DE60109371T2

DE60109371T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Injektors in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60109371T2
Application number: DE60109371T
Authority: DE
Inventors: Paolo Marceca; Luca Poggio; Michele Cagnoni; Piero Carbonaro; Andrea Nepote
Original assignee: Magneti Marelli Powertrain SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: ITBO20000489A0; BR0104306A; ITBO20000489A1; EP1473453A2; EP1179670A1; ES2264783T3; US20020014223A1; DE60120795D1; DE60120795T2; EP1179670B1; DE60109371D1; EP1473453B1; US6584961B2; ES2238367T3; EP1473453A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Antreiben eines Injektors in einem Verbrennungsmotor und insbesondere zum Antreiben eines Injektors eines Benzin-Direkteinspritzsystems, auf das sich die nachfolgende Beschreibung explizit bezieht, ohne jedoch von ihrer allgemeinen Natur abzuweichen.
Benzinmotoren, die mit einer Kraftstoff-Direkteinspritzung ausgestattet sind, d.h. Motoren, in denen das Benzin durch geeignete Injektoren direkt in die Zylinder eingespritzt wird, wobei jeder der Injektoren gewöhnlich in einer Einbauöffnung eines jeweiligen Zylinders angeordnet ist und durch eine Antriebsvorrichtung strombetrieben ist, sind in jüngster Zeit auf den Markt gebracht worden.
Bekannte Antriebsvorrichtungen sind dazu ausgelegt zu bewirken, dass eine im Zeitverlauf variable Stromwelle, die eine Anfangsphase, welche im Wesentlichen eine Impulsphase mit einer relativ hohen Stromstärke ist, und eine Endphase mit einer im Wesentlichen konstanten und relativ niedrigen Stromstärke besitzt, durch den Steuerschaltkreis eines Injektors zirkuliert.
Aufgrund der hohen Menge an Energie, die während der oben genannten Anfangsphase, die im Wesentlichen eine Impulsphase mit einer relativ hohen Stromstärke ist, in den induktiven Bauteilen der Steuerschaltkreises des Injektors gespeichert ist, sind bekannte Antriebsvorrichtungen des oben beschriebenen Typs nicht in der Lage, niedrige Einspritzzeiten, d.h. mit einer sehr kurzen Endphase (typisch für den Motorleerlauf), genau zu bewerkstelligen. Diese gespeicherte Energie verhindert oft das effektive Schließen des Injektors am Ende der Endstromphase und verlängert das Öffnen des Injektors für ein bestimmtes Zeitintervall nach dem Ende dieser Endstromphase.
Die DE 19746981A1 offenbart ein Verfahren zum Antreiben eines magnetischen Kraftstoffeinspritzventils für einen Verbrennungsmotor. Das Verfahren beinhaltet das Entladen der in einer Speichervorrichtung gespeicherten Ladung in das Einspritzventil zu Beginn des Antriebsprozesses und das Erhöhen der Ladung durch Wiederaufladen zwischen zwei Einspritzungen. Der Einspritzprozess ist zumindest in einen ersten und einen zweiten Teil-Einspritzprozess unterteilt, und zwischen zwei Teileinspritzungen ist das Wiederaufladen unterbrochen oder angehalten, wenn bestimmte Bedingungen vorherrschen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Antreiben eines Injektors in einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist und deren Verwirklichung darüber hinaus einfach und kostengünstig ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Antreiben eines Injektors in einem Verbrennungsmotor nach den beiliegenden Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die einige nicht einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen. In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Ansicht der Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Ansicht eines Antriebsschaltkreises der Steuervorrichtung aus 1;
3 die Zeitkurve einiger elektrischer Größen, die für den Schaltkreis aus 2 kennzeichnend sind;
4 die Zeitkurve einiger elektrischer Größen, die für die Vorrichtung aus 1 kennzeichnend sind;
5 eine schematische Ansicht einer Variante des Antriebsschaltkreises aus 2;
6 die Zeitkurve einiger elektrischer Größen, die für den Schaltkreis aus 5 kennzeichnend sind;
7 die Zeitkurve einiger elektrischer Größen, die kennzeichnend sind für den Schaltkreis aus 2 in einer anderen, zu der aus 3 alternativen Ausführungsform.
