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    • 专利摘要:
    Verfahrenzum Ansteuern eines Magnetventils, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,wobei zunächsteine erste Spannung (U_1) an eine Spule (21) des Magnetventils (22)bis zu einem ersten Zeitpunkt (t_1) und anschließend eine im Wert kleinerezweite Spannung (U_2) angelegt wird, wobei der erste Zeitpunkt (t_1)zeitlich vor dem Erreichen einer Endposition des Magnetventils (22)liegt.
    公开号:DE102004019152A1
    申请号:DE200410019152
    申请日:2004-04-21
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Helmut Rembold；Bernd Schroeder
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:F02D41-20
    专利说明:
    [0001] DieErfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Magnetventilszur Mengensteuerung sowie einer Vorrichtung zur Kraftstoffversorgungeiner Brennkraftmaschine mit einem Magnetventil zur Mengensteuerungnach der Gattung der unabhängigenAnsprüche.
    [0002] Weiterhinbetrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Ausführung eines Verfahrens zumBetreiben eines Magnetventils zur Mengensteuerung sowie ein Computerprogramm-Produkt zur Durchführung des Verfahrensauf einem Computer.
    [0003] Ausder DE 199 13 477 istbereits ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffzuführeinrichtung miteinem Mengensteuerventil bekannt. Das Mengensteuerventil ist stromlosoffen und wird zum Schließenmit einer konstanten Spannung – derBatteriespannung – angesteuert,wobei der Strom in charakteristischer Weise ansteigt. Nach dem Abschaltender Spannung fälltder Strom wiederum in charakteristischer Weise ab und das Ventil öffnet kurznach dem der Strom abgefallen ist.
    [0004] Ausder DE 102 01 453 istein Verfahren der zum Betreiben eines Magnetventils für einenBremszylinder bekannt. Das offenbarte Magnetventil ist stromlosoffen und wird zum Schließenmit einer konstanten Spannung angesteuert. Beim Erreichen einesmaximalen Anzugstroms wird die Spule des Magnetventils mit einergepulsten Spannung angesteuert, sodass der Strom durch die Spuleauf einen minimal zulässigenHaltestrom abfällt.Zum Öffnendes Magnetventils wird die am Magnetventil anliegende Spannung abge schaltet,wobei der Stromabfall ausgehend vom Haltestrom zeitlich schnellererfolgt als bei einem vorliegenden maximalen Anzugstroms.
    [0005] Daserfindungsgemäße Verfahrenmit den Merkmalen des unabhängigenAnspruchs hat demgegenüberden Vorteil, dass zunächsteine erste Spannung an eine Spule eines Magnetventils bis zu einemersten Zeitpunkt und anschließendein zweite Spannung, die im Wert kleiner ist als die erste Spannung,angelegt wird. Die Umschaltung auf die zweite Spannung zum erstenZeitpunkt erfolgt vor Erreichen einer Endposition des Magnetventils.Der besondere Vorteil dieses erfindungsgemäßen Vorgehens liegt darin,dass mit der ersten angelegten Spannung der Spulenstrom und somitauch die Magnetkraft rasch aufgebaut wird, wobei ein schneller Bewegungsbeginndes Magnetventils erzielt wird. Durch das Umschalten auf einen zweitenniedrigeren Spannungswert wird ein unnötiges Ansteigen des Spulenstromesvermieden. Der erste Zeitpunkt kann sowohl vor als auch nach Erreicheneines bestimmen Kraftwertes liegen, bei der sich der Magnetankerin Bewegung setzt. Wichtig ist, dass durch die erfindungsgemäße Ansteuerungein sicheres Anziehen des Magnetankers sichergestellt ist. Prinzipielllässt sichdas erfindungsgemäße Verfahrensowohl auf stromlos geöffneteals auch stromlos geschlossen Ventile anwenden. Durch Umschaltenauf eine zweite Spannung, die im Wert niedriger ist als die ersteSpannung wird vermieden, dass der Spulenstrom bei einer weiterenAnsteuerung des Magnetventils einen maximal zulässigen Strom überschreitet.
    [0006] Durchdiese in den UnteransprüchenaufgeführtenMaßnahmensind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen dererfindungsgemäße Vorrichtungmöglich.
    [0007] Besondersvorteilhaft ist es, wenn die zweite Spannung mindestens so groß ist, dasssich die Bewegung des Magnetventils fortsetzt und somit ein sicheresSchließen/Öffnen desMagnetventils gewährleistetist.
    [0008] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Spannung invorteilhafter Weise so gewählt,dass der Strom durch die Spule und somit die auf das Magnetventileinwirkende Kraft weiter ansteigt, wodurch die Zuverlässigkeitder Schließbewegung/Öffnungsbewegungweiter erhöhtwird.
    [0009] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsformwird ab einem zweiten Zeitpunkt eine dritte Spannung an der Spuledes Magnetventils angelegt, die im Wert kleiner ist als die zweiteSpannung und gegenüberder zweiten Spannung den Strom nicht weiter ansteigen lässt. Sowird in vorteilhafter Weise vermieden, dass der Spulenstrom weiteransteigt und einen maximal zulässigenStrom überschreitet.
