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Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers - Dokument DE4415361B4
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4415361B4 04.05.2005
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Franzke, Klaus, Dipl.-Ing. Dr., 71229 Leonberg, DE;
Keller, Stefan, Dipl.-Ing. (FH), 71735 Eberdingen, DE
DE-Anmeldedatum 02.05.1994
DE-Aktenzeichen 4415361
Offenlegungstag 09.11.1995
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.05.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2005
IPC-Hauptklasse H01F 7/18
IPC-Nebenklasse F02D 41/20   F02D 41/34   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers. Solche elektromagnetischen Verbraucher dienen insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen.

So sind Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge bekannt. Bei diesen legt ein Magnetventil die Einspritzdauer fest. Bei Magnetventilen verstreicht zwischen dem Ansteuerzeitpunkt und der Reaktion des Magnetventils eine gewisse Zeitspanne. Diese Zeitspanne wird üblicherweise als Verzugszeit bzw. als Anzugszeit oder Abfallzeit des Ventils bezeichnet. Diese Verzugszeit hängt unter anderem von der Spulentemperatur und verschiedenen anderen Parametern ab. Eine variable Verzugszeit des Magnetventils hat wiederum eine variable Einspritzdauer und damit eine sich ändernde eingespritzte Kraftstoffmenge zur Folge.

Aus der DE 40 20 094 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt. Solche Verbraucher werden beispielsweise bei Magnetventilen eingesetzt, die zur Beeinflussung der in eine Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge dienen. Parallel zu dem Verbraucher ist ein schaltbarer Freilaufkreis angeordnet. Abhängig von der am Schaltmittel anliegenden Spannung wird der schaltbare Freilaufkreis gesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge die Genauigkeit zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich die Genauigkeit der Kraftstoffzumessung wesentlich verbessern.

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 ein detailliertes Blockdiagramm einer Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Vorrichtung zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge in eine Brennkraftmaschine beschrieben. Sie ist aber nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie kann immer dann eingesetzt werden, wenn die Ansteuerdauer eines elektromagnetischen Verbrauchers eine Größe, wie beispielsweise den das Magnetventil durchfließenden Volumenstrom eines Mediums, festlegt.

In 1 sind die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge am Beispiel einer Steuerung einer Brennkraftmaschine gezeigt. Mit 100 ist ein Magnetventil bezeichnet. Ein Anschluß des Magnetventils 100 ist mit einem Anschluß Ubat der Versorgungsspannung verbunden. Der andere Anschluß des Magnetventils 100 steht über ein Schaltmittel 110 mit dem Masseanschluß der Versorgungsspannung in Verbindung.

Das Schaltmittel 110 wird von einer Steuereinheit 120 angesteuert. Desweiteren ist die Steuereinheit 120 mit der Versorgungsspannung und wenigstens einem Sensor 130 zur Erfassung von einer Betriebskenngröße verbunden.

Die Steuereinheit umfaßt eine Mengenvorgabe 122, die zumindestens mit dem Sensor 130 in Verbindung steht. Die Mengenvorgabe 122 beaufschlagt einen Verknüpfungspunkt 124 mit einem ersten Signal. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 124 liegt das Ausgangssignal Tst einer Korrektureinrichtung 128. Der Verknüpfungspunkt 124 beaufschlagt eine Endstufe 126 mit der korrigierten Einspritzzeit. Die Endstufe 126 steuert dann das Schaltmittel entsprechend an.

In der 1 sind nur die wesentlichsten Elemente gezeigt. So kann beispielsweise noch ein Meßwiderstand vorgesehen sein, der den durch das Magnetventil fließenden Strom erfaßt. Ferner kann die Reihenfolge des Schaltmittels 110 und des Magnetventils 100 vertauscht sein. Die Endstufe 126, die Mengenvorgabe 122 und die Korrektureinrichtung 128 können als eine bauliche Einheit realisiert sein. Bei der Mengenvorgabe 122 handelt es sich üblicherweise um ein Motorsteuergerät, das die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine steuert.

Das Schaltmittel ist vorzugsweise als Transistor, insbesondere als Feldeffekttransistor realisiert.

Aus Kostengründen werden vorzugsweise hochohmige Einspritzventile eingesetzt. In solchen Ventilen wird der überwiegende Teil der elektrischen Leistung in der Ventilspule umgesetzt. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Temperatur des Ventils.

Bei Spulen deren Widerstand sich abhängig von der Temperatur verändert führt dies zu einer Änderung der Anzugszeit und/oder der Abfallzeit abhängig von der Spulentemperatur. Da die Temperatur von dem anliegenden Tastverhältnis der Ventilsteuerung abhängt, beeinflußt das Tastverhältnis auch die Verzugszeiten. Dies kann durch die Variation der Einspritzmenge zu einer zu unzulässigen Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors führen.

Erfindungsgemäß kompensiert die Steuereinheit 120 den Einfluß der Spulentemperatur auf die eingespritzte Kraftstoffmenge.

Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Ausgehend von den mittels den Sensoren erfaßten Betriebsbedingungen berechnet die Mengenvorgabe 122 eine Grundeinspritzdauer T. Der Verknüpfungspunkt 124 addiert zu dieser Grundeinspritzdauer T das Ausgangssignal Tst der Korrektureinrichtung 128. Bei diesem Ausgangssignal der Korrektureinrichtung 128 handelt es sich um die Verzugszeit Tst. Für die Zeitdauer, der so berechneten Gesamteinspritzdauer TG, beaufschlagt die Endstufe 126 das Schaltmittel 110 mit einem Ansteuersignal.

