DE19810525A1 - Capacitive actuator excitation method e.g. for four-cylinder internal combustion (IC) engine fuel injection valves - Google Patents
Capacitive actuator excitation method e.g. for four-cylinder internal combustion (IC) engine fuel injection valvesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern kapaziti ver Stellglieder, insbesondere zur Betätigung von Kraftstoff einspritzventilen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbe griff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for controlling capacitance ver actuators, especially for actuating fuel injectors of an internal combustion engine, according to the Oberbe handle of claim 1. The invention also relates to a front direction for performing this procedure.
Beim Einsatz kapazitiver Stellglieder zur Betätigung von Kraftstoffeinspritzventilen einer Brennkraftmaschine hat sich gezeigt, daß an diesen Stellgliedern Schlüsse (bei Verwendung von Lowside-Schaltern vom negativen Stellgliedanschluß gegen Masse bzw. bei Verwendung von Highside-Schaltern vom positi ven Stellgliedanschluß gegen Ansteuerspannung) vorkommen kön nen.When using capacitive actuators to actuate Fuel injectors of an internal combustion engine have shown that conclusions (when using of low side switches from negative actuator connection against Mass or when using highside switches from the positive actuator connection against control voltage) can occur nen.
Ein derartiger Fehler führt dazu, daß bei Auswahl jedes ande ren Stellgliedes sowohl dieses als auch das kurzgeschlossene Stellglied bzw. das ihm zugeordnete Kraftstoffeinspritzventil angesteuert wird. Der Ansteuerschaltung gegenüber wirkt die Last damit wie ein Stellglied mit doppelter Kapazität. Da die Stellgliedkapazität über den zulässigen Temperaturbereich aber ebenfalls um den Faktor 2 schwanken kann und eine Dia gnose nicht zu empfindlich sein darf, kann dieser Fehler im Betrieb mit einer einfachen Überwachung der Stellgliedspan nung (UE → GND) aller Stellglieder nicht erkannt werden.Such an error leads to the fact that when each other actuator is selected, both this and the short-circuited actuator or the fuel injector assigned to it are actuated. In relation to the control circuit, the load thus acts like an actuator with double the capacity. However, since the actuator capacity can also fluctuate by a factor of 2 over the permissible temperature range and a diagnosis must not be too sensitive, this error cannot be detected during operation with a simple monitoring of the actuator voltage (U E → GND) of all actuators.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern ka pazitiver Stellglieder anzugeben, mittels welchem es möglich ist, einen nieder- oder höherohmigen Kurzschluß eines oder mehrerer Stellglieder sicher zu erkennen. Aufgabe der Erfin dung ist es auch, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.It is an object of the invention, a method for driving ka to specify capacitive actuators by means of which it is possible is a low or high impedance short circuit of one or several actuators can be reliably recognized. Task of the Erfin It is also a device for carrying out this Procedure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin dung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the features of the An spell 1 solved. An advantageous embodiment of the Erfin can be found in the subclaims.
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind im folgenden un ter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläu tert.Embodiments according to the invention are un below ter with reference to the schematic drawing tert.
In der Zeichnung zeigenShow in the drawing
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Vorrichtung, Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the Invention,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 2 shows a second embodiment,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah rens, und Fig. 3 is a flowchart of the method according to the invention, and
Fig. 4 eine Tabelle mit Vergleichsergebnissen. Fig. 4 is a table with comparison results.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit vier kapazitiven Stellgliedern P1 bis P4 für die Ansteuerung der Kraftstoffe inspritzventile einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Jedes dieser Stellglieder ist mit einem ihm zugeordneten, als MOS- FET-Schalter ausgeführten Lowside-Auswahlschalter T1 bis T4 in Reihe geschaltet, die Schaltung ist jedoch ohne weiteres auch mit Highside-Schaltern ausführbar. Alle vier Reihen schaltungen sind parallelgeschaltet und liegen zwischen einem Punkt E und einem Massepunkt GND. An dem mit den Stellglie dern verbundenen Ansteuerpunkt E wird von einer Steuerschal tung ST die Ansteuerspannung UE für die Stellglieder P1 bis P4, beispielsweise über eine nicht dargestellte Lade- bzw. Umladespule, eingespeist. Fig. 1 shows an embodiment with four capacitive actuators P1 to P4 for controlling the fuel injection valves of a four-cylinder internal combustion engine. Each of these actuators is connected in series with a low-side selection switch T1 to T4 assigned to it and designed as a MOSFET switch, but the circuit can also be easily implemented with high-side switches. All four series connections are connected in parallel and lie between a point E and a ground point GND. At the control point E connected to the actuators, the control voltage U E for the actuators P1 to P4 is fed in by a control circuit ST, for example via a charging or recharging coil, not shown.