    [0010] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsformliegt ab einem dritten Zeitpunkt eine vierte Spannung an der Spuledes Magnetventils an, die im Wert kleiner ist als die dritte Spannungund es stellt sich ein Strom ein, der mindestens so groß ist, dass invorteilhafter Weise eine Mindesthaltekraft des Magnetventils gewährleistetist.
    [0011] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsformwird mindestens eine der an der Spule des Magnetventil anliegendenSpannung durch Pulsweitenmodulation in ihrer effektiven Spannungbeeinflusst. Dies hat den Vorteil, dass alle Spannungen ausgehendvon einer Basisspannung allein durch Pulsweitenmodulation entsprechendder gewünschtenSpannungshöheeingestellt werden können.
    [0012] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsformist ein Vorrichtung zum Ansteuern eines Magnetventils vorgesehen,insbesondere ein Steuergerätin einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung das Magnetventil soansteuert, dass zunächsteine erste Spannung an einer Spule eines Magnetventils anliegt biseine Bewegung des Magnetventils ausgelöst ist und anschließend einezweite Spannung, die im Wert kleiner ist als die erste Spannung.
    [0013] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsformist es vorgesehen, die Zeitpunkte an denen die Spannungen umgeschaltetwerden und die elektrischen Spannung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, bspw.der Brennkraftmaschine, der Hochdruckpumpe etc., in einem Kennfeldabzulegen.
    [0014] Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsformist es vorgesehen das erfindungsgemäße Verfahren und Vorgehen alsComputerprogramm-Produkt mit Programmcode auf einem maschinenlesbarenTrägerabzuspeichern, wobei bei Ablauf des Programm auf einem Computer,Recheneinheit, Steuergerätetc. das Verfahren erfindungsgemäß ausgeführt wird.In vorteilhafter Weise können alsmaschinenlesbare Trägerauch Disketten, Speicherbausteine, Flash-Rom, optische Speicher, Festplattenetc. eingesetzt werden.
    [0015] WeitereMerkmale, Anwendungsmöglichkeitenund Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibungvon Ausführungsbeispielender Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei bildenalle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombinationden Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassungin den Patentansprüchenoder deren Rückbeziehungsowie unabhängig vonihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. inden Zeichnungen.
    [0016] Eszeigen:
    [0017] 1 zeigtschematisch eine Vorrichtung zu Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine;
    [0018] 2 zeigtschematisch verschiedene Funktionszustände einer Hochdruckpumpe miteinem zugehörigenZeitdiagramm;
    [0019] 3 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf des Hubs des Magnetventils undderen darauf wirkenden Kraft nach Bestromung des Magnetventils;
    [0020] 4 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf des Drucks in der Hochdruckpumpe;
    [0021] 5 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf der an der Spule des Magnetventilsanliegenden Spannung;
    [0022] 6 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf des durch die Spule fließenden Stroms;
    [0023] 7 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung an derSpule des Magnetventils füreine bestimmte Ansteuerungsdauer; Die Beschreibung beziehtsich der Einfachheit halber im Wesentlichen auf ein stromlos offenesMagnetventil, das erfindungsgemäße Vorgehenist jedoch nicht auf diese Ausführungsformbeschränkt,sondern umfasst insbesondere auch stromlos geschlossene Magnetventile.
    [0024] In 1 istbeispielhaft eine Vorrichtung 10 zur Kraftstoffversorgungeiner Brennkraftmaschine gezeigt. Die Vorrichtung 10 weisteine elektrische Kraftstoffpumpe 11 auf mit der Kraftstoffaus einem Kraftstofftank 12 gefördert und über ein Kraftstofffilter 13 weitergepumptwird. Die Kraftstoffpumpe 11 ist dazu geeignet, einen Niederdruckzu erzeugen. Zur Steuerung und/oder Regelung dieses Niederdrucks istein Niederdruckregler 14 vorgesehen, der mit dem Ausgangdes Kraftstofffilter 13 verbunden ist, und über denKraftstoff wieder zum Kraftstofftank 12 zurückgeführt werdenkann. An dem Ausgang des Kraftstofffilters 13 ist des Weitereneine Serienschaltung aus einem Mengensteuerventil 15 undeiner mechanischen Hochdruckpumpe 16 angeschlossen. DerAusgang der Hochdruckpumpe 16 ist über ein Überdruckventil 17 anden Eingang des Mengensteuerventil 15 zurückgeführt. DerAusgang der Hochdruckpumpe 16 ist weiterhin mit einem Druckspeicher 18 verbunden,an dem eine Mehrzahl von Einspritzungsventilen 19 angeschlossensind. Der Druckspeicher 18 wird häufig auch als Rail oder CommonRail bezeichnet. Des Weiteren ist am Druckspeicher 18 einDrucksensor 20 angeschlossen.