Die Endstufe 126 beaufschlagt das Schaltmittel mit einem getakteten Signal, das ein bestimmtes Tastverhältnis aufweist. Dieses Tastverhältnis kann abhängig von verschiedenen Betriebszuständen vorgegeben werden.

Erfindungsgemäß korrigiert die Korrektureinrichtung 128 den Einfluß der Spulentemperatur auf die eingespritzte Kraftstoffmenge. Die Korrektureinrichtung 128 ist in der 2 detaillierter dargestellt.

Die Korrektureinrichtung 128 ist wie folgt aufgebaut. Eine erste Kennlinie 200 wird mit einem Signal einer Tastverhältnissvorgabe 210 beaufschlagt. Das Ausgangssignal der ersten Kennlinie 200 gelangt zu einem Filter 220. Das Filter wird ferner von einem Speicher 230 und einer Abtastzeitvorgabe 240 mit Signalen beaufschlagt. Der Ausgang des Filters steht mit dem Eingang des Speichers 230 und einem Verknüpfungspunkt 250 in Verbindung. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform gelangt zum zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 250 das Ausgangssignal eines zweiten Kennfeldes 260 dem als Eingangsgröße die Ausgangsgröße einer Spannungsvorgabe 270 (Betriebsspannung) zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des Verknüpfungspunktes 250 dient als Ausgangsgröße der Korrektureinrichtung 128.

Diese Korrektureinrichtung 128 arbeitet wie folgt. In der ersten Kennlinie 200 ist die Verzugszeit des Ventils abhängig vom Tastverhältnis, mit dem das Ventil 100 von der Endstufe 126 angesteuert wird, abgelegt. Der Zusammenhang zwischen der Verzugszeit und dem Tastverhältnis wird experimentell bestimmt.

Die so bestimmte Verzugszeit wird nun dem Filter 220 zugeführt, das die zeitabhängige Änderung der Spulentemperatur berücksichtigt. Vorzugsweise erfolgt dies in Form einer Exponentialfunktion über der Zeit. Hierzu ist vorgesehen, daß in einem festen Zeitraster, das von der Abtastzeitvorgabe 240 bestimmt wird, die Differenz der momentan ausgelesenen Verzugszeit und der im vorhergehenden Zeitraster berechneten Verzugszeit mit einem konstanten Faktor A multipliziert wird. Als Faktor A wird vorzugsweise eine positive Zahl kleiner 1 gewählt. Die Filterung erfolgt vorzugsweise gemäß der Beziehung: Tsi = Ts(i-1) + (Tssoll-Ts(I-1))·A

Hierbei handelt es sich bei dem Wert Tsi um die aktuelle Verzugszeit, bei dem Wert Ts(i-1) um die Verzugszeit bei der vorherigen Berechnung, bei dem Wert Tssol um den Sollwert der Verzugszeit und bei A um eine Konstante.

Das so gewonnene Ergebnis wird zu der aus dem vorhergehenden Zyklus berechneten Verzugszeit hinzuaddiert. Dieses Ergebnis ist die neue Verzugszeit, die zur Einspritzzeitkorrektur herangezogen und für den nächsten Berechnungszyklus im Speicher 230 zwischengespeichert wird.

Durch geeignete Wahl des Zeitrasters und der Größe A kann die Vorrichtung an die jeweiligen Magnetventile angepaßt werden.

Anschließend erfolgt im Verknüpfungspunkt 250 ein vorzugsweise additive Korrektur abhängig von der Versorgungsspannung. Hierzu ist in einem zweiten Kennfeld 260 ein Korrekturwert abhängig von der Versorgungsspannung Ubat abgelegt. Diese nachträgliche Korrektur ist insbesondere dann erforderlich, wenn größere dynamische Spannungsänderungen in der Versorgungsspannung auftreten, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen auftreten. In diesem Fall dürfen die Verzugszeitänderungen, die auf Schwankungen der Versorungsspannung beruhen, nicht durch den Filter 220 bedämpft werden.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß das zweite Kennfeld 260 in die erste Kennlinie 200 integriert ist. Dies bedeutet, das erste Kennfeld ist mehrdimensional ausgelegt. Die Verzugszeit ist abhängig vom Tastverhältnis und der Batteriespannung abgelegt.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ergibt sich der Vorteil, daß hochohmige Magnetventile ohne Beeinträchtigung der Abgasemissionen eingesetzt werden können, auch wenn deren ohmscher Widerstand eine deutliche Temperaturabhängigkeit aufweist.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, das die in eine Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge beeinflusst, wobei die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils um eine Verzugszeit korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugszeit abhängig von der dein Verbraucher zugeführten Leistung vorgegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugszeit wenigstens abhängig vom Tastverhältnis, mit dem das Magnetventil beaufschlagt wird, vorgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugszeit wenigstens abhängig vom Wert der Versorgungsspannung vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugszeit gefiltert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugszeit gemäß der Beziehung Tsi = Ts(i-1) + (Tssoll-Ts(I-1))·A gefiltert wird, wobei es sich bei dem Wert Tsi um die aktuelle Verzugszeit, bei dem Wert Ts(i-1) um die Verzugszeit bei der vorherigen Berechnung, bei dem Wert Tssoll um den Sollwert der Verzugszeit und bei A um eine Konstante handelt.
  6. Vorrichtung zur Steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils, das die in eine Brennkraftmaschine einzuspritzende Kraftstoffmenge beeinflusst, mit Mitteln, die die Dauer der Ansteuerung des Magnetventils um eine Verzugszeit korrigieren, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die die Verzugszeit abhängig von der dem Verbraucher zugeführten Leistung vorgeben.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugszeit in wenigstens einer Kennlinie abhängig von dem Tastverhältnis abgelegt ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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