In 1 zeigt das Bezugszeichen 1 insgesamt eine Vorrichtung zur Steuerung von vier Injektoren 2 bekannter Bauart (in 1 als INJEKTOR1, INJEKTOR2, INJEKTOR3, INJEKTOR4 gezeigt) eines schematisch gezeigten Verbrennungsmotors 3, der mit vier, aneinandergereihten und nicht gezeigten Zylindern ausgestattet ist. Jeder Injektor 2 ist am Ort der Einbauöffnung eines nicht gezeigten, jeweiligen Zylinders des Motors 3 vorgesehen, um eine vorbestimmte Benzinmenge direkt in diesen Zylinder einzuspritzen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist jeder Injektor 2 strombetrieben und mit einem Steuerschaltkreis 4 ausgestattet, der mit zwei Anschlüssen 5 und 6 versehen ist. Um einen Injektor 2 anzutreiben, ist es notwendig zu bewirken, dass ein elektrischer Strom mit vorbestimmter Stärke durch den jeweiligen Steuerschaltkreis 4 zirkuliert. Es wurde in experimentellen Versuchen festgestellt, dass der Steuerschaltkreis 4 jedes Injektors 2 elektrische Komponenten des induktiven oder widerstandsbehafteten Typs aufweist. Der Benzinfluss, der von jedem Injektor 2 während seiner Öffnungsphase eingespritzt wird, ist im Wesentlichen konstant, und somit ist die von jedem Injektor 2 in den jeweiligen, nicht gezeigten Zylinder eingespritzte Benzinmenge direkt proportional zur Öffnungsdauer dieses Injektors 2.
Die Steuervorrichtung 1 wird von einer Batterie 7 des Motors 3 gespeist und weist eine Steuereinheit 8 auf, die mit einem Steuerelement 9, einem von der Batterie 7 gespeisten Wandler 10, einem Sicherheitselement 11 und einer Leistungsstufe 12 ausgestattet ist.
Die Steuereinheit 8 kommuniziert mit einer Steuereinheit 13 (typischerweise ein Mikroprozessor) des Motors 3, um von dieser Steuereinheit 13 den gewünschten Öffnungszeitwert Tinj (direkt proportional zu dem gewünschten Wert der einzuspritzenden Kraftstoffmenge) und den Einspritzbeginn für jeden Injektor 2 und für jeden Motorzyklus zu erhalten. Auf der Grundlage der von der Steuereinheit 13 erhaltenen Daten steuert das Steuerelement 9 die Leistungsstufe 12, welche jeden Injektor 2 antreibt, indem bewirkt wird, dass ein vorbestimmter elektrischer Strom Iinj (im Zeitverlauf variabel) durch den jeweiligen Steuerschaltkreis 4 zirkuliert, indem eine Spannung Vinj (im Zeitverlauf variabel) an die Enden der entsprechenden Anschlüsse 5 und 6 angelegt wird.
Die Leistungsstufe 12 erhält die Steuersignale von dem Steuerelement 9 und wird sowohl direkt von der Batterie 7 mit einer Spannung Vbatt gespeist, die nominal 12 Volt beträgt, als auch vom Wandler 10 mit einer Spannung Vtank gespeist, die nominal 80 Volt beträgt. Der Wandler 10 ist ein Gleichspannungswandler des bekannten Typs, der die Spannung Vbatt der Batterie 7 auf die Spannung Vtank von 80 V erhöhen kann.
Das Sicherheitselement 11 kann sowohl mit dem Steuerelement 9 als auch mit der Leistungsstufe 12 kommunizieren, um mit Hilfe von unten beschriebenen Verfahren das korrekte Antreiben der Injektoren 2 zu überprüfen.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Leistungsstufe 12 für jeden Injektor 2 einen jeweiligen Antriebsschaltkreis 14 auf, der an die Anschlüsse 5 und 6 des jeweiligen Steuerschaltkreises 4 angeschlossen ist und durch das Steuerelement 9 gesteuert wird, um zu bewirken, dass ein vorbestimmter elektrischer Strom Iinj durch diesen Steuerschaltkreis 4 zirkuliert.
Jeder Antriebsschaltkreis 14 weist einen Transistor 15 auf, der durch das Steuerelement 9 gesteuert wird und dazu ausgelegt ist, den Anschluss 5 des jeweiligen Steuerschaltkreises 4 an einen Zwischenanschluss 16 anzuschließen, welcher über eine Sperrdiode 17 an die Spannung Vbatt der Batterie 7 angeschlossen ist und über einen durch das Steuerelement 9 gesteuerten Transistor 18 an die Spannung Vtank des Wandlers 10 angeschlossen ist. Jeder Antriebsschaltkreis 14 weist weiterhin einen Transistor 19 auf, der durch das Steuerelement 9 gesteuert wird und dazu ausgelegt ist, den Anschluss 6 des jeweiligen Steuerschaltkreises 4 an eine gemeinsame Erde 20 anzuschließen, sowie zwei Rückführdioden 21 und 22, die zwischen Anschluss 5 und Erde 20 bzw. zwischen Anschluss 6 und Zwischenanschluss 16 angeschlossen sind. Gemäß einer bevorzugten, in 2 gezeigten Ausführungsform gehören die Transistoren 15, 18, 19 zum Typ MOS-Transistor.
