Strommeßmittels steht mit Masse in Kontakt.

[0011] Die Anschlüsse des Verbrauchers 100 und die Anschlüsse des Strommeßmittels 120 beaufschlagen eine Steuereinheit 130 mit Signalen, die wiederum das Schaltmittel 110 mit einem Ansteuersignal A beaufschlagt.

[0012] In der dargestellten Ausführungsform ist der Verbraucher 100, das Schaltmittel 110 und das Strommeßmittel 120 in dieser Reihenfolge in Reihe geschaltet. Diese Reihenfolge ist nur beispielhaft gewählt. Die drei Elemente können auch in anderer Reihenfolge angeordnet sein. So kann das Schaltmittel auch zwischen der Versorgungsspannung und dem Verbraucher angeordnet sein. Desweiteren kann das Strommeßmittel 120 zwischen dem Schaltmittel 110 und dem Verbraucher 100 bzw. zwischen dem Verbraucher 100 und der Versorgungsspannung angeordnet sein. Desweiteren ist es möglich, daß weitere Schaltmittel, insbesondere ein zwischen dem Verbraucher 100 und der Versorgungsspannung, vorgesehen sind.

[0013] Das Schaltmittel 110 ist vorzugsweise als Transistor, insbesondere als Feldeffekttransistor, realisiert. Das Strommeßmittel 120 ist vorzugsweise als ohmscher Widerstand ausgebildet. Bei dem Verbraucher 100 handelt es sich vorzugsweise um die Spule eines Magnetventils daß zur Zumessung von Kraftstoff eingesetzt wird.

[0014] In der Teilfigur 2a ist der Strom I, der durch den Verbraucher 100 fließt, und vorzugsweise durch das Strommeßmittel 120 erfaßt wird, über der Zeit aufgetragen. In der Figur 2a ist eine Zumessung bzw. ein Einspritzvorgang dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Ansteuerung des Verbrauchers 100.

[0015] Zu diesem Zeitpunkt t1 steigt der Strom I steil an. Zum Zeitpunkt t2 wird ein erster Wert S1 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt öffnet das Schaltmittel. Fällt der Strom um einen bestimmten Wert ab, so schließt das Schaltmittel 110 und der Strom steigt wieder auf den Wert S1 an. Der Wert S1 wird auch als Anzugsstrom bezeichnet.

[0016] Der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 wird als freier Stromhochlauf bezeichnet. An diesen schließt sich die Regelung auf den Anzugsstrom an.

[0017] Zum Zeitpunkt t3 beginnt ein Zeitfenster innerhalb dem das Schaltmittel 110 sich ständig in seinem geschlossenen Zustand befindet. Dies hat zur Folge, daß der Strom ansteigt. Zum Zeitpunkt tBIP erreicht das bewegliche Element aufgrund der Magnetkraft seine neue Endlage. Dies hat eine Änderung der Induktivität des Verbrauchers zur Folge. Dies bewirkt einen veränderten Stromanstieg. Zum Zeitpunkt t4 endet das Zeitfenster.

[0018] Ab dem Zeitpunkt t4 wird auf einen zweiten Wert S2 für den Strom geregelt. Dieser Wert wird auch als Haltestrom bezeichnet. Die Ansteuerung des Verbrauchers endet zum Zeitpunkt t5, bei dem das Schaltmittel 110 geöffnet wird und der Strom bis zum Zeitpunkt t6 auf 0 abfällt.

[0019] Der Stromverlauf ist nur schematisch dargestellt und kann bei anderen Typen von Magnetventilen oder anderen Ansteuerverfahren auch andere Verläufe annehmen. Insbesondere das Verhalten während des Erreichens der neuen Endlage zum Zeitpunkt tBIP kann unterschiedlich sein. Wesentlich ist, daß zum Schaltzeitpunkt tBIP der Stromverlauf einen Knick und/oder eine Unstetigkeit aufweist. Üblicherweise wird dieser Knick durch eine Stromauswertung erkannt.

[0020] Problematisch ist nun, daß während des Zeitraumes t3 bis t4 das Schaltmittel 110 ständig geschlossen ist. Bei einem kleinen ohmschen Widerstand des Verbrauchers 100 steigt der Strom daher in diesem Zeitraum sehr stark an. Dies kann dazu führen, daß ein höchstzulässiger Stromwert überschritten wird, und die Endstufe abschaltet, d.h. das Schaltmittel 110 dauerhaft geöffnet wird.

