DE19912966A1 - Actuator for vol. control valve for direct injection IC engine, with valve controlling pressure build-up is pressure storage - Google Patents
Actuator for vol. control valve for direct injection IC engine, with valve controlling pressure build-up is pressure storageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Mengensteuerventils, insbesondere bei einer direkt einspritzenden Brennkraftmaschine.The invention relates to a device for controlling a Volume control valve, especially with a direct injecting internal combustion engine.
Ein solches Mengensteuerventil ist aus der DE 198 34 120 bekannt. Dort wird ein Mengensteuerventil beschrieben, das den Druckaufbau in einem Druckspeicher steuert. Solche Mengensteuerventile werden insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen verwendet.Such a volume control valve is from DE 198 34 120 known. There, a volume control valve is described that controls the pressure build-up in a pressure accumulator. Such Volume control valves are used in particular direct-injection internal combustion engines used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur Steuerung eines Mengensteuerventils eine möglichst exakte Betätigung des Mengensteuerventils zu ermöglichen. The invention has for its object in a Device for controlling a quantity control valve actuate the volume control valve as precisely as possible enable.
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann eine exakte Steuerung des Mengensteuerventils und damit eine exakte Steuerung des Druckaufbaus in einem Druckspeicher ermöglicht werden.With the procedure according to the invention, an exact Control of the volume control valve and thus an exact Control of the pressure build-up in a pressure accumulator enables become.
Besonder vorteilhaft ist es, daß ein Schaltmittel das Mengensteuerventil mit Masse verbindet, daß ein Anschluß des Mengensteuerventils mit einem Energiespeicher verbindbar ist, und daß die beim Öffnen des Schaltmittels freiwerdende Energie in den Energiespeicher umgeladen wird.It is particularly advantageous that a switching means Quantity control valve connects to ground that a connection of the Quantity control valve can be connected to an energy store and that when the switching means is released Energy is transferred to the energy storage.
Vorteilhaft ist es, daß es sich beim dem Energiespeicher um einen Boosterkondensator oder um einen Kondensator eines DC/DC-Wandlers handelt.It is advantageous that the energy storage device is concerned a booster capacitor or a capacitor DC / DC converter.
Dadurch daß das Mengensteuerventil über ein drittes Schaltmittel mit dem Boosterkondensator verbindbar ist, kann ein schneller Stromanstieg und damit eine schnelle Betätigung des Mengensteuerventils erreicht werden.Because the volume control valve has a third Switching means can be connected to the booster capacitor a rapid increase in electricity and therefore a quick one Actuation of the volume control valve can be achieved.
Besonders vorteilhaft ist es, daß der DC/DC-Wandler und/oder der Boosterkondensator zur Spannungsversorgung von weiteren Verbrauchern verwendet wird. Dadurch können erhebliche Kosten eingespart werden.It is particularly advantageous that the DC / DC converter and / or the booster capacitor for the power supply of others Is used by consumers. This can be significant Costs can be saved.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigenThe invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments explained. Show it
Fig. 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 1 is a block diagram of the essential elements of the device according to the invention and
Fig. 2 nähere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Fig. 2 shows more detailed embodiments of the circuit arrangement according to the invention.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird bevorzugt bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen eingesetzt.The procedure according to the invention is preferred for direct-injection internal combustion engines are used.
Die wesentlichsten Elemente der Vorrichtung sind in Fig. 1 dargestellt. Mit 100 sind Injektoren bezeichnet, über die der Kraftstoff den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugemessen wird. In Fig. 1 sind beispielhaft lediglich drei Injektoren dargestellt.The most important elements of the device are shown in Fig. 1. 100 denotes injectors, via which the fuel is metered to the individual combustion chambers of the internal combustion engine. In Fig. 1, only three injectors are shown as an example.
Die Injektoren werden von einem Druckspeicher 200 mit Kraftstoff beaufschlagt. Der Druckspeicher 200, der auch als Rail bezeichnet wird, steht über eine Leitung 210 mit einer Hochdruckpumpe 220 in Verbindung. Die Hochdruckpumpe 220 steht über eine Leitung 240 mit einer Niederdruckpumpe 250, die auch als Elektrokraftstoffpumpe bezeichnet wird, in Verbindung. Die Elektrokraftstoffpumpe 250 ist vorzugsweise in einem Kraftstoffvorratsbehälter 255, der auch als Tank bezeichnet wird, angeordnet. An dem Druckspeicher 200 ist ein Drucksensor 205 angeordnet.The injectors are supplied with fuel by a pressure accumulator 200 . The pressure accumulator 200 , which is also referred to as a rail, is connected to a high-pressure pump 220 via a line 210 . The high-pressure pump 220 is connected via a line 240 to a low-pressure pump 250 , which is also referred to as an electric fuel pump. The electric fuel pump 250 is preferably arranged in a fuel reservoir 255 , which is also referred to as a tank. A pressure sensor 205 is arranged on the pressure accumulator 200 .