Ein Nebenschlusswiderstand 23, der mit einem Messanschluss 24 versehen ist, ist zwischen dem Transistor 19 und der Erde 20 angeordnet. Durch Messen der Spannung an den Anschlüssen des Widerstands 23 (d.h. die zwischen dem Messanschluss 24 und der Erde 20 vorhandene Spannung) ist es möglich, die Stromstärke Iinj zu messen, wenn der Transistor 19 Strom leitet. Gemäß einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform ist der Nebenschlusswiderstand 23 direkt an den Anschluss 6 angeschlossen, um die Stromstärke Iinj kontinuierlich zu messen. Gemäß einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform ist der Nebenschlusswiderstand 23 dem Transistor 19 vor- und nicht nachgeschaltet, wie in 2 gezeigt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt, ist nachfolgend eine Einspritzphase eines Injektors 2 insbesondere anhand der Zeitkurve des Stroms Iinj, der über die Anschlüsse 5 und 6 des jeweiligen Steuerschaltkreises 4 zirkuliert, und anhand der Zeitkurve der Spannung Vinj an den Enden dieser Anschlüsse 5 und 6 beschrieben.
Zunächst sind die Transistoren 15, 18 und 19 alle deaktiviert, der Steuerschaltkreis 4 isoliert, der Strom Iinj hat einen Wert, der 0 beträgt, und der Injektor ist geschlossen.
Um die Einspritzphase zu starten, werden die Transistoren 15, 18 und 19 gleichzeitig dazu gebracht, Strom zu leiten, dann wird der Anschluss 5 über die Transistoren 15 und 18 an die Spannung Vtank angeschlossen, der Anschluss 6 wird über den Transistor 19 an die Erde 20 angeschlossen und die Spannung Vinj entspricht Vtank. Unter diesen Bedingungen steigt der Strom Iinj über eine Zeit T1 rasch auf einen Höchstwert Ip an, und der Injektor 2 öffnet und beginnt, Benzin einzuspritzen.
Wenn der Strom Iinj den Wert Ip erreicht, hält eine Stromsteuerung (welche die mit Hilfe des Widerstands 23 durchgeführte Messung des Stroms Iinj verwendet) den Strom Iinj für eine Zeit T2 innerhalb eines Amplitudenbereichs ΔIp, dessen Mitte ein Mittelwert Ipm ist, indem auf die Steuerung des Transistors 19 eingewirkt wird, der zyklisch zwischen einem leitenden Zustand und einem deaktivierten Zustand hin und her schaltet. Im leitenden Zustand des Transistors 19 ist der Anschluss 5 über die Transistoren 15 und 18 an die Spannung Vtank angeschlossen, der Anschluss 6 ist über den Transistor 19 an die Erde 20 angeschlossen, die Spannung Vinj entspricht Vtank und der Wert von Iinj steigt an. Im deaktivierten Zustand des Transistors 19 hingegen beginnt die Rückführdiode 22 Strom zu leiten und schließt die Anschlüsse 5 und 6 über den Transistor 15 kurz, ist die Spannung Vinj gleich 0 und der Wert von Iinj sinkt. Die Stromstärke Iinj wird nur dann gemessen, wenn der Transistor 19 Strom leitet, da der Messwiderstand 23 dem Transistor 19 vorgeschaltet ist. Die Zeitkonstante des Steuerschaltkreises 4 ist jedoch bekannt und konstant, und somit kann das Steuerelement 9 berechnen, wann der Strom Iinj die untere Grenze (Ipm – ΔIp/2) erreicht und der Transistor 19 dazu gebracht werden muss, erneut Strom zu leiten.
Nachdem der Strom Iinj für die Zeit T2 im Wesentlichen den Wert Ip beibehalten hat, bewirkt das Steuerelement 9, dass die Transistoren 15 und 19 weiterhin leiten und deaktiviert den Transistor 18. Somit ist der Anschluss 5 über den Transistor 15 und die Diode 17 an die Spannung Vbatt angeschlossen, der Anschluss 6 über den Transistor 19 an die Erde 20 angeschlossen und die Spannung Vinj entspricht Vbatt. Unter diesen Umständen fällt der Strom Iinj über eine vorbestimmte Zeit T3 langsam auf einen Wert IpF ab. Zu diesem Zeitpunkt deaktiviert das Steuerelement 9 gleichzeitig alle drei Transistoren 15, 18 und 19, und dadurch, dass der Strom Iinj nicht augenblicklich aufgehoben werden kann, beginnt die Rückführdiode 21, und in umgekehrter Weise der Transistor 18, Strom zu leiten, mit dem Ergebnis, dass der Anschluss 5 über die Rückführdiode 21 an die Erde 20 angeschlossen wird, der Anschluss 6 über die Rückführdiode 22 und den Transistor 18 an die Spannung Vtank angeschlossen wird, die Spannung Vinj–Vtank entspricht und der Strom Iinj rasch sinkt.