    [0025] Diein 1 dargestellte Vorrichtung zur Kraftstoffversorgungdient im vorliegenden Beispiel dazu, die Einspritzungsventile 19 einervierzylindrigen Brennkraftmaschine mit ausreichenden Kraftstoffund notwendigen Kraftstoffdruck zu versorgen, sodass eine zuverlässige Einspritzungund ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine gewährleistetist.
    [0026] DieFunktionsweise des Mengensteuerventil 15 und der Hochdruckpumpe 16 sindin 2 im Einzelnen dargestellt. Das Mengensteuerventil 15 istals stromlos offenes Magnetventil aufgebaut und weist eine Spule 21 auf, über diedurch Anlegen oder Abschalten eines elektrischen Stroms bzw. einerelektrischen Spannung das Magnetventil 22 geschlossen odergeöffnetwerden kann. Die Hochdruckpumpe 16 weist einen Kolben 23 auf,der von einem Nocken 24 der Brennkraftmaschine betätigt wird.Des Weiteren ist die Hochdruckpumpe 16 mit einem Ventil 25 versehen.Zwischen dem Magnetventil 22, den Kolben 23 unddem Ventil 25 ist ein Förderraum 26 derHochdruckpumpe 16 vorhanden.
    [0027] Mitdem Magnetventil 22 kann der Förderraum 26 von einerKraftstoffzufuhr durch die elektrische Kraftstoffpumpe 11 unddamit von dem Niederdruck abgetrennt werden. Mit dem Ventil 25 kannder Förderraum 26 vondem Druckspeicher 18 und damit von dem Hochdruck abgetrenntwerden.
    [0028] ImAusgangszustand wie er in der 2 linksdargestellt ist, ist das Magnetventil 22 geöffnet unddas Ventil 25 geschlossen. Das geöffnete Magnetventil 22 entsprichtdem stromlosen Zustand der Spule 21. Das Ventil 25 wirddurch den Druck einer Feder oder entsprechendes geschlossen gehalten.
    [0029] Inder linken Darstellung der 2 ist der Saughubder Hochdruckpumpe 16 dargestellt. Bei einer Drehbewegungendes Nockens 24 in Richtung des Pfeils 27 bewegtsich der Kolben 23 in Richtung des Pfeils 28.Aufgrund des geöffnetenMagnetventil 22 strömt somitKraftstoff, der von der elektrischen Kraftstoffpumpe 11 gefördert wordenist, in den Förderraum 26.
    [0030] Inder mittleren Darstellung der 2 ist der Förderhubder Hochdruckpumpe 16 gezeigt, wobei jedoch die Spule 21 nochstromlos und damit das Magnetventil 22 noch geöffnet ist.Auf Grund der Drehbewegungen der Nocke 24 bewegt sich derKolben 23 in Richtung des Pfeils 29. Aufgrunddes geöffnetenMagnetventils 22 wird damit Kraftstoff aus dem Förderraum 26 zurück in Richtungzu der elektrischen Kraftstoffpumpe 11 gefördert. DieserKraftstoff gelangt dann überden Niederdruckregler 14 zurück in den Kraftstofftank 12.
    [0031] Inder rechten Darstellung der 2 ist – wie inder mittleren Darstellung – weiterhinder Förderhub derHochdruckpumpe 16 gezeigt. Im Unterschied zu der mittlerenDarstellung ist jedoch nunmehr die Spule 21 erregt unddamit das Magnetventil 22 geschlossen. Dies hat zur Folge,dass durch die weitere Hubbewegung des Kolbens 23 im Förderraum 26 ein Druckaufgebaut wird. Mit Erreichen des Druckes, welcher im Druckspeicher 18 herrscht,wird das Ventil 25 geöffnetund die Restmenge in den Druckspeicher gefördert.
    [0032] DieMenge des zu dem Druckspeicher 18 geförderten Kraftstoffs hängt davonab, wann das Magnetventil 22 in seinen geschlossenen Zustand übergeht.Je früherdas Magnetventil 22 geschlossen wird, desto mehr Kraftstoffwird überdas Ventil 25 in den Druckspeicher 18 gefördert. Diesist in der 2 durch einen mit einem Pfeilgekennzeichneten Bereich B dargestellt.
    [0033] Sobaldbei der rechten Darstellung der 2 der Kolben 23 seinenmaximalen Kolbenhub erreicht hat, kann von dem Kolben 23 keinweiterer Kraftstoff überdas Ventil 25 in den Druckspeicher 18 gefördert werden.Das Ventil 25 schließt.Des weiteren wird die Spule 21 wieder stromlos gesteuert,sodass das Magnetventil 22 wieder öffnet. Daraufhin kann der sich nunmehrentsprechend der linken Darstellung der 2 in Richtungdes Pfeils 28 bewegende Kolben 23 wieder Kraftstoffder elektrischen Kraftstoffpumpe in den Förderraum 26 ansaugen.