An der Hochdruckkraftstoffpumpe bzw. im Bereich der Leitung 240 zwischen der Hochdruckkraftstoffpumpe 220 und der Elektrokraftstoffpumpe 250 ist ein Mengensteuerventil 230 angeordnet.A quantity control valve 230 is arranged on the high-pressure fuel pump or in the region of the line 240 between the high-pressure fuel pump 220 and the electric fuel pump 250 .
Das Mengensteuerventil 230, die Injektoren 100 und geg. das Druckregelventil 205 werden von einer Endstufe 160 mit Spannung beaufschlagt. Die Endstufe 160 ist vorzugsweise in einer Steuerung 260 integriert, die die Ausgangssignale verschiedener Sensoren 270 verarbeitet. The quantity control valve 230 , the injectors 100 and against the pressure control valve 205 are supplied with voltage by an output stage 160 . The output stage 160 is preferably integrated in a controller 260 , which processes the output signals of various sensors 270 .
Diese Einrichtung arbeitet nun wie folgt. Die Elektrokraftstoffpumpe 250 fördert den Kraftstoff, der sich im Tank 255 befindet über die Leitung 240 zur Hochdruckpumpe 220. Diese verdichtet den Kraftstoff und fördert ihn über die Leitung 210 in den Druckspeicher 200. Durch Ansteuern der Injektoren 100 kann der Beginn und das Ende der Einspritzung von Kraftstoff in einen bestimmten Zylinder gesteuert werden. Diese Steuerung erfolgt abhängig von den mit den Sensoren 270 erfaßten Betriebskenngrößen.This facility now works as follows. The electric fuel pump 250 pumps the fuel that is in the tank 255 via the line 240 to the high-pressure pump 220 . This compresses the fuel and delivers it via line 210 into the pressure accumulator 200 . By driving the injectors 100 , the start and end of the injection of fuel into a particular cylinder can be controlled. This control takes place as a function of the operating parameters recorded with the sensors 270 .
Mittels des Drucksensors 205 wird der im Druckspeicher 200 herrschende Kraftstoffdruck P erfaßt und vorzugsweise in der Steuerung 260 im Sinne einer Druckregelung ausgewertet. Abhängig vom Vergleich des gemessenen Druckwertes P mit einem Sollwert wird ein Ansteuersignal zur Beaufschlagung eines Druckstellers gebildet.The fuel pressure P prevailing in the pressure accumulator 200 is detected by means of the pressure sensor 205 and is preferably evaluated in the control 260 in the sense of a pressure regulation. Depending on the comparison of the measured pressure value P with a target value, a control signal is generated to act on a pressure actuator.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Drucksteller das Mengensteuerventil 230 eingesetzt. Mittels des Mengensteuerventils 230 kann die von der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoffmenge gesteuert und damit der Druckaufbau im Druckspeicher gesteuert werden. Hierzu ist es erforderlich, daß das Mengensteuerventil 230 zu einem bestimmten ersten Zeitpunkt angesteuert und die Ansteuerung zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgenommen wird. Um eine genaue Drucksteuerung zu erzielen, ist es erforderlich, daß das Mengensteuerventil 230 zum exakt vorberechneten Zeitpunkt öffnet und/oder schließt. Insbesondere soll die Verzögerungszeit zwischen der Ansteuerung und der tatsächlichen Reaktion, d. h. dem Öffnen und/oder Schließen des Mengensteuerventils, möglichst klein sein.In the exemplary embodiment shown, the quantity control valve 230 is used as the pressure regulator. The quantity of fuel valve delivered by the high-pressure pump can be controlled by means of the quantity control valve 230 and thus the pressure build-up in the pressure accumulator can be controlled. For this purpose, it is necessary for the quantity control valve 230 to be actuated at a specific first time and for the actuation to be withdrawn at a second time. In order to achieve precise pressure control, it is necessary for the quantity control valve 230 to open and / or close at the precisely pre-calculated time. In particular, the delay time between the activation and the actual reaction, ie the opening and / or closing of the quantity control valve, should be as short as possible.