Bei von einer hohen Ansteuerspannung UE (beispielsweise 160 V) bewirkten hohen Potentialen UA bis UD, durch welche die Dif ferenzverstärker V1 bis V3 bzw. Komparatoren K1 bis K4 (Fig. 2) zerstört werden könnten, sind diese durch Spannungsteiler, deren Abgriffe mit den Eingängen der Verstärker oder Diffe renzverstärker verbunden werden, abzuschwächen.At a high control voltage U E (for example 160 V) caused high potentials U A to U D , by which the differential amplifiers V1 to V3 or comparators K1 to K4 ( FIG. 2) could be destroyed, these are by voltage dividers Taps to be connected to the inputs of the amplifier or differential amplifier.
Die Steuerschaltung ST weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Microprozessor µP auf, welcher Ansteuersignale für eine nicht dargestellte Ansteuerschaltung zum Laden, Halten und Entladen und die Steuersignale st1 bis st4 zum periodischen Ansteuern der Auswahlschalter T1 bis T4 für die Auswahl der Stellglieder liefert. Die Steuerschaltung ST kann aber auch in diskreter Analogtechnik ausgeführt sein.The control circuit ST has in this embodiment a microprocessor µP, which control signals for a Not shown control circuit for charging, holding and Discharge and the control signals st1 to st4 for periodic Activate the selection switches T1 to T4 for the selection of the Actuators delivers. The control circuit ST can also be carried out in discrete analog technology.
In der Steuerschaltung ST sind drei (allgemein n-1) Diffe renzverstärker V1 bis V3 für vier (allgemein n) Stellglieder angeordnet, deren jeweils zwei Eingänge mit den Verbindungs punkten A bis D zwischen den Stellgliedern P1 bis P4 und den zugehörigen Auswahlschaltern T1 bis T4 in der Weise verbunden sind, daß V1 mit A und B, V2 mit B und C sowie V3 mit C und D verbunden ist.There are three (generally n-1) differences in the control circuit ST Limit amplifier V1 to V3 for four (generally n) actuators arranged, each having two inputs with the connection score A to D between actuators P1 to P4 and associated selection switches T1 to T4 connected in the manner are that V1 with A and B, V2 with B and C and V3 with C and D connected is.
In diesem Ausführungsbeispiel sind den Differenzverstärkern V1 bis V3 nicht explizit dargestellte Fensterkomparatoren nachgeschaltet, die ein Fenster um das Bezugspotential (GND) aufweisen, dessen Breite (Schwellwert ± S) vom Microprozessor µP vorgegeben werden kann. Liegt beispielsweise die Differenz der Potentiale UA-UB bzw. UB-UA (ohne Berücksichtigung des Vorzeichens) innerhalb dieses Fensters, so soll am Ausgang des Differenzverstärkers bzw. Fensterkomparators ein Lowsi gnal L anliegen, andernfalls ein Highsignal H. In this exemplary embodiment, the differential amplifiers V1 to V3 are followed by window comparators which are not explicitly shown and which have a window around the reference potential (GND), the width (threshold value ± S) of which can be specified by the microprocessor μP. If, for example, the difference between the potentials U A -U B or U B -U A (without taking the sign into account) lies within this window, a low signal L should be present at the output of the differential amplifier or window comparator, otherwise a high signal H.