    [0034] In 3 istschematisch der zeitliche Verlauf des Hubs h_M des Magnetventils 22 unddie auf das Magnetventil 22 wirkenden Kraft F_M beim Unterspannungssetzender Spule 21 des Magnetventils 22 gezeigt. Sobaldeine elektrische erste Spannung U_1 ab dem Ansteuerbeginn t_0 ander Spule 21 anliegt, baut sich ein Magnetfeld auf, dasauf den Anker des Magnetventils 22 mit einer elektromagnetischenKraft F_M wirkt. Dieser elektromagnetischen Kraft F_M steht einerFederkraft F_f des betrachteten Mengensteuerventils 15 entgegen.Erst wenn die elektromagnetischen Kraft F_M die Federkraft F_f überwindet, setztsich das Magnetventil 22 zu einem Bewegungs-Zeitpunkt t_Bin Bewegung. Im in 3 skizzierten Fall ist zeitgleichzu diesem Bewegungs-Zeitpunkt t_B ein erster Zeitpunkt t_1 gesetzt,bei dem die zunächstanliegende erste Spannung U_1 auf eine niedrigere zweite SpannungU_2 umgeschaltet wird.
    [0035] Diezweite Spannung U_2 ist mindestens so hoch, dass sich die durchdas Anlegen der ersten Spannung U_1 initiierte Bewegung des Magnetventilsfortsetzt. Im dargestellten Fall ist eine zweite Spannung U_2 vorgesehen,bei der mit zunehmender Ansteuerzeit der Spulenstrom und somit auchdie elektromagnetische Kraft F_M mit geringerer Steigung als biszum ersten Zeitpunkt t_1 ansteigt. Zu einem End-Zeitpunkt t_E befindetsich das Magnetventil 22 in seiner Endposition. Bei einemstromlos offenem Magnetventil ist das Magnetventil 22 zum End-Zeitpunktt_E vollständiggeschlossen und bei einem stromlos geschlossen Magnetventil vollständig offen.Im skizzierten Ausführungsbeispielwird zeitgleich zum End-Zeitpunkt t_E ein zweiter Zeitpunkt t_2gesetzt, ab dem die am Magnetventil anliegende elektromagnetischeKraft F_M im Wesentlichen konstant gehalten und ab einem drittenZeitpunkt t_3 bspw. auf eine Mindesthaltekraft reduziert wird.
    [0036] DerBewegungs-Zeitpunkt t_B, bei dem sich das Magnetventil bei einerbestimmten Ansteuerung in Bewegung setzt, und der End-Zeitpunktt_E sind prinzipiell fürein jeweiliges Magnetventil bekannt. Es kann jedoch auch vorgesehensein, diesen Bewegungs-Zeitpunktt_B überSensoren bspw. direkt über dieBewegung oder indirekt überandere Größen zu bestimmen.
    [0037] Vorzugsweisewird der erste Zeitpunkt t_1, bei dem von der ersten Spannung U_1auf ein zweite Spannung U_2 umgeschaltet wird, so festgelegt, dassdie Zeitdauer mit der die Spule 21 des Magnetventils 22 miteiner elektrischen ersten Spannung U_1 angesteuert wird mindestensso lang ist, dass eine Bewegung des Magnetventils 22 ausgelöst wird.
    [0038] Jenach Ausführungsformkann dieser erste Zeitpunkt t_1 mit dem tatsächlichen Bewegungs-Zeitpunktt_B des Magnetventils übereinstimmen,es kann jedoch auch vorgesehen sein, den ersten Zeitpunkt t_1 voroder nach dem tatsächlichenBewegungs-Beginn t_B zu legen. So ist es denkbar, den ersten Zeitpunktt_1 so frühzu wählen,dass sich zwar zum ersten Zeitpunkt t_1 das Magnetventil noch nichtin Bewegung gesetzt hat, die Zeitdauer der Ansteuerung jedoch solang war, dass die in die Spule eingebrachte Energie ausreicht,um das Magnetventil zu einem späterenZeitpunkt in Bewegung zu setzen. In diesem Fall wird die Bewegungdes Magnetventils zwar durch das Anlegen einer ersten Spannung U_1bis zu einem ersten Zeitpunkt t_1 ausgelöst, die tatsächlicheBewegung des Magnetventils erfolgt jedoch zu einem Bewegungs-Zeitpunktt_B der zeitlich hinter dem ersten Zeitpunkt t_1 liegt.
    [0039] Nachdemauf zum ersten Zeitpunkt t_1 auf die zweite Spannung U_2 umgeschaltetwurde ist eine Wartezeit Δtsvorgesehen nach der im Anschluss zum zweiten Zeitpunkt t_2 auf einedritte Spannung U_3 umgeschaltet wird. Die Wartezeit Δts ist in 3 sobemessen, dass der zweite Zeitpunkt t_2 mit dem Erreichen der Endpositiondes Magnetventils 22 zum End-Zeitpunkt t_E übereinstimmt.Bei geringen Drehzahlen der Hochdruckpumpe 16 reicht esaus, die Wartezeit Δtsso großzügig zu bemessen, dassder zweite Zeitpunkt t_2 zeitlich hinter dem End-Zeitpunkt t_E desMagnetventils 22 liegt, und so der zweite Zeitpunkt t_2für eineVielzahl von Betriebsbedingungen unverändert beibehalten werden kann.