Bei einer bedarfsgerechten Drucksteuerung fördert die Hochdruckpumpe 220 nur die Kraftstoffmasse, die für die Aufrechterhaltung des Druckes im Druckspeicher 200 notwendig ist. Dabei ist es notwendig, daß bei einer bestimmten Kolbenstellung der Hochdruckpumpe das Mengensteuerventil geschlossen bzw. geöffnet wird, und dadurch die notwendige Kraftstoffmasse komprimiert wird, die für den Druckerhalt bzw. Druckaufbau notwendig ist. Exakte Schaltzeiten des Mengensteuerventils 230 sind die Voraussetzung für eine genaue Druckregelung.In the case of pressure control according to need, the high-pressure pump 220 delivers only the fuel mass which is necessary for maintaining the pressure in the pressure accumulator 200 . It is necessary for the quantity control valve to be closed or opened for a specific piston position of the high-pressure pump, and for this to compress the necessary fuel mass which is necessary for maintaining the pressure or building up pressure. Exact switching times of the volume control valve 230 are the prerequisite for precise pressure control.
In Fig. 2 ist die Endstufe 160 detaillierter dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Dreizylinderbrennkraftmaschine. Hierbei ist jedem Verbraucher ein Injektor und jedem Injektor ein Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Bei höheren Zylinderzahlen der Brennkraftmaschine sind entsprechend mehr Injektoren, Schaltmittel und Dioden vorzusehen.The output stage 160 is shown in more detail in FIG. 2. The embodiment shown is a three-cylinder internal combustion engine. Each consumer is assigned an injector and each injector a cylinder of the internal combustion engine. If the number of cylinders in the internal combustion engine is higher, more injectors, switching means and diodes are to be provided.
Mit 100, 101 und 102 sind drei Verbraucher der Injektoren und mit 230 das Mengensteuerventil bezeichnet. Jeweils ein Anschluß der Verbraucher 100, 101, 102 und 230 stehen über ein Schaltmittel 115, eine Diode 110 und einem Meßmittel 125 mit einer Spannungsversorgung 105 in Verbindung.With 100 , 101 and 102 three consumers of the injectors and 230 are the volume control valve. In each case one connection of the consumers 100 , 101 , 102 and 230 are connected to a voltage supply 105 via a switching means 115 , a diode 110 and a measuring means 125 .
Die Diode 110 ist so angeordnet, daß sie mit ihrer Anode mit dem Schaltmittel 115 und mit ihrer Kathode mit den Verbrauchern (100 bis 103) in Verbindung steht. Bei dem Schaltmittel 115 handelt es sich vorzugsweise um einen Feldeffekttransistor.The diode 110 is arranged so that its anode is connected to the switching means 115 and its cathode is connected to the consumers ( 100 to 103 ). The switching means 115 is preferably a field effect transistor.
Jeweils der zweite Anschluß der Verbraucher 100, 101, 102 und 230 steht über jeweils ein zweites Schaltmittel 120, 121, 122 und 123 mit einem Widerstandsmittel 125 in Verbindung. Bei dem Schaltmittel 120 bis 123 handelt es sich ebenfalls vorzugsweise um Feldeffekttransistoren. Die Schaltmittel 120 bis 123 werden als Low-Side-Schalter und das Schaltmittel 115 als High-Side-Schalter bezeichnet. Der zweite Anschluß des Widerstandsmittels 125 steht mit dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung in Verbindung.In each case the second connection of the consumers 100 , 101 , 102 and 230 is connected to a resistance means 125 via a respective second switching means 120 , 121 , 122 and 123 . The switching means 120 to 123 are also preferably field effect transistors. The switching means 120 to 123 are referred to as low-side switches and the switching means 115 as high-side switches. The second connection of the resistance means 125 is connected to the second connection of the voltage supply.
Jedem Verbraucher 100, 101, 102 und 230 ist eine Diode 130, 131, 132 und 133 zugeordnet. Der Anodenanschluß der Dioden steht jeweils mit dem Verbindungspunkt zwischen Verbraucher und Low-Side-Schalter in Kontakt. Der Kathodenanschluß steht mit einem Kondensator 145 sowie einem weiteren Schaltmittel 140 in Verbindung. Der zweite Anschluß des Schaltmittels 140 steht über eine Diode 142 mit den ersten Anschlüssen der Verbraucher 100 bis 103 in Kontakt. Bei dem Schaltmittel 140 handelt es sich ebenfalls vorzugsweise um einen Feldeffekttransistor. Dieses Schaltmittel 140 wird auch als Booster-Schalter bezeichnet. Der zweite Anschluß des Kondensators 145 steht ebenfalls mit dem zweiten Anschluß der Versorgungsspannung 105 in Verbindung.A diode 130 , 131 , 132 and 133 is assigned to each consumer 100 , 101 , 102 and 230 . The anode connection of the diodes is in contact with the connection point between the consumer and the low-side switch. The cathode connection is connected to a capacitor 145 and a further switching means 140 . The second connection of the switching means 140 is in contact with the first connections of the consumers 100 to 103 via a diode 142 . Switching means 140 is also preferably a field effect transistor. This switching means 140 is also referred to as a booster switch. The second connection of the capacitor 145 is also connected to the second connection of the supply voltage 105 .