[0021] Die Zeitpunkte t3 und t4 definieren ein Zeitfenster innerhalb dem der Schaltzeitpunkt erfaßt wird. Dabei ist vorgesehen, daß innerhalb dem Zeitfenster das Schaltmittel 110 sich in seinem geschlossenen Zustand befindet. Durch Auswertung des Stromverlaufs innerhalb des Zeitfensters wird der Schaltzeitpunkt tBIP erkannt. Während des Zeitfensters, das durch die Zeitpunkte t3 und t4 definiert ist, wird der Verbraucher 100 mit der Versorgungsspannung Ubat beaufschlagt und der zeitliche Verlauf des Stroms zur Ermittlung der Schaltzeit ausgewertet. Dadurch, daß der Verbraucher im Zeitfenster mit Versorgungsspannung beaufschlagt wird, vereinfacht sich die Ansteuerung im Zeitfenster wesentlich, eine Spannungsregelung ist nicht erforderlich.

[0022] Die Grenzen für das Zeitfenster t3 und t4 werden vorzugsweise ausgehend von dem Schaltzeitpunkt tBIP der vorhergehenden Ansteuerung und der Breite B des Zeitfensters vorgegeben. Dabei erfolgt die Berechnung vorzugsweise gemäß der Formel.

[0023] Die Breite B des Zeitfensters wird dabei, wie in Figur 3 beschrieben, vorgegeben.

[0024] Erfindungsgemäß wird durch eine Vorgabe des Zeitfensters d.h. des Zeitabstandes zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Stromanstieg während des Zeitfensters begrenzt. Dies erfolgt insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine.

[0025] In Teilfigur 2b ist der zeitliche Verlauf der Dauer des Zeitfensters mit einer durchgezogenen Linie aufgetragen. Der Höchstwert IB des Stromes I, der kurz vor dem Zeitpunkt t4 erfaßt wird, ist mit einer gestrichelten Linie aufgetragen. Desweiteren ist der Schwellwert SW mit einer Doppellinie aufgetragen. Es sind die Verhältnisse im normalen ungestörten Betrieb dargestellt.

[0026] Zum Zeitpunkt 0 d.h. beim Start der Brennkraftmaschine wird ein minimaler Wert BMIN für die Dauer des Zeitfensters d.h. im Abstand zwischen t3 und t4 vorgegeben. Der Höchstwert IB des Stromes liegt deutlich unterhalb des Schwellwertes SW. Dies hat zur Folge, daß bei der nächsten Einspritzung ein größerer Wert für das Zeitfenster vorgegeben wird. Dies bedeutet, die Dauer B des Zeitfensters steigt über der Zeit mehrere Stufen an, bis ein Maximalwert BMAX erreicht ist. Der Wert BMIN ist so gewählt, daß auch bei ungünstigen Bedingungen der Maximalstrom IB nicht größer als der Schwellwert SW ist.

[0027] Gleichzeitig mit dem Anstieg der Dauer B des Zeitfenster steigt auch der Höchstwert IB des Stroms an. Der Höchstwert erreicht aber nicht den Schwellwert SW. Der Schwellwert SW ist so gewählt, daß er geringfügig kleiner ist als der höchstzulässige Stromwert, bei dem die Stromüberwachung anspricht.

[0028] Der Figur 2b ist ferner zu entnehmen, daß der Schwellwert SW nicht konstant ist, sondern abhängig von der Batteriespannung Ubat, mit dem der Verbraucher beaufschlagt wird, vorgegeben wird. Wie in der Figur 2b zu erkennen ist, steigt dieser Wert während des Startvorganges langsam an.

[0029] In Figur 3 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines Flußdiagrammes erläutert. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise nur einmal nach dem Start der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dies bedeutet, nach dem Start der Brennkraftmaschine beginnt das Programm in Schritt 300.