    [0040] ImHinblick auf den Betrieb von Hochdruckpumpen in einem hohen Drehzahlbereichund den erforderlichen kurzen Ansteuerzeiten ist es jedoch angezeigt,die Zeitpunkte t_1, 2, 3 bei denen die Spannungen umgeschaltet werdenmöglichstfrüh zusetzen, um möglichstkurze Ansteuerzeiten zu realisieren.
    [0041] 4 zeigtschematisch den zeitlichen Verlauf des Drucks im Förderaum 26 derHochdruckpumpe 16 mit einem stromlos offenem Magnetventil 22.Vor dem Erreichen der Endposition des Magnetventils herrscht biszum End-Zeitpunkt t_E bzw. zweiten Zeitpunkt t_2 im Förderraum 26 imWesentlichen ein konstanter Niederdruck, der durch die Kraftstoffpumpe 11 unddem Niederdruckregler 14 erzeugt und eingestellt wird.Nach dem Schließendes Magnetventils 22 zum End-Zeitpunkt t_E komprimiertder sich zum oberen Totpunkt bewegende Kolben 23 das Volumenim Förderaum 26,wodurch der Kraftstoffdruck ansteigt. Zu einem Druck-Zeitpunkt t_Derreicht der Druck im Förderraum 26 einenHaltedruck p_1. Die durch diesen Haltedruck p_1 auf das Magnetventil 22 ausgeübte Kraftentspricht im Wesentlichen der Federkraft F_f. Die Druckkraft reicht prinzipiellaus, um das Magnetventil auch ohne Ansteuerung im geschlossenenZustand zu halten, d.h. prinzipiell wäre es möglich zum Druck-Zeitpunkt t_Ddie an der Spule 21 des Magnetventils 22 anliegende Spannungabzuschalten. Um unter anderem jedoch eine hohe Betriebsicherheitbzw. definierte Betriebszuständezu gewährleisten,ist es vorgesehen zum Druck-Zeitpunkt t_D einen dritten Zeitpunktt_3 vorzusehen, beim dem auf eine vierte Spannung U_4 umgeschaltetwird und sich die anliegende elektromagnetische Kraft F_M auf eineSicherheitshaltekraft reduziert.
    [0042] Diezu verschiedenen Zeiten an der Spule 21 des Magnetventils 21 anliegendenSpannungen sind schematisch in 5 gezeigtund in 6 die dazu korrespondierenden Spulenströme. Denbeiden Figuren ist zu entnehmen, dass zum Schließen des Magnetventils 22 eineerste Spannung U_1 an die Spule 21 des Magnetventils 22 angelegtwird. Im weiteren zeitlichen Verlauf wird nach einem ersten, zweitenund dritten Zeitpunkt t_1, t_2, t_3 jeweils eine zweite, dritteund vierte Spannung U_2, U_3, U_4 angelegt, wobei die jeweils nachfolgendeSpannung im Wert kleiner ist als die vorhergehende. Die zu den Spannungenkorrespondierenden Ströme,wie sie die 6 zeigt, verhalten sich dementsprechendin charakteristischer Weise. Beim Anlegen der ersten Spannung U_1steigt der Strom rasch an, um dann bei Vorliegen der zweiten SpannungU_2 zum Zeitpunkt t_1 mit einer geringeren Steigung anzusteigen, abdem Zeitpunkt t_2 verläuftder Strom dann im Wesentlichen konstant und fällt nach dem dritten Zeitpunktt_3 in charakteristischer Weise auf einen im Wesentlichen konstantengeringeren Wert ab.
    [0043] Wiebeschrieben wird zum Schließendes Magnetventils 22 an die Spule 21 eine ersteSpannung U_1 angelegt. Der Spulenstrom steigt gemäß der bekanntenBeziehung I = U/R(1 – exp(-t·R/L) an, wobeifür diebeispielhaft betrachteten Zeiträumeder Exponential-Term in erster Näherungvernachlässigt werdenkann. Der erste Stromanstieg entspricht di_1/dt (t=0) = U/L undhängt somitim Wesentlichen von der angelegten Spannung und der Induktivität der Spuleab. Im Hinblick auf kurze Schaltzeiten sind somit sowohl hohe anliegendeSpannungen als auch geringe Induktivität der Spule 21 förderlich.
    [0044] Mitzunehmender Dauer der Ansteuerung der Spule steigt sowohl der SpulenstromI als auch die auf das Magnetventil 22 wirkende elektromagnetischeKraft F_M; d.h. je schneller der Strom ansteigt, desto schnellererhöhtsich die anliegende Kraft F_M, desto früher beginnt die Schließbewegungund umso schneller schließtdas Magnetventil 22.