Der High-Side-Schalter 115 wird von der Steuereinheit 160 mit einem Ansteuersignal AH beaufschlagt. Das Schaltmittel 120 wird von der Steuereinheit 260 mit einem Ansteuersignal AL1, das Schaltmittel 121 mit einem Ansteuersignal AL2, das Schaltmittel 122 mit einem Ansteuersignal AL3, das Schalt mittel 123 mit einem Ansteuersignal AL4 und das Schaltmittel 140 mit einem Ansteuersignal AC beaufschlagt.The high-side switch 115 is acted upon by the control unit 160 with a control signal AH. The switching means 120 is acted upon by the control unit 260 with a control signal AL1, the switching means 121 with a control signal AL2, the switching means 122 with a control signal AL3, the switching means 123 with a control signal AL4 and the switching means 140 with a control signal AC.
Zwischen dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung 105 und dem Verbindungspunkt zwischen der Diode 110 und den ersten Anschlüssen der Verbraucher 100, 101, 102 und 230 ist eine Diode 150 geschaltet. Hierbei ist die Anode der Diode mit dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung 105 verbunden.A diode 150 is connected between the second connection of the voltage supply 105 and the connection point between the diode 110 and the first connections of the consumers 100 , 101 , 102 and 230 . Here, the anode of the diode is connected to the second connection of the voltage supply 105 .
Mittels des Widerstandes 125 kann der durch den Verbraucher fließende Strom ermittelt werden. The current flowing through the consumer can be determined by means of the resistor 125 .
Mit der dargestellten Anordnung ist eine Strommessung über den Strommeßwiderstand 125 nur möglich, wenn eines der Schaltmittel 120 bis 123 und einer der High-Side-Schalter (115, 140) geschlossen ist. Um den Strom auch bei geöffneten Low-Side-Schaltern erfassen zu können, kann der Strommeßwiderstand auch an anderer Stelle angeordnet werden. Beispielsweise kann der zweite Anschluß des Kondensators 145 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Strommeßmittel 125 und dem Schaltmittel 120 bis 123 verbunden werden. In diesem Fall ist auch eine Strommessung bei gesperrtem Low- Side-Schalter möglich. Ferner kann das Strommeßmittel zwischen der Spannungsversorgung und dem High-Side-Schalter bzw. Im ersten oder zweiten Anschluß der Verbraucher an geordnet sein.With the arrangement shown, a current measurement via the current measuring resistor 125 is only possible if one of the switching means 120 to 123 and one of the high-side switches ( 115 , 140 ) is closed. In order to be able to detect the current even when the low-side switches are open, the current measuring resistor can also be arranged elsewhere. For example, the second connection of the capacitor 145 can be connected to the connection point between the current measuring means 125 and the switching means 120 to 123 . In this case, current measurement is also possible with the low-side switch locked. Furthermore, the current measuring means can be arranged between the voltage supply and the high-side switch or in the first or second connection of the consumers.
Anstelle des Widerstands 125 bzw. zusätzlich zu dem Widerstand 125 kann ein weiterer Widerstand 126 zwischen dem ersten Anschluß der Spannungsversorgung 105 und dem High- Side-Schalter 115 angeordnet sein. Mit diesem Widerstand 126 kann ebenfalls eine Strommessung erfolgen.Instead of the resistor 125 or in addition to the resistor 125 , a further resistor 126 can be arranged between the first connection of the voltage supply 105 and the high-side switch 115 . A current measurement can also be carried out with this resistor 126 .
