CN104411956B

CN104411956B - 用于操控至少一个燃料喷射阀的控制设备和带有这样控制设备的电路装置

Info

Publication number: CN104411956B
Application number: CN201380036678.9A
Authority: CN
Inventors: V.艾兴泽赫尔; J.马泽
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: US20150226165A1; WO2014009225A1; CN104411956A; US10082116B2; DE102012211994A1

Abstract

本发明涉及一种用于在时间上相继的相位中利用高的电压（U2）和与之相比低的电压（U1）操控至少一个燃料喷射阀的控制设备（SG），所述控制设备（SG）具有用于供给来自机动车电池的能量的供给端子（VA1，VA2），其中所述端子之一（VA1）与车辆地（GND）相连接，所述控制设备具有用于提供相对于车辆地（GND）正的第一输出电压（U1）的第一输出端子（AA1，AA2），所述第一输出电压小于或等于根据TRBS2131为60伏特直流电压的危险电压，所述控制设备具有用于提供相对于车辆地（GND）正的第二输出电压（U2）的第二输出端子（AA1，AA3），所述第二输出电压大于危险电压并且小于第一输出电压（U1）和危险电压之和，其中第一和第二输出电压（U1，U2）的正电势彼此连接。

Description

用于操控至少一个燃料喷射阀的控制设备和带有这样控制设备的电路装置

技术领域

用于机动车发动机的燃料喷射阀大多借助致动器相对弹簧的闭合力被打开。作为致动器一方面考虑压电致动器，然而现今在大多数情况下使用磁运行的致动器。在这些致动器情况下，磁线圈通过由于所施加的电压而流动的电流被激励，由此由于所产生的磁场和由该磁场引起的力相对弹簧的闭合力打开所述阀。通常磁线圈首先被施加高电压，使得因此引起的较大电流能够相对弹力压开磁阀。但是，在磁阀的打开位置中，较小的保持力就足以将阀保持为打开，因此在磁线圈上施加较小电压以产生所需的磁场。为了实现所定义的电流与电压比，必须在喷射过程之后将磁线圈中的磁场理想地完全地消除。

背景技术

DE 10 2008 040 860 A1描述用于运行这样的燃料喷射阀的电路装置。在那里，借助DC/DC转换器从机动车电池的电压中产生相对于机动车电池大约为12V的电压更高的电压，并且通过将DC/DC转换器的提供较高电压的输出电容器与机动车电池串联连接而添加到机动车电池的电压上。

机动车喷射阀的磁线圈在那里的电路装置中一方面分别通过第一开关装置与在DC/DC转换器输出端处的较高电压的正电势相连接，并且通过第二开关装置与机动车电池的负电势相连接，所述负电势通常形成车辆地。

通过合适的、在时间上相继的对两个开关的操控，可以例如通过闭合两个开关将高电压施加到磁线圈上，使得首先高电流通过磁线圈流动，由此将燃料喷射阀相对弹簧的闭合力打开，其方式是，喷嘴针释放喷嘴开口。接着打开第二开关装置，由此降低在磁线圈中的磁