    [0045] Sobalddas Magnetventil 22 zum ersten Zeitpunkt t_1 sich in Bewegungsetzt, ist ein weiterer schneller Stromanstieg bzw. Kraftanstiegnicht mehr notwendig. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, den Stromanstiegzu verlangsamen. Ab dem ersten Zeitpunkt t_1 wird die Spule 21 miteiner zweiten Spannung U_2 versorgt, die im Wert kleiner ist alsdie erste Spannung U_1. Die zweite Spannung U_2 ist dabei so bemessen,dass der Strom I weiter ansteigt. Der zur zweiten Spannung U_2 korrespondierende zweiteStromanstieg di_2/dt ist kleiner als der zur höheren ersten Spannung U_1 korrespondierendeerste Stromanstieg di_1/dt. Der zweite Stromanstieg di_2/dt bzw.die dazugehörigezweite Spannung U_2 ist vorzugsweise so bemessen, dass bis zu einem späteren zweitenund/oder dritten Zeitpunkt t_2, t_3 der maximal zulässige Spulenstromdes Magnetventils 22 nicht überschritten wird.
    [0046] Zumzweiten Zeitpunkt t_2 ist, wie schon beschrieben, das Magnetventil 22 geschlossen.Ein weiterer Anstieg der auf das Magnetventil 22 wirkendenelektromagnetischen Kraft F_M verbessert insofern den sicheren Verschlussdes Magnetventils nicht. Erfindungsgemäß ist daher kein weiterer Stromanstiegbzw. Anstieg der elektromagnetischen Kraft F_M vorgesehen. Zu diesemZweck wird die an der Spule 21 anliegende Spannung weiterauf die dritte Spannung U_3 abgesenkt, die so bemessen ist, dass derSpulenstrom I im Wesentlichen nicht weiter ansteigt.
    [0047] Imweiteren zeitlichen Verlauf erreicht der Druck p zum dritten Zeitpunktt_3 im Förderraum 26 einenDruck p_1, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass das Magnetventil 22 imWesentlichen allein schon durch Kraft des aufgebauten Drucks verschlossengehalten werden kann. Erfindungsgemäß wird die auf das Magnetventil 22 wirkendeelektromagnetisch Kraft F_M durch eine weitere Reduzierung der Spannungauf eine vierte Spannung U_4 verringert. Durch Anlegen der viertenSpannung U_4 fällt derkorrespondierende Spulenstrom I in charakteristischer Weise aufeinen im Wesentlichen konstanten Haltestrom ab.
    [0048] Exemplarischist in 7 in schematischer Weise eine Ansteuerung dererfindungsgemäßen Vorrichtungmit einer Ansteuerdauer/-zeit ta und dem zeitlichen Verlauf vonStrom und Spannung an der Spule 21 des Magnetventils 22 gezeigt.Die Ansteuerung des Magnetventils 22 beginnt zum Zeitpunktt_0 und endet kurz nach dem zweiten Zeitpunkt t_2 zum Zeitpunktta. Ab dem Zeitpunkt t_0 liegt die erste Spannung U_1 an und wird, wiebeschrieben zum ersten und zweiten Zeitpunkt t_1, t_2 jeweils aufdie zweite und dritte Spannung U_2, U_3 reduziert. Der Stromverlaufverhältsich entsprechend, indem zuerst der Strom rasch und dann mit flacherSteigung ansteigt und ab dem zweiten Zeitpunkt t_2 im Wesentlichenkonstant bleibt. Zum Ende der Ansteuerdauer ta wird die anliegendedritte Spannung U_3 abgeschaltet und der Strom fällt in charakteristischer Weiseab.
    [0049] AbUnterschreiten eines bestimmten Stromwerts wird der Einfachheithalber angenommen, dass die Spule 21 stromlos ist und keinewesentliche elektromagnetische Kraft F_M mehr am Magnetventil 22 anliegt,sodass bei entsprechender Druckabnahme im Förderraum 26 das Magnetventil 22 öffnet. Dierelevante Zeit zur Löschungdes magnetischen Feldes ergibt sich im Wesentlichen aus der bekanntenBeziehung I = I_max·exp(t·R/L).Die sich zur Ansteuerdauer ta ergebenden Löschzeit ΔtL_1 ist in 7 entsprechendeingezeichnet.
    [0050] Abdem ersten Zeitpunkt t_1 ist mit gepunkteter Linie schematisch einerhöhterStromverlauf dargestellt, der sich ohne Spannungsreduzierung bei einerbeibehaltenen ersten Spannung U_1 einstellen würde. Wenn im vorliegenden Falldavon ausgegangen wird, dass zum Abschaltzeitpunkt ta der erhöhte Stromverlaufnoch nicht zur Zerstörungder Spule geführthat, so ist der 7 leicht zu entnehmen, dass dieLöschzeit ΔtL_x beieinem erhöhtenStrom deutlich längerist als die Löschzeit ΔtaL, diesich bei dem erfindungsgemäß geringerenStrom einstellt.
    [0051] Durchdas erfindungsgemäße Vorgehenist es möglich,dass Magnetventil 22 und insbesondere ein Mengensteuerventilim Hinblick auf kurze Ansteuerzeiten bei hohen Drehzahlen der Hochdruckpumpe zuoptimieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, das Einlassventilnur lose am Magnetstößel anliegenzu lassen, wobei übereine zusätzlicheVorrichtung im Förderraum 26 eineFeder auf das Einlassventil/Magnetventil 22 drückt. Dadurchkann der Stößelhub deutlichkleiner ausgeführtwerden, was wiederum dazu beiträgt,die fürhohe Drehzahlen erforderlichen kurzen Schalt-/Ansteuerzeiten zuerzielen. Eine weitere Maßnahmenist der Einsatz einer niederohmigen Spule mit reduzierter Windungszahl,was zu einem schnellen Stromanstieg bzw. schnellen Anstieg der elektromagnetischenKraft führt.