Der Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel 140 und dem Kondensator 145 steht mit Kathode einer weiteren Diode 180 in Kontakt. Die Anode der Diode 180 steht mit dem Verbindungspunkt zwischen einer Induktivität 170 und einem weiteren Schaltmittel 175 in Verbindung. Das Schaltmittel 175 wird auch als Ladeschalter bezeichnet. Ein zweiter Anschluß des weiteren Schaltmittels steht mit dem zweiten Anschluß des Kondensators 145 bzw. mit dem zweiten Anschluß der Versorgungsspannung 105 in Verbindung. Die Induktivität 170 steht ferner mit dem ersten Anschluß der Versorgungsspannung in Verbindung. The connection point between the switching means 140 and the capacitor 145 is in contact with the cathode of a further diode 180 . The anode of the diode 180 is connected to the connection point between an inductance 170 and a further switching means 175 . The switching means 175 is also referred to as a charging switch. A second connection of the further switching means is connected to the second connection of the capacitor 145 or to the second connection of the supply voltage 105 . Inductance 170 is also connected to the first connection of the supply voltage.
Die Induktivität 170, der Ladeschalter 175, die Diode 180 und der Kondensator 145 bilden einen Spannungswandler.The inductor 170 , the charge switch 175 , the diode 180 and the capacitor 145 form a voltage converter.
Anstelle dieser Elemente kann auch eine andere Ausgestaltung eines Spannungswandlers, insbesondere eines DC/DC Gleichspannungswandlers eingesetzt werden. Der Ladeschalter wird ebenfalls von der Steuereinheit 160 mit einem Ansteuersignal AS beaufschlagt.Instead of these elements, another configuration of a voltage converter, in particular a DC / DC direct voltage converter, can also be used. The control unit 160 likewise applies a control signal AS to the charging switch.
In jedem Zumeßzyklus werden verschiedene Phasen unterschie den. Vor der Ansteuerung des Verbrauchers, ist die Endstufe abgeschaltet. Die Ansteuersignale AC, AH und AL befinden sich auf niederem Potential. Durch die Verbraucher fließt kein Strom. Der Kondensator 145 ist auf seine maximale Spannung UC aufgeladen, die vorzugsweise höher als die Versorgungsspannung Ubat ist. Diese nimmt beispielsweise einen Wert von ca. 80 Volt an, wohingegen die Spannung der Spannungsversorgung einen Wert von ca. 12 V annimmt.Different phases are distinguished in each metering cycle. The power stage is switched off before the consumer is activated. The control signals AC, AH and AL are at low potential. No electricity flows through the consumers. The capacitor 145 is charged to its maximum voltage UC, which is preferably higher than the supply voltage Ubat. This assumes a value of approx. 80 volts, for example, whereas the voltage of the power supply assumes a value of approx. 12 V.
In einer ersten Phase zu Beginn der Ansteuerung wird der Low-Side-Schalter angesteuert, der dem Verbraucher zugeordnet ist, der Kraftstoff zumessen soll. Der Boosterschalter 140 ist in seinem leitenden Zustand. Die Stellung des High-Side-Schalters ist ohne Bedeutung. In der Regel wird der High-Side-Schalter 115 nicht angesteuert, dieser sperrt in der ersten Phase.In a first phase at the beginning of the activation, the low-side switch is activated, which is assigned to the consumer who is to meter the fuel. The booster switch 140 is in its conductive state. The position of the high-side switch is irrelevant. As a rule, the high-side switch 115 is not activated, it blocks in the first phase.
Diese Ansteuerung der Schaltmittel bewirkt, daß vom Kondensator 145 über den Boosterschalter 140, den entsprechenden Verbraucher, den dem Verbraucher zugeordneten Low-Side-Schalter und das Strommeßmittel 125 ein Strom fließt. In dieser Phase steigt der Strom I bedingt durch die hohe Spannung am Verbraucher sehr schnell an.This actuation of the switching means causes a current to flow from the capacitor 145 via the booster switch 140 , the corresponding consumer, the low-side switch assigned to the consumer and the current measuring means 125 . In this phase, the current I rises very quickly due to the high voltage at the consumer.