[0030] Im sich anschließenden Schritt 310 wird der Wert B für das Zeitfenster auf den Minimalwert BMIN gesetzt. Die sich anschließende Abfrage 320 überprüft, ob der Höchstwert des Stromes IB größer als der Schwellwert SW ist. Ist dies nicht der Fall, d.h. der Höchstwert IB des Stromes ist kleiner als der Schwellwert SW, so wird im Schritt 330 das Zeitfenster B um den Wert X vergrößert.

[0031] Der Höchstwert IB des Stromes entspricht dem Stromwert, der zum Zeitpunkt t4 vorliegt. Kann dieser meßtechnisch nicht oder nur schwer erfaßt werden, so kann auch ein Stromwert unmittelbar vor der Zeitpunkt t4 als Höchstwert IB verwendet werden. Der Höchstwert IB des Stroms entspricht dem größten Stromwert, der im Zeitfenster gemessen wird. Der Höchstwert IB des Stromes I wird vorzugsweise unmittelbar vor dem Ende des Zeitfensters (t4) erfaßt.

[0032] Die sich anschließende Abfrage 340 überprüft, ob die Breite B des Zeitfensters größer als der Maximalwert BMAX ist. Ist dies der Fall, so endet das Programm in Schritt 350.

[0033] Ist dies nicht der Fall, erfolgt erneut die Abfrage 320. Im normalen Betrieb werden die Programmschritte 320, 330 und 340 mehrmals durchlaufen, bis die Breite B des Zeitfensters den Maximalwert BMAX erreicht hat. Ist dies der Fall endet das Verfahren.

[0034] Erkennt die Abfrage 320, daß der Höchstwert IB des Stromes größer als der Schwellwert SW ist, so wird in Schritt 360 die Breite B des Fensters um den Wert Y verringert. Die anschließende Abfrage 370 überprüft, ob die Breite B kleiner oder gleich als der Minimalwert BMIN ist. Ist dies nicht der Fall, so erfolgt erneut die Abfrage 320. Ist dies der Fall, so wird unter Schritt 380 die Breite B auf den Minimalwert BMIN gesetzt, und die Abfrage 320 erfolgt erneut.

[0035] Dies bedeutet, ist der Höchstwert des Stromes IB größer als der Schwellwert SW, so wird die Breite des Fensters B um den Wert Y verringert, bis der Höchstwert IB des Stromes kleiner als der Schwellwert ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der untere Wert BMIN nicht unterschritten wird.

[0036] Erfindungsgemäß wird ausgehend von einem Startwert (BMIN) die Zeitdauer des Zeitfensters vergrößert, wenn der Strom kleiner als der Schwellwert ist. Die Zeitdauer des Zeitfensters wird vergrößert, bis ein Maximalwert (BMAX) für die Zeitdauer erreicht ist. Die Zeitdauer des Zeitfensters wird verkleinert, wenn der Strom größer als der Schwellwert ist.

Ansprüche

1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der ein bewegliches Element umfaßt, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, wobei innerhalb eines Zeitfensters ein Schaltzeitpunkt ermittelt wird, bei dem das bewegliche Element eine bestimmte Lage erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Zeitfensters derart vorgebbar ist, daß der Strom, der während des Zeitfensters durch den Verbraucher fließt einen Schwellwert nicht übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Startwert (BMIN) die Zeitdauer des Zeitfensters vergrößert wird, wenn der Strom kleiner als der Schwellwert ist.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Zeitdauer des Zeitfensters verkleinert wird, wenn der Strom größer als der Schwellwert ist.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Zeitfensters vergrößert wird, bis ein Maximalwert (BMAX) für die Zeitdauer erreicht ist.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, während der Zeitdauer der Verbraucher mit einer Versorgungspannung beaufschlagt wird und der zeitliche Verlauf des Stroms zur Ermittlung einer Schaltzeit ausgewertet wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom unmittelbar vor Ende des Zeitfensters erfaßt wird.

7. Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, der ein bewegliches Element umfaßt, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine, mit Mitteln, die innerhalb eines Zeitfensters ein Schaltzeitpunkt ermitteln, bei dem das bewegliche Element eine bestimmte Lage erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Zeitdauer des Zeitfensters derart vorgeben, daß der Strom, der während des Zeitfensters durch den Verbraucher fließt einen Schwellwert nicht übersteigt.

Zeichnung