Das erfindungsgemäße Verfahren für die in Fig. 1 dargestell te Schaltung wird nachstehend anhand des Ablaufdiagramms nach Fig. 3 und der Tabelle nach Fig. 4 näher erläutert.The method according to the invention for the circuit shown in FIG. 1 is explained in more detail below with reference to the flow chart according to FIG. 3 and the table according to FIG. 4.
Bei einer Kraftstoffeinspritzung in einen, beispielsweise dem Stellglied P1 zugeordneten Zylinder werden die Stellglieder an die Ansteuerspannung UE (Punkt E in Fig. 1) gelegt, die in nichtleitendem Zustand an den Auswahlschaltern T1 bis T4 ansteht.When fuel is injected into a cylinder, for example assigned to the actuator P1, the actuators are connected to the control voltage U E (point E in FIG. 1), which is applied to the selection switches T1 to T4 in a non-conductive state.
Mit dem Beginn eines Steuersignals st1 wird der dem Stell glied P1 zugeordnete Auswahlschalter T1 leitend gesteuert, wodurch ein Strom durch P1 und T1 zu fließen beginnt, der je nach Induktivität einer nicht dargestellten Ladespule steiler oder flacher ansteigt. Das Potential UA im Punkt A, welches am Beginn des Steuersignals st1 im nichtleitenden Zustand des Auswahlschalters T1 dem Potential UE entspricht, siehe oben, wird mit steigendem Stromfluß, d. h., mit steigender Ladung des Stellgliedes, auf nahezu Massepotential UGND gezogen. Bei einem niederohmigen Kurzschluß geschieht dies schneller, bei einem hochohmigen Schluß langsamer als bei fehlerfreiem Stellglied.With the start of a control signal st1, the selection element T1 assigned to the actuator P1 is controlled in a conductive manner, as a result of which a current begins to flow through P1 and T1 which rises steeply or flatter depending on the inductance of a charging coil (not shown). The potential U A at point A, which corresponds to the potential U E at the start of the control signal st1 in the non-conductive state of the selection switch T1, see above, is drawn to almost ground potential U GND with increasing current flow, ie with increasing charge of the actuator. With a low-resistance short circuit this happens faster, with a high-resistance circuit slower than with a fault-free actuator.
Nach einer vorgebbaren Verzögerungszeit tv ab dem Beginn des Steuersignals st1 werden nun erfindungsgemäß die Potentiale UA bis UD der Punkte A bis D abgetastet und den Differenzver stärkern V1 bis V3 zugeführt, jeweils die Potentiale UA und UB dem Differenzverstärker V1, die Potentiale UB und UC dem Differenzverstärker V2 und die Potentiale UC und UD dem Dif ferenzverstärker V3. An den Ausgängen der Differenzverstärker erscheinen die Differenzen dieser Potentiale (die negativ oder positiv sein können), die in den nachfolgenden Fenster komparatoren mit einem vorgebbaren Schwellwert ± S verglichen werden. Liegt die Differenz innerhalb des durch den Schwell wert bestimmten Fensters, so soll am Ausgang von V1, wie be reits oben beschrieben, ein digitales Lowsignal L (L-Signal) erscheinen; andernfalls ein Highsignal H (H-Signal). Im feh lerfreien Fall der Ansteuerung von P1 erscheint am Ausgang von V1 ein H-Signal, weil die Potentialdifferenz UA-UB außer halb des Fensters legt. An den Ausgängen von V2 und V3 er scheinen hingegen L-Signale, weil die Potentialdifferenzen UB-UC und UC-UD innerhalb des Fensters liegen.After a specifiable delay time tv from the start of the control signal st1, the potentials U A to U D of the points A to D are now sampled and fed to the differential amplifiers V1 to V3, the potentials U A and U B to the differential amplifier V1, the potentials U B and U C the differential amplifier V2 and the potentials U C and U D the dif ferential amplifier V3. The differences of these potentials (which can be negative or positive) appear at the outputs of the differential amplifiers, which are compared in the following window comparators with a predeterminable threshold value ± S. If the difference lies within the window determined by the threshold value, a digital low signal L (L signal) should appear at the output of V1, as already described above; otherwise a high signal H (H signal). If the control of P1 is error-free, an H signal appears at the output of V1 because the potential difference U A -U B lies outside the window. At the outputs of V2 and V3, however, L signals appear because the potential differences U B -U C and U C -U D are within the window.