In einer zweiten Phase wird der Einschaltstrom von dem High- Side-Schalter 115 übernommen und der Booster inaktiviert. In der dritten Phase wird das Ansteuersignal für den Boosterschalter 140 zurückgenommen, so daß der Schalter 140 sperrt. Die Ansteuersignale AH und AL für den High- Side-Schalter 115 und dem Verbraucher zugeordneten Low- Side-Schalter werden auf hohen Pegel gesetzt, damit diese Schalter den Stromfluß freigeben. Somit fließt ein Strom von der Spannungsversorgung 105 über den High-Side-Schalter 115, die Diode 110, den Verbraucher, den entsprechenden Low- Side-Schalter, den Strommeßwiderstand 125 zurück zur Spannungsquelle 105. Durch Antakten des High-Side-Schalters kann der Strom, der mittels des Strommeßwiderstandes 125 erfaßt wird, auf einen vorgebbaren Wert für den Anzugsstrom IA geregelt werden. Das heißt, bei Erreichen des Sollstroms IA für den Anzugsstrom wird der High-Side-Schalter 115 so angesteuert, daß er sperrt. Bei Unterschreiten einer weiteren Schwelle wird er wieder freigegeben.In a second phase, the inrush current is taken over by the high-side switch 115 and the booster is deactivated. In the third phase, the drive signal is canceled for the booster switch 140 such that the switch blocks 140th The control signals AH and AL for the high-side switch 115 and the low-side switch assigned to the consumer are set to a high level so that these switches release the current flow. A current thus flows from the voltage supply 105 via the high-side switch 115 , the diode 110 , the consumer, the corresponding low-side switch, the current measuring resistor 125 back to the voltage source 105 . By contacting the high-side switch, the current, which is detected by means of the current measuring resistor 125 , can be regulated to a predeterminable value for the starting current IA. This means that when the target current IA for the starting current is reached, the high-side switch 115 is activated in such a way that it blocks. If a further threshold is undershot, it is released again.
Bei gesperrten High-Side-Schalter 115 wirkt ein Freilauf kreis. Der Strom fließt vom Verbraucher durch den Low- Side-Schalter, den Widerstand 125 und die Freilaufdiode 150.When the high-side switch 115 is blocked, a freewheeling circuit acts. The current flows from the consumer through the low-side switch, the resistor 125 and the free-wheeling diode 150 .
An die zweite Phase schließt sich eine dritte Phase an, und auch als Haltestromregelung bezeichnet wird. Entsprechend wie in der zweiten Phase bleibt der dem Verbraucher zugeordnete Low-Side-Schalter geschlossen. Durch Öffnen und Schließen des High-Side-Schalters 115 wird der Strom, der durch den Verbraucher fließt, auf den Sollwert IH für den Haltestrom eingeregelt. Bei gesperrten High-Side-Schalter 115 wirkt ein Freilaufkreis. Der Strom fließt vom Verbraucher durch den Low-Side-Schalter, den Widerstand 125 und die Freilaufdiode 150. Die Phase endet, wenn der Einspritzvorgang abgeschlossen ist. Der Sollwert IH für den Haltestrom ist so gewählt, daß er möglichst klein ist aber ausreicht um den Verbraucher in seiner Stellung zu halten. A third phase follows the second phase and is also referred to as holding current control. As in the second phase, the low-side switch assigned to the consumer remains closed. By opening and closing the high-side switch 115 , the current flowing through the consumer is adjusted to the setpoint IH for the holding current. When the high-side switch 115 is blocked, a freewheeling circuit acts. The current flows from the consumer through the low-side switch, the resistor 125 and the free-wheeling diode 150 . The phase ends when the injection process is completed. The setpoint IH for the holding current is selected so that it is as small as possible but sufficient to hold the consumer in its position.
Insbesondere beim Abschalten des Verbrauchers zum Zeitpunkt erfolgt eine Schnellöschung. Beim Übergang zwischen dem Anzugsstroms in der Phase 3 und dem Haltestrom in Phase 4 kann ebenfalls eine Schnellöschung erfolgen. Bei der Schnellöschung wird der entsprechende Low-Side-Schalter abgeschaltet und der High-Side-Schalter 115 bleibt durchgesteuert. Dadurch fällt der Strom, der durch den Verbraucher fließt, schnell auf den Wert Null ab. Gleichzeitig steigt die Spannung U, die am Kondensator 145 anliegt an. Die beim Abschalten freiwerdende Energie wird dabei in den Kondensator 145, 146 umgeladen.In particular, when the consumer is switched off at the time, there is a quick delete. A quick extinction can also take place at the transition between the starting current in phase 3 and the holding current in phase 4. In the case of rapid extinction, the corresponding low-side switch is switched off and the high-side switch 115 remains on. As a result, the current that flows through the consumer quickly drops to zero. At the same time, the voltage U that is present at the capacitor 145 rises. The energy released when switching off is then transferred to the capacitor 145 , 146 .
Bei einer weiteren Ausführungsform der Schnellöschung wird der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter gesperrt.In another embodiment, the quick delete the high-side switch and the low-side switch are locked.