    [0052] Ineiner weiteren Ausführungsformist es vorgesehen, mindestens eine der an der Spule 21 des Magnetventils 22 anliegendenSpannung U_1, 2, 3, 4 durch Puls-Weiten-Modulation (PWM) einzustellen. Durch Ändern derPuls- und Pausenzeiten ist es so möglich, beispielsweise ausgehendvon einer ersten Betriebsspannung, die effektive Spannung der weiterenSpannungen so einzustellen, dass ein erfindungsgemäßer Strom- bzw. Kraftverlaufzu den gewünschtenZeitpunkten vorliegt. So kann beispielsweise als erste SpannungU_1 die Bordnetzspannung gewähltsein und alle weiteren Spannungen werden durch entsprechende Puls-Weiten-Modulationerfindungsgemäß reduziert.
    [0053] Imnormalen Betrieb der Hochdruckpumpe ist es, wie auch in 2 gezeigt,vorgesehen, das Mengensteuerventil 15 während des Förderhubs anzusteuern, insbesonderesollte gewährleistetsein, dass das Mengensteuerventil 15 zum Beginn des Saughubsoffen ist. Die Ansteuerung des Mengensteuerventils 15 endettypischerweise zwischen dem zweiten und dritten Zeitpunkt t_2, t_3.Das Mengensteuerventil 15 ist nach der der Ansteuerzeitnachfolgenden Löschzeitwieder geöffnet.
    [0054] EineAnsteuerung überden dritten Zeitpunkt t_3 hinaus tritt üblicherweise nur bei sehr geringen Drehzahlen,wie sie beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine vorliegen,auf. Durch das Umschalten auf einen geringen Haltestrom wird dieBelastung der Spule 21 des Magnetventils 22 insbesonderebeim Start reduziert.
    [0055] Ineiner weiteren Ausführungsformist es denkbar, die Zeitpunkte und notwendigen elektrischen Spannungenin Abhängigkeitvon Betriebsgrößen in einemKennfeld abzulegen, sodass beispielsweise über ein Steuergerät, Steuerelementoder einer Recheneinheit zu jeder vorliegenden Betriebsbedingungeine passende Ansteuerung des Mengensteuerventils 15 ausdem Kennfeld entnommen werden kann. Als typische Betriebsgrößen kommenbeispielsweise in Frage, die Motordrehzahl nmot und dementsprechenddie Drehzahl n_hdp der Hochdruckpumpe, der notwendige Förderbeginnbzw. Ansteuerzeitpunkt, die vorliegenden Batterie-/BetriebsspannungU_Bat, U_Bet, die Betriebstemperatur T_M des Magnetventils sowieweitere Größen.
    [0056] DesWeiteren kann es vorgesehen sein, die Umschaltung zwischen den verschiedenenSpannungen nicht in Schritten, sondern kontinuierlich vorzunehmen.
    [0057] Gemäß einerweiteren Ausführungsformist es vorgesehen, den Stromanstieg ab dem ersten Zeitpunkt t_1bis zum Zeitpunkt t_3 fortzuführen,wobei ein maximaler Strom jedoch nie überschritten wird.
    [0058] Gemäß einerweiteren Ausführungsformist es vorgesehen, nachdem das Magnetventil 22 zum Zeitpunktt_2 geschlossen ist und der Druck im Förderraum 26 ansteigt,die elektromagnetische Kraft F_M, bzw. Strom und Spannung, im Gegenzugzum ansteigenden Druck, kontinuierlich auf eine Mindesthaltekraftabzusenken.
    [0059] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist es vorgesehen, zunächst,wie bereits unter 3 bis 7 beschrieben,eine hohe erste Spannung U_1 an die Spule 21 des Magnetventils 22 anzulegenund, sobald die Schließbewegungdes Magnetventils zu einem ersten Zeitpunkt t_1 beginnt, eine zweiteniedrigeren Spannung U_2 anzulegen. Die zweite Spannung U_2 istso gewählt,dass der Strom zwar nicht weiter ansteigt aber die auf das Magnetventil 22 wirkendeelektromagnetische Kraft F_M ausreicht, um die Schließbewegungdes Magnetventils 22 fortzusetzen.
    [0060] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformist es vorgesehen, eine hohe erste Spannung U_1 an die Spule 21 desMagnetventils 22 anzulegen und vor Beginn der Schließbewegungdes Magnetventils zu einem ersten Zeitpunkt t_1 eine zweite niedrigereSpannung U_2 anzulegen. Die zweite Spannung U_2 ist so gewählt, dassder weitere Magnetkraftaufbau der Kraft F_M ausreicht, das Magnetventil 22 sicherzu schließen.