Es sei angemerkt, dass der Transistor 18 infolge der Merkmale des MOS-Übergangs, bei dem eine Parasitärdiode parallel zu diesem Übergang angeordnet ist, die bezüglich der Verbindung in umgekehrter Weise vorgespannt werden kann, beginnt, in umgekehrter Weise zu leiten.
Nach einer Zeit T4, die im Wesentlichen genügt, um den Strom Iinj aufzuheben, bringt das Steuerelement 9 den Strom Iinj im Wesentlichen auf einen Wert Im und hält ihn bei diesem Wert, wobei bewirkt wird, dass der Transistor 15 weiterhin leitet, und wobei auf die Steuerung des Transistors 19 eingewirkt wird, der zyklisch zwischen einem leitenden Zustand und einem deaktivierten Zustand hin und her schaltet. In dieser Situation ist gemäß den oben beschriebenen Verfahren der Transistor 19 strombetrieben, um den Strom Iinj für eine Zeit T5 innerhalb eines Amplitudenbereichs ΔIm zu halten, dessen Mitte Im ist. Gemäß den oben beschriebenen Verfahren sind am Ende der Zeit T5 alle Transistoren 15, 18 und 19 deaktiviert, und der Strom Iinj sinkt rasch wieder auf 0.
Sobald der Strom Iinj den Wert 0 erneut einnimmt und für eine vorbestimmte Zeit bei diesem Wert von Null bleibt, schließt der Injektor 2 und stoppt die Benzineinspritzung. Wie in 3 deutlich zu sehen ist, entspricht die Summe der Zeiten T1, T2, T3, T4, T5 der gesamten Einspritzdauer Tinj, d.h. der Gesamtzeit, in der der Injektor 2 offen bleibt.
Es ist aus dem Vorangegangenen zu erkennen, dass während der Einspritzphase der Steuerschaltkreis 4 von einer Stromwelle durchlaufen wird, die im Zeitverlauf variabel ist und eine Anfangsphase (entspricht den Zeitintervallen T1, T2 und T3) aufweist, die im Wesentlichen eine Impulsphase mit einer relativ hohen Stromstärke Iinj ist, welche gleich dem Höchswert Ip ist, eine Zwischenphase (entspricht dem Zeitintervall T4), während der die Stromstärke Iinj rasch auf Werte gesenkt wird, die im Wesentlichen Null betragen, und eine nachfolgende Endphase (entspricht dem Zeitintervall T5) mit einer relativ niedrigen Stromstärke Iinj, die einem Wert Im entspricht.
Die Anfangsphase der Stromwelle Iinj umfasst einen ersten Abschnitt (entspricht dem Zeitintervall T1), bei dem die Stromstärke Iinj rasch auf den Wert Ip ansteigt, einen zweiten Abschnitt (entspricht dem Zeitintervall T2), bei dem die Stromstärke Iinj im Wesentlichen konstant und gleich dem Wert Ip gehalten wird, und einen dritten Abschnitt (entspricht dem Zeitintervall T3), bei dem die Stromstärke Iinj progressiv sinkt.
Die Anfangsphase, eine Impulsphase, ist durch ein rasches Ansteigen der Stromstärke Iinj auf hohe Werte gekennzeichnet und ist notwendig, um das rasche Öffnen des Injektors 2 zu gewährleisten. Um den Injektor 2 rasch zu öffnen, ist eine hohe Kraft (die proportional zu dem Quadrat der Stromstärke Iinj ist) erforderlich, so dass die mechanische Trägheit und sowohl die statische als auch die dynamische Reibung rasch überwunden werden können. Sobald der Injektor 2 offen ist, braucht er eine relativ geringe Kraft, um offen zu bleiben, und somit wird der Strom Iinj während der Endphase bei dem relativ niedrigen Wert Im gehalten.