In einer weiteren Phase nach der Ansteuerung, die auch als Ladephase bezeichnet ist, wird der Lade-Schalter 175 durch das Ansteuersignal AS in seinen leitenden Zustand gebracht. Dadurch wird ein Stromfluß in der Induktivität 170 initialisiert. Der Strom fließt von der Spannungsquelle 105 über den Schalter 175 und die Induktivität 170 in die Spannungsquelle 105. Nach einer vorgegebenen Zeit, die so gewählt ist, daß in die Induktivität ausreichend Energie eingespeichert ist, wird der Lade-Schalter so angesteuert, daß er öffnet. Dies bewirkt wiederum eine Schnellöschung der Induktivität 170 über die Diode 180 in den Kondensator 145. Dadurch steigt die am Kondensator 145 anliegende Spannung an. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Spannung am Kondensator 145 einen vorgegebenen Wert U1 erreicht. Alternativ kann auch vorgesehen sein, das eine vorgegebene Anzahl von Ansteuerung erfolgt oder daß der Ladeschalter 175 für eine vorgegebene Zeitdauer mit einem getakteten Signal mit vorgegebener Frequenz und Tastverhältnis angesteuert wird. In a further phase after the control, which is also referred to as the charging phase, the charging switch 175 is brought into its conductive state by the control signal AS. This initiates a current flow in inductor 170 . The current flows from voltage source 105 via switch 175 and inductance 170 into voltage source 105 . After a predetermined time, which is chosen so that sufficient energy is stored in the inductor, the charge switch is activated so that it opens. This in turn causes the inductance 170 to be quickly extinguished via the diode 180 in the capacitor 145 . As a result, the voltage across capacitor 145 rises. This process is repeated until the voltage across capacitor 145 reaches a predetermined value U1. Alternatively, it can also be provided that a predetermined number of actuations takes place or that the charging switch 175 is actuated for a predetermined period of time with a clocked signal with a predetermined frequency and duty cycle.
Der DC/DC-Wandler 195 kann, da er zur Nachladung keine Verbraucher verwendet, jederzeit den Kondensator 145 nachladen. Vorzugsweise ist aber vorgesehen, daß er in der Boosterphase und der Anzugsphase nicht geladen wird, da ansonsten sehr hohe Stromwerte auftreten können.The DC / DC converter 195 , since it does not use any consumers for recharging, can recharge the capacitor 145 at any time. However, it is preferably provided that it is not charged in the booster phase and the pull-in phase, since otherwise very high current values can occur.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die beim Abschalten freiwerdende Energie nicht in den Kondensator 145 umgeladen wird, wobei dieser dann lediglich über die Induktivität 170 geladen wird.In one embodiment of the invention, it can also be provided that the energy released when switching off is not transferred to the capacitor 145 , which is then only charged via the inductor 170 .
Durch gestrichelte Linien sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt. In einer ersten Ausführungsform sind die Elemente 126, das Schaltmittel 115 und die Diode 110 vorhanden. Desweiteren steht das Mengensteuerventil 230 über die Diode 110 mit dem Schaltmittel 115 in Kontakt. Die Verbindung zwischen dem Mengensteuerventil 230 und dem positiven Anschluß der Spannungsversorgung 105 besteht nicht.Different embodiments are shown by dashed lines. In a first embodiment, the elements 126 , the switching means 115 and the diode 110 are present. Furthermore there is the quantity control valve 230 via the diode 110 to the switching means 115 in contact. The connection between the quantity control valve 230 and the positive connection of the voltage supply 105 does not exist.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Mengensteuerventil 230 entsprechend angesteuert wird, wie die Injektoren 100. Die Ansteuerung erfolgt über den High- Side-Schalter 115 und den dem Mengensteuerventil 230 zugeordneten Low-Side-Schalter 123. Dies bietet den Vorteil, daß für die Ansteuerung der Injektoren und des Mengensteuerventils 230 die gleiche Endstufe verwendet werden kann.In this embodiment, it is provided that the quantity control valve 230 is controlled accordingly, like the injectors 100 . The control takes place via the high-side switch 115 and the low-side switch 123 assigned to the quantity control valve 230 . This offers the advantage that the same output stage can be used for the control of the injectors and the quantity control valve 230 .
Eine zweite Ausführungsform unterscheidet sich von dieser ersten Ausführungsform darin, daß die Verbindung zwischen Mengensteuerventil 230 und der Diode 110 unterbrochen ist. Die Elemente 126, das Schaltmittel 115 und die Diode 110 sind vorhanden. Das Mengensteuerventil 230 steht unmittelbar mit dem positiven Anschluß der Versorgungsspannung in Kontakt. Bei dieser Ausführungsform wird das Mengensteuerventil 230 lediglich mittels des Low-Side- Schalters 123 angesteuert.A second embodiment differs from this first embodiment in that the connection between the quantity control valve 230 and the diode 110 is interrupted. The elements 126 , the switching means 115 and the diode 110 are present. The quantity control valve 230 is in direct contact with the positive connection of the supply voltage. In this embodiment, the quantity control valve 230 is only activated by means of the low-side switch 123 .