In Fig. 4 sind in den den Zeilen 2 bis 5, Spalten b bis d, fett hervorgehoben, die Soll-Vergleichsergebnisse (Ausgangs signale von V1, V2 und V3) für intakte, kurzschlußfreie Stellglieder P1 bis P4 für die diesen Spalten zugeordneten Differenzverstärker V1 bis V3 angegeben.In Fig. 4 in lines 2 to 5, columns b to d, bold, the target comparison results (output signals from V1, V2 and V3) for intact, short-circuit-free actuators P1 to P4 for the differential amplifier V1 assigned to these columns up to V3.
In den Zeilen 6 bis 17, Spalten b bis d sind mögliche Ist- Vergleichsergebnisse aufgeführt, die dann erscheinen, wenn die den in Spalte a genannten Punkten zugeordneten Potentiale (infolge Ansteuerung oder Kurzschluß) auf Potential UGND lie gen.In lines 6 to 17, columns b to d, possible actual comparison results are listed that appear when the potentials assigned to the points in column a (due to activation or short circuit) are at potential U GND .
Die in den Zeilen 12 bis 15 stehenden Vergleichsergebnisse sind mit den Soll-Vergleichsergebnissen der Zeilen 2 bis 5 identisch, lassen sich aber durch die Steuersignale voneinan der unterscheiden. Vergleicht man beispielsweise das Ist-Ver gleichsergebnis "HLL" von Zeile 15 mit dem Soll-Vergleichs ergebnis von Zeile 2, so sind die beiden Ergebnisse nur da durch zu unterscheiden, daß in Zeile 2 ein Steuersignal st1 vorliegen muß, während in Zeile 15 das Steuersignal st1 nicht vorliegt. The comparison results in lines 12 to 15 are with the target comparison results of lines 2 to 5 identical, but can be separated by the control signals who differentiate. For example, if you compare the actual ver Equal result "HLL" from line 15 with the target comparison result of row 2, the two results are only there to distinguish by that in line 2 a control signal st1 must be present, while in line 15 the control signal st1 is not is present.
Ein kurzschlußbehaftetes Stellglied kann bei seiner Ansteue rung nicht als fehlerhaft erkannt werden, wird aber bei der Ansteuerung des nächsten Stellgliedes, also im darauffolgen den Einspritzvorgang sofort bemerkt.A short-circuiting actuator can trigger it not recognized as faulty, but will be Actuation of the next actuator, i.e. in the following noticed the injection process immediately.
Beginnend mit einer Kraftstoffeinspritzung in Zylinder 1 (I in Fig. 3) wird der Beginn des zugehörigen Steuersignals st1 abgewartet (II) und ein diesem Steuersignal zugeordnetes Soll-Vergleichsergebnis (Fig. 4, Zeile 2, Spalten b, c, d) ausgewählt (III).Starting with a fuel injection in cylinder 1 (I in FIG. 3), the start of the associated control signal st1 is awaited (II) and a desired comparison result assigned to this control signal ( FIG. 4, line 2, columns b, c, d) is selected ( III).