In der Zwischenphase wird der Strom für eine extrem kurze Periode, die nicht ausreicht, um es dem Injektor 2 zu ermöglichen, aufgrund der mechanischen Trägheit des Systems erneut zu schließen, aufgehoben. Der Strom Iinj muss aufgehoben werden, um die während der Anfangsphase in den Induktivitäten des Steuerschaltkreises 4 angesammelte Energie zu entladen. Auch wenn die Zeit T5 extrem kurz ist, d.h. wenn die gesamte Einspritzzeit Tinj gering ist (typisch im Leerlauf), schließt somit der Injektor 2 genau am Ende der Zeit T5 erneut und bleibt aufgrund der während der Anfangsphase in den Induktivitäten gespeicherten Energie nicht für eine längere Zeit offen.
Es ist aus dem Vorhergehenden zu erkennen, dass der Strom Iinj während der Zeitintervalle T2 und T5 mit Hilfe eines „Zerhacker"-Verfahrens, d.h. indem zyklisch eine positive Spannung (Vtank oder Vbatt) und eine Nullspannung an die Enden des Steuerschaltkreises 4 angelegt werden (d.h. zwischen den Anschlüssen 5 und 6), im Wesentlichen konstant gehalten wird (unter einer Toleranz, die ΔIp/2 und ΔIm/2 entspricht). Dieses Steuerverfahren hat große Vorteile, da es dadurch möglich ist, den gewünschten Stromwert (Ip oder Im) extrem genau beizubehalten und gleichzeitig insgesamt die Dissipationsverluste auf ein Minimum zu reduzieren.
Gemäß einer anderen, in 7 gezeigten Ausführungsform (die die Zeitkurven des Stroms Iinj, der durch die Anschlüsse 5 und 6 des jeweiligen Steuerschaltkreises 4 zirkuliert, und die Zeitkurve der Spannung Vinj an den Enden dieser Anschlüsse 5 und 6 zeigt), weist der erste Abschnitt (entspricht dem Zeitintervall T1) der oben genannten Anfangsphase der Stromwelle Iinj einen Anfangsteil (entspricht dem Zeitintervall T1a) auf, bei dem der Strom Iinj mit Hilfe eines „Zerhacker"-Verfahrens (bekannt und oben beschrieben) im Wesentlichen konstant und gleich einem enthaltenen Wert (im Allgemeinen niedriger und insbesondere gleich etwa der Hälfte des Werts Im) gehalten wird, und einen Endteil (entspricht dem Zeitintervall T1b), bei dem bewirkt wird, dass der Strom Iinj rasch auf relativ hohe Werte ansteigt (in der Größenordnung des zweifachen Werts von Ipm), indem die Spannung Vtank ununterbrochen an die Enden des Steuerschaltkreises 4 (d.h. zwischen den Anschlüssen 5 und 6) angelegt wird.
Es sei angemerkt, dass die Spannung Vbatt der Batterie 7 12 V beträgt, während die Spannung Vtank des Wandlers 10 einen nominalen Wert von vorzugsweise zwischen 60 und 90 V besitzt. Darüber hinaus kann der effektive Wert der Spannung Vtank des Wandlers 10 während des Antreibens eines Injektors 2 aufgrund des Lasteffekts durch den jeweiligen Steuerschaltkreis 4 gegenüber dem ursprünglichen nominalen Wert sinken.
Die Steuereinheit 13 erfordert zyklisch eine Überprüfung der effektiven Einspritzzeiten Tinjeff der Injektoren 2 durch das Sicherheitselement 11, um zu kontrollieren, ob jeder Injektor 2 exakt (abzüglich einer bestimmten Toleranz natürlich) die Benzinmenge in den jeweiligen, nicht gezeigten Zylinder einspritzt, die von der Steuereinheit 13 auf der Grundlage der von einem Fahrer erhaltenen Befehle und auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Motors 3 berechnet worden ist. Diese Überprüfung ist sehr wichtig, da bei Benzin-Direkteinspritzmotoren das erzeugte Drehmoment direkt von der eingespritzten Benzinmenge abhängt (und somit von der effektiven Einspritzzeit Tinjeff), und ein falsches Antreiben der Injektoren 2 könnte bewirken, dass der Motor 3 ein Antriebsdrehmoment erzeugt, dass viel größer ist als das vom Fahrer gewünschte Drehmoment, was offensichtlich für den Fahrer gefährlich wäre.
Um eine Überprüfung der Übereinstimmung mit den gewünschten Einspritzzeiten Tinj durchzuführen, sendet die Steuereinheit 13 eine Anfrage an das Sicherheitselement 11 zusammen mit den gewünschten Einspritzzeitwerten Tinj für jeden Injektor 2 in dem nachfolgenden Motorzyklus. Das Sicherheitselement misst dann nacheinander die effektiven Einspritzzeiten Tinjeff aller Injektoren 2, und sobald diese Messungen abgeschlossen sind, vergleicht es jeden effektiven Einspritzzeitwert Tinjeff mit dem jeweiligen gewünschten Einspritzzeitwerte Tinj, der von der Steuereinheit 13 zuvor berechnet worden sind.