    [0061] Ineinem möglichenAusführungsbeispielist die zweite Spannung im Wesentlichen gleich mit der dritten SpannungU_3, die erfindungsgemäß nach demvollständigenVerschließendes Magnetventils 22 zum Zeitpunkt t_2 gewählt wird.Durch ein derartiges Vorgehen kann in vorteilhafte Weise auf einUmschalten der Spannungen zum zweiten Zeitpunkt t_2 verzichten werden.
    [0062] Ineinem weiteren Ausführungsbeispielist es vorgesehen, die zweite Spannung t_2 so zu wählen, dassder sich einstellende Strom I im Wert größer ist als der sich zur drittenSpannung t_3 einstellende Strom I.
    [0063] Ineinem weiteren Ausführungsbeispielist es vorgesehen, die Ansteuerung des Magnetventils stromgesteuertvorzunehmen, und die zu den jeweiligen Zeitpunkten t_0, 1, 2, 34 zu wählendenSpannung von einem vorgegeben Stromanstieg abhängig zu machen.
    [0064] Prinzipiellkönnendie physikalischen Zeitpunkte wie der Bewegungs-Zeitpunkt t_B, der End-Zeitpunktt_E und der Druck-Zeitpunkt bspw. durch direktes oder indirektesMessen als auch durch Modellierung oder Emulationen ermittelt werden.
    [0065] DieUmschaltzeitpunkte, also der erste, zweite und dritte Zeitpunktt_1, 2, 3 und auch der Ansteuerungsbeginn t_0 werden zwar in Anlehnungan die physikalischen Gegebenheiten und Betriebsbedingungen bestimmt,die Umschaltzeitpunkte müssenjedoch nicht zwangläufigmit bestimmten Ereignissen bspw. den physikalischen Zeitpunkten übereinstimmen.
    [0066] Insbesondereist es auch denkbar, die Wartezeit Δts je nach Anwendungsfall bspw.wegzulassen, so dass der erste Zeitpunkt t_1 mit dem zweiten Zeitpunktt_2 zusammenfälltund somit nach dem Anlegen der ersten Spannung U_1 gleich die dritte SpannungU_3. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Wartezeit Δts so bemessenist, dass der zweite Zeitpunkt t_2 mit dem dritten Zeitpunkt t_3 übereinstimmtund somit nach Anlegen der zweiten Spannung U_2 gleich die vierteSpannung U_4 folgt. Natürlichkönnenauch alle Zwischenzeitpunkte realisiert werden.
    [0067] Selbstverständlich sinddie Ausführungsformen/-beispielenicht auf das einzelne Beispiel beschränkt, sondern bilden auch inbeliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils,insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei zunächst eine erste Spannung (U_1)an eine Spule (21) des Magnetventils (22) biszu einem ersten Zeitpunkt t_1 und anschließend eine im Wert kleinerezweite Spannung (U_2) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Zeitpunkt t_1 zeitlich vor dem Erreichen einer Endpositiondes Magnetventils (22) liegt.
    [2] Verfahren gemäß Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannung (U_2) mindestensso groß ist,dass die Endposition des Magnetventils (22) erreicht wird.
    [3] Verfahren nach mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass währenddie zweite Spannung (U_2) anliegt, der Strom (I) weiter ansteigt.
    [4] Verfahren nach mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ab einem Zeitpunkt (t_2) eine dritteSpannung (U_3) an der Spule des Magnetventils angelegt wird, dieim Wert im Wesentlichen gleich oder kleiner ist als die zweite Spannung(U_2) und gegenüberder zweiten Spannung (U_2) den Strom nicht weiter ansteigen lässt.
    [5] Verfahren nach mindestens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass ab einem dritten Zeitpunkt (t_3) einevierte Spannung (U_4) an der Spule des Magnetventils anliegt, dieim Wert kleiner ist als die dritte Spannung (U_3) und sich ein Stromeinstellt, der mindestens so groß ist, dass eine Mindesthaltekraftdes Mengensteuerventils gewährleistetist.
    [6] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens eine der an der Spule des Magnetventilsanliegenden Spannung (U_1, U_2, U_3, U_4) durch Pulsweitenmodulationin ihrer effektiven Spannung beeinflusst wird.
    [7] Vorrichtung zum Ansteuern eines Magnetventils, insbesonderein einem Kraftfahrzeug, wobei zunächst eine erste Spannung (U_1)an eine Spule (21) des Magnetventils (22) biszu einem ersten Zeitpunkt t_1 und anschließend eine im Wert kleinerezweite Spannung (U_2) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dassder erste Zeitpunkt t_1 zeitlich vor dem Erreichen einer Endpositiondes Magnetventils (22) liegt.
    [8] Vorrichtung gemäß Anspruch7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte t_1, 2, 3, 4 unddie elektrischen Spannungen U_1, 2, 3, 4 in Abhängigkeit von Betriebsgrößen in einemKennfeld abgelegt sind.
    [9] Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der aufeinem maschinenlesbaren Trägergespeichert ist, zur Durchführungdes Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm aufeinem Computer ausgeführtwird.
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