Am Ende der ab dem Beginn des Steuersignals st1 laufenden Verzögerungszeit tv (IV) werden die Potentiale der Verbin dungspunkte A bis D abgetastet und, wie beschrieben, ausgewer tet. Das dabei ermittelte Ist-Vergleichsergebnis (Ausgangs signale der Differenzverstärker V1 bis V3 nach Schwellwert vergleich) wird mit dem ausgewählten Soll-Vergleichsergebnis verglichen (V). Stimmen beide überein (VI), wird dieselbe Prozedur mit dem nächsten Stellglied wiederholt u.s.w. (VII, VIII), andernfalls wird ein Fehlersignal F abgegeben und an schließend das Stellglied sofort entladen bzw. zukünftig nicht mehr angesteuert.At the end of the current from the beginning of the control signal st1 Delay time tv (IV) becomes the potential of the connection sampling points A to D and, as described, evaluated tet. The actual comparison result (output signals of the differential amplifiers V1 to V3 according to the threshold comparison) with the selected target comparison result compared (V). If the two agree (VI), the same becomes Repeat the procedure with the next actuator, etc. (VII, VIII), otherwise an error signal F is emitted and on then close the actuator immediately or in the future no longer controlled.
Die Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 darin, daß anstelle der drei Differenzverstärker vier Schwellwertkomparatoren K1 bis K4, deren Schwellwert S ebenfalls vom Microprozessor µP bestimmt werden kann, vorgesehen sind. In diesen Schwellwert komparatoren werden die Potentiale der Verbindungspunkte A bis D nach Ablauf der Verzögerungszeit tv mit dem vorgebbaren Schwellwert S verglichen und entsprechende Ausgangssignale (L-Signal, wenn Potential kleiner dem Schwellwert; H-Signal, wenn Potential größer als Schwellwert) als Ist-Vergleichser gebnis ausgegeben. Die Soll-Vergleichsergebnisse sind in Fig. 4, fett hervorgehoben, in den Spalten e bis h, Zeilen 2 bis 5, aufgeführt. Ist-Vergleichsergebnisse fehlerhafter Stellglieder sind in den Zeilen 6 bis 17 dargestellt. Da die se Ist-Ergebnisse eindeutig sind, braucht eine Berücksichti gung der Steuersignale hier nicht zu erfolgen.The circuit of a second exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 in that instead of the three differential amplifiers four threshold value comparators K1 to K4, the threshold value S of which can also be determined by the microprocessor μP, are provided. In these threshold value comparators, the potentials of the connection points A to D are compared with the predefinable threshold value S after the delay time tv and corresponding output signals (L signal if the potential is less than the threshold value; H signal if the potential is greater than the threshold value) as the actual value. Comparative result issued. The target comparison results are shown in bold in FIG. 4, in columns e to h, lines 2 to 5. Rows 6 to 17 show actual comparison results of defective actuators. Since these actual results are unambiguous, the control signals need not be taken into account here.
Im übrigen entspricht der Verfahrensablauf dieses zweiten Ausführungsbeispiels dem des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 3.Otherwise, the process sequence of this second exemplary embodiment corresponds to that of the first exemplary embodiment according to FIG. 3.
Claims (7)
daß zu wenigstens einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem An steuerbeginn eines Stellgliedes (P1 bis P4)
- - die Potentiale (UA bis UD) der Verbindungspunkte (A bis D) zwischen den Stellgliedern (P1 bis P4) und den ihnen zugeord neten Auswahlschaltern (T1 bis T4) oder
- - die Differenzen (UA-UB, UB-UC, UC-UD) jeweils zweier dieser
Potentiale (UA bis UD)
mit einem vorgebbaren Schwellwert (S) verglichen werden, und
daß die Steuerschaltung (ST) ein Fehlersignal (F) ausgibt, wenn das Ist-Vergleichsergebnis nicht einem vorgegebenen, dem jeweils aktiven Steuersignal (st1 bis st4) zugeordneten Soll- Vergleichsergebnis entspricht.