Je nach Ergebnis des Vergleichs zwischen jedem effektiven Einspritzzeitwert Tinjeff und dem jeweiligen gewünschten Einspritzzeitwert Tinj, entscheidet das Steuerelement 11, ob es ein Fehlersignal erzeugt oder nicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fehlersignal erzeugt, wenn bei mindestens einem Injektor 2 die Differenz zwischen dem gewünschten Einspritzzeitwert Tinj und dem effektiven Einspritzzeitwert Tinjeff außerhalb eines vorbestimmten Akzeptanzbereichs liegt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Fehlersignal auf der Grundlage einer Kombination der Ergebnisse der Vergleiche zwischen den effektiven Einspritzzeitwerten Tinjeff und den gewünschten Einspritzzeitwerten Tinj aller Injektoren 2 erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die effektive Einspritzzeit Tinjeff eines Injektors 2 sowohl durch Erfassung der Stärke des Stroms Iinj, der durch den jeweiligen Steuerschaltkreis 4 fließt, als auch durch Erfassung des Steuersignals des jeweiligen Transistors 15 (als Haupttransistor des relativen Antriebsschaltkreises 14) berechnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die effektive Einspritzzeit Tinjeff eines Injektors 2 entweder durch Erfassung der Stärke des Stroms Iinj, der durch den jeweiligen Steuerschaltkreis 4 fließt, oder durch Erfassung des Steuersignals des jeweiligen Transistors 15 berechnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die effektive Einspritzzeit Tinjeff eines Injektors 2 sowohl durch Erfassung der Stärke des Stroms Iinj, der durch den jeweiligen Steuerschaltkreis 4 fließt, als auch durch Erfassung des Steuersignals aller Transistoren 15, 18 und 19 des relativen Antriebsschaltkreises 14 berechnet.
4 zeigt für jeden Injektor 2 ein Beispiel für die Wellenform der Stromstärke Iinj und des Steuersignals des jeweiligen Transistors 15 während eines durch das Sicherheitselement 11 durchgeführten Überprüfungszyklus. Zu dem Zeitpunkt Tstart sendet die Steuereinheit 13 die Anfrage an das Sicherheitselement 11, einen Überprüfungszyklus durchzuführen. In diesem Moment ignoriert das Sicherheitselement 11 die bereits laufenden Einspritzimpulse (INJEKTOR1 und INJEKTOR4) und misst die effektive Einspritzzeit Tinjeff für jeden Injektor 2 während der nachfolgenden Einspritzimpulse.
Gemäß einer weiteren, in 5 gezeigten Ausführungsform ist ein Antriebsschaltkreis 14 dazu ausgelegt, zwei Injektoren 2 (z.B. wie in 5 gezeigt INJEKTOR1 und INJEKTOR4) mit Hilfe von zwei Transistoren 19 (in 5 durch 19a und 19b gezeigt und INJEKTOR1 bzw. INJEKTOR4 zugeordnet) anzutreiben, wobei jeder Transistor einen jeweiligen Anschluss 6 an die Erde 20 anschließt. Somit ist es möglich, eine kleinere Anzahl der gesamten Bauteile zu verwenden, da die Transistoren 15 und 18 jedes Antriebsschaltkreises 14 gemeinsam von den Steuerschaltkreisen 4 zweier unterschiedlicher Injektoren 2 verwendet werden.
Der Betrieb des Antriebsschaltkreises 14 aus 5 ist vollkommen identisch mit dem oben beschriebenen Betrieb des Antriebsschaltkreises 14 aus 2. Offensichtlich wird der Transistor 19a so gesteuert, dass er den Injektor INJEKTOR1 öffnet, während Transistor 19b so gesteuert wird, dass er den Injektor INJEKTOR4 öffnet.
Während der Haupteinspritzphase eines Injektors (z.B. INJEKTOR1) ist es durch den in 5 gezeigten Antriebsschaltkreis 14 auch möglich, eine Sekundäreinspritzung des anderen Injektors (INJEKTOR4) durchzuführen. Wie bereits bekannt, ist diese Sekundäreinspritzung dazu geeignet, eine Katalysatorvorrichtung (bekannt und nicht gezeigt), die am nicht gezeigten Auspuff des Motors 3 angeordnet ist, zu regenerieren, indem diese Katalysatorvorrichtung durch die Temperaturerhöhung aufgrund der darin stattfindenden Verbrennung des mit der Sekundäreinspritzung eingespritzten Benzins entschwefelt wird.