Vorteilhaft bei diesen beiden Ausführungsformen ist, daß beim Öffnen des Low-Side-Schalters 123 die im Mengensteuerventil 230 induzierte Spannung über die Diode 133 in den Kondensator 145 umgeladen wird.It is advantageous in these two embodiments that when the low-side switch 123 is opened, the voltage induced in the quantity control valve 230 is transferred to the capacitor 145 via the diode 133 .
Zur Minimierung der Verlustleistung im Steuergerät und zum schnellen Abschalten des Mengensteuerventils wird auf den Boosterkondensator 145 gelöscht. Dies bietet gleichzeitig den Vorteil, daß der Boosterkondensator durch die Löschung wieder Energie zugeführt wird. Dadurch ergeben sich zum einen schnelle und genaue Schaltzeiten des Mengensteuerventils 230. Desweiteren kann eine Energierückgewinnung mittels des Boosterkondensators 145 mit gleichzeitiger Schnellöschung des Magnetkreises des Mengensteuerventils erzielt werden. Durch die Löschung des Mengensteuerventils in den Boosterkondensator, der zur Ansteuerung der Injektoren verwendet wird, kann auch der Boosterkondensator schneller bzw. auf eine höhere Spannung aufgeladen werden.In order to minimize the power loss in the control unit and to quickly switch off the quantity control valve, the booster capacitor 145 is extinguished. At the same time, this offers the advantage that the booster capacitor is supplied with energy again by the quenching. On the one hand, this results in fast and precise switching times of the quantity control valve 230 . Furthermore, energy recovery can be achieved by means of the booster capacitor 145 with simultaneous rapid quenching of the magnetic circuit of the quantity control valve. By deleting the quantity control valve in the booster capacitor, which is used to control the injectors, the booster capacitor can also be charged faster or to a higher voltage.
Bei einer dritten Ausführungsform wird anstelle der Versorgungsspannung 105, die an dem Kondensator 145 des DC/DC-Wandlers 195 anliegende Spannung zur Ansteuerung der Injektoren und des Mengensteuerventils verwendet. In diesem Fall entfallen die Bauelemente 126, 115 und 110. Die Funktion des High-Side-Schalters 115 übernimmt dann das Schaltmittel 140. In diesem Fall wird die beim Öffnen des Schaltmittels 123 freiwerdende Energie des Mengensteuerventils 230 in den Kondensator des DC/DC- Wandlers 195 gelöscht. In a third embodiment, instead of the supply voltage 105 , the voltage applied to the capacitor 145 of the DC / DC converter 195 is used to control the injectors and the quantity control valve. In this case, components 126 , 115 and 110 are omitted. The switching means 140 then takes over the function of the high-side switch 115 . In this case, the energy of the quantity control valve 230 released when the switching means 123 is opened is deleted into the capacitor of the DC / DC converter 195 .
Vorteilhaft ist hier, daß durch die Energierückspeisung die Nachladeschaltung der Endstufe, die üblicherweise den Kondensator 145 lädt, entlastet werden. Diese Nachladeschaltung ist in der Fig. 2 mit 195 bezeichnet und umfaßt die Induktivität 170, das Schaltmittel 175 und die Diode 180. Diese Elemente bilden einen DC/DC-Wandler.It is advantageous here that the recharge circuit of the output stage, which usually charges the capacitor 145 , is relieved by the energy recovery. This recharging circuit is designated 195 in FIG. 2 and comprises inductance 170 , switching means 175 and diode 180 . These elements form a DC / DC converter.
Reicht die im Mengensteuerventil gespeicherte Energie zur Ladung des Kondensators aus, so kann bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform die Induktivität 170 und der Ladeschalter 175 sowie die Diode 180 weggelassen werden. Dies bedeutet, das Mengensteuerventil 230 und der Low-Side- Schalter 132 übernehmen die Funktion der Induktivität 170 und des Ladeschalters 175. Dies hat eine erhebliche Einsparung an Kosten zur Folge.If the energy stored in the quantity control valve is sufficient to charge the capacitor, the inductance 170 and the charging switch 175 and the diode 180 can be omitted in a particularly advantageous embodiment. This means that the quantity control valve 230 and the low-side switch 132 take on the function of the inductance 170 and the charging switch 175 . This results in a considerable saving in costs.
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