that at least a predetermined time after the start of control of an actuator (P1 to P4)
- - The potentials (U A to U D ) of the connection points (A to D) between the actuators (P1 to P4) and the selection switches assigned to them (T1 to T4) or
- - the differences (U A -U B , U B -U C , U C -U D ) each of two of these potentials (U A to U D )
are compared with a predefinable threshold value (S), and
that the control circuit (ST) outputs an error signal (F) if the actual comparison result does not correspond to a predetermined target comparison result assigned to the respectively active control signal (st1 to st4).
daß für einen Vergleich der Potentiale (UA, UB, UC, UD) die Steuerschaltung (ST) für n Stellglieder (P1 bis P4) n Kompa ratoren (K1 bis K4) aufweist, deren eine Eingänge mit den zu geordneten Verbindungspunkten (A bis D) verbunden sind und deren anderen Eingängen der Schwellwert (S) zugeführt wird, und
daß die Steuerschaltung (ST) gemäß einem Ablaufprogramm
- - die Abtastung der Ausgangssignale der n Komparatoren (K1 bis K4) zum vorgebbaren Abtastzeitpunkt (tv) und deren Ist- Vergleich mit dem Schwellwert (S) vornimmt,
- - ein gespeichertes, dem jeweils aktiven Steuersignal (st1 bis st4) zugeordnetes Soll-Vergleichsergebnis auswählt,
- - das Ist-Vergleichsergebnis mit diesem Soll-Vergleichsergeb nis vergleicht, und
- - bei Nichtübereinstimmen beider Vergleichsergebnisse ein Fehlersignal (F) ausgibt.
that for a comparison of the potentials (U A , U B , U C , U D ), the control circuit (ST) for n actuators (P1 to P4) n comparators (K1 to K4), one of which has inputs with the assigned connection points (A to D) are connected and the other inputs of which the threshold value (S) is supplied, and
that the control circuit (ST) according to a sequence program
- the sampling of the output signals of the n comparators (K1 to K4) at the predefinable sampling time (tv) and their actual comparison with the threshold value (S),
- selects a stored target comparison result assigned to the respectively active control signal (st1 to st4),
- - compares the actual comparison result with this target comparison result, and
- - outputs an error signal (F) if the two comparison results do not match.
daß für einen Vergleich der Potentialdifferenzen (UA-UB, UB-UC, UC-UD) die Steuerschaltung (ST) für n Stellglieder (P1 bis P4) n-1 Differenzverstärkerschaltungen (V1 bis V3) mit je einem Fensterkomparator aufweist, deren Eingänge mit den zu geordneten Verbindungspunkten (A bis D) verbunden sind, denen der Schwellwert (S) zugeführt wird, und
daß die Steuerschaltung (ST) gemäß einem Ablaufprogramm
- - die Abtastung der Ausgangssignale der n-1 Differenzverstär ker (V1 bis V3) zum vorgebbaren Abtastzeitpunkt (tv) und de ren Ist-Vergleich mit dem Schwellwert (S) vornimmt,
- - ein gespeichertes, dem jeweils aktiven Steuersignal (st1 bis st4) zugeordnetes Soll-Vergleichsergebnis auswählt,
- - das Ist-Vergleichsergebnis mit diesem Soll-Vergleichsergeb nis vergleicht, und
- - bei Nichtübereinstimmen beider Vergleichsergebnisse ein Fehlersignal (F) ausgibt.
that for a comparison of the potential differences (U A -U B , U B -U C , U C -U D ) the control circuit (ST) for n actuators (P1 to P4) n-1 differential amplifier circuits (V1 to V3) with one each Has window comparator, the inputs of which are connected to the assigned connection points (A to D) to which the threshold value (S) is supplied, and
that the control circuit (ST) according to a sequence program
- the sampling of the output signals of the n-1 differential amplifiers (V1 to V3) at the predeterminable sampling time (tv) and their actual comparison with the threshold value (S),
- selects a stored target comparison result assigned to the respectively active control signal (st1 to st4),
- - compares the actual comparison result with this target comparison result, and
- - outputs an error signal (F) if the two comparison results do not match.
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