Die Sekundäreinspritzung eines Injektors (z.B. INJEKTOR4) wird einfach ausgeführt, indem der relative Transistor 19 (19b für INJEKTOR4) dazu gebracht wird, Strom zu leiten. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Sekundäreinspritzung ausgeführt werden, indem der Transistor 18 konstant im deaktivierten Zustand gehalten wird (6) oder indem der Transistor 18 dazu gebracht wird, Strom zu leiten (6a). Der Unterschied zwischen den beiden Lösungen besteht darin, dass in einem Fall (Transistor 18 konstant deaktiviert) die Stromwelle Iinj der Sekundäreinspritzung einen sanfteren Impuls hat (und somit ein langsameres und weniger genaues Öffnen) als der Impuls, der durch die Spannung Vinj, die Vbatt entspricht, erzeugt wird, und in dem anderen Fall (Transistor 18 wird zunächst dazu gebracht, Strom zu leiten) hat die Stromwelle Iinj der Sekundäreinspritzung einen steileren Impuls als der Impuls, der durch die Spannung Vinj, die Vtank entspricht, erzeugt wird.
Auch wenn der Transistor 18 dazu gebracht wird, Strom zu leiten, um die Sekundäreinspritzung zu starten (INJEKTOR4), ist der Strom Iinj der Haupteinspritzung (INJEKTOR1), wie in 6a gezeigt, keinen Stromstärkenschwankungen bezüglich des vorhergehenden Bereichs ausgesetzt, da der Transistor 19 strombetrieben ist. Wenn der Transistor 18 dazu gebracht wird, Strom zu leiten, erhöht sich die Steilheit der ansteigenden Flanke des Stroms Iinj aufgrund der erhöhten Antriebsspannung, und die Stromsteuerung erhöht die Schaltgeschwindigkeit, um den Strom Iinj immer innerhalb des Bereichs ΔIm, dessen Mitte Im ist, zu halten.
Schließlich kann, wie in 6a gezeigt, die oben beschriebene Zwischenphase des Aufhebens des Stroms Iinj durch Deaktivieren der Transistoren 15, 18 und 19b ebenfalls für die Sekundäreinspritzung (INJEKTOR4) durchgeführt werden. In diesem Fall fällt der Strom Iinj der Haupteinspritzung (INJEKTOR1) momentan, dennoch nicht besonders stark ab, da der Transistor 19a der Haupteinspritzung (INJEKTOR1) weiterhin Strom leitet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leistungsstufe 12 als Module ausgebildet (nicht gezeigt). Sie weist insbesondere ein erstes Modul auf, das mit den Transistoren 15 und 18 und den Dioden 17 und 20 ausgestattet ist, und ein zweites Modul, das mit dem Transistor 19, der Diode 21 und dem Widerstand 23 ausgestattet ist. Um einen Antriebsschaltkreis 14 des in 2 gezeigten Typs zur Steuerung eines einzelnen Injektors 2 bereitzustellen, werden ein erstes und ein zweites Modul aneinander angeschlossen, während zur Bereitstellung eines Antriebsschaltkreises 14 des in 5 gezeigten Typs zur Steuerung von zwei Injektoren 2 ein erstes und ein Paar zweiter Module aneinander angeschlossen werden.

Claims

Verfahren zum Antreiben eines Injektors (2) in einem Verbrennungsmotor (3), wobei in diesem Verfahren bewirkt wird, dass eine im Zeitverlauf variable Stromwelle (Iinj), die eine Anfangsphase (T1, T2, T3) mit einer relativ hohen Stromstärke (Iinj) und eine nachfolgende Endphase (T5) mit einer relativ geringen Stromstärke (Iinj) aufweist, durch einen Steuerschaltkreis (4) des Injektors (2) zirkuliert, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Stromwelle (Iinj) zwischen der ersten und zweiten Phase (T1, T2, T3; T5) eine Zwischenphase (T4) aufweist, während der die Stromstärke (Iinj) rasch auf Werte gesenkt wird, die im Wesentlichen Null betragen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anfangsphase (T1, T2, T3) im Wesentlichen eine Impulsphase ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Stromstärke (Iinj) während der Endphase (T5) im Wesentlichen konstant und gleich einem ersten vorbestimmten Wert (Im) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Stromstärke (Iinj) zumindest während eines Teils der Anfangsphase (T1, T2, T3) im Wesentlichen konstant und gleich einem zweiten vorbestimmten Wert (Ip), der größer ist als der erste Wert (Im), gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Anfangsphase (T1, T2, T3) einen ersten Abschnitt (T1) aufweist, bei dem die Stromstärke (Iinj) rasch gegen den zweiten vorbestimmten Wert (Ip) ansteigt, einen zweiten Abschnitt (T2), bei dem die Stromstärke (Iinj) im Wesentlichen konstant und gleich dem zweiten vorbestimmten Wert (Ip) gehalten wird, und einen dritten Abschnitt (T3), bei dem die Stromstärke (Iinj) progressiv sinkt.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem die Stromstärke (Iinj) im Wesentlichen konstant und gleich einem vorbestimmten Wert (Ip; Im) gehalten wird, indem ein erster und ein zweiter Spannungswert, die sich voneinander unterscheiden, zyklisch an den Steuerschaltkreis (4) des Injektors (2) angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der zweite Spannungswert gleich Null ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Wahl des Schaltens zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungswert durch eine Regelung des Wertes der Stromstärke (Iinj) getroffen wird, um den Wert der Stromstärke (Iinj) innerhalb eines Bereichs (ΔIp; ΔIm) zu halten, dessen Mitte der vorbestimmte Wert (Ip; Im) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Steuerschaltkreis (4) des Injektors (2) während der Anfangsphase (T1, T2, T3) durch eine erste Spannung (Vtank) angetrieben wird und der Steuerschaltkreis (4) des Injektors (2) während der Endphase (T5) durch eine zweite Spannung (Vbatt) angetrieben wird, die der Batteriespannung entspricht und kleiner ist als die erste Spannung (Vtank).
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die erste Spannung (Vtank) durch einen Gleichspannungswandler aus der Batteriespannung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die erste Spannung (Vtank) zwischen 60 V und 90 V liegt, während die zweite Spannung (Vbatt) im Wesentlichen bei 12 V liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während der Anfangs- und der Endphase (T1, T2, T3, T5) eine positive Spannung und eine Nullspannung abwechselnd an den Steuerschaltkreis (4) angelegt werden und während der Zwischenphase (T4) eine negative Spannung an den Steuerschaltkreis (4) angelegt wird.
Vorrichtung zum Antreiben eines Injektors (2) in einem Verbrennungsmotor (3), wobei der Injektor (2) einen Steuerschaltkreis (4) aufweist, der mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (5; 6) versehen ist, und die Vorrichtung (1) einen Antriebsschaltkreis (14) aufweist, der bewirkt, dass eine im Zeitverlauf variable Stromwelle (Iinj), die eine Anfangsphase (T1, T2, T3) mit einer relativ hohen Stromstärke (Iinj) und eine nachfolgende Endphase (T5) mit einer relativ niedrigen Stromstärke (Iinj) aufweist, durch einen Steuerschaltkreis (4) des Injektors (2) zirkuliert, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Steuermittel aufweist, welche während einer Zwischenphase (T4) zwischen der ersten und der zweiten Phase (T1, T2 T3; T5) die Stromstärke (Iinj) rasch auf Werte absenken, die im Wesentlichen Null betragen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher der Antriebsschaltkreis (14) erste Transistormittel (15, 18) für die Verbindung des ersten Anschlusses (5) mit einem Spannungserzeuger (7; 10) aufweist, zweite Transistormittel (19) für die Verbindung des zweiten Anschlusses (6) mit einer Erde (20) des Spannungserzeugers (7; 10) und Rückführdioden (21; 22), welche die Entladung der Induktivitäten des Steuerschaltkreises (4) ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die ersten Transistormittel (15) zwei Transistoren (15, 18) aufweisen, um wahlweise den ersten Anschluss (5) mit einem ersten und einem zweiten Spannungserzeuger (7; 10) zu verbinden, welche einen ersten und einen zweiten Spannungswert erzeugen können, die sich voneinander unterscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei dem eine erste Rückführdiode (21) den ersten Anschluss (5) mit der Erde (20) verbindet und eine zweite Rückführdiode (22) den zweiten Anschluss (6) mit dem Spannungserzeuger (7; 10) verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, 15, oder 16, bei dem die Transistoren (15, 18, 19) zum Typ MOS-Transistor gehören.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, die auch einen weiteren Injektor (2) antreiben kann, der einen jeweiligen Steuerschaltkreis (4) aufweist, welcher mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (5; 6) versehen ist, wobei der erste Anschluss (5) des weiteren Injektors (2) mit dem ersten Anschluss (5) des Injektors (2) verbunden ist und der Antriebsschaltkreis (14) zweite Transistormittel (19b) aufweist, um den Anschluss (6) des weiteren Injektors (2) mit der Erde (20) zu verbinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei welcher der Antriebsschaltkreis (14) durch die Verbindung von mindestens zwei Modulen gebildet ist, wobei das erste Modul die ersten Transistormittel (15; 18) und das zweite Modul die zweiten Transistormittel (19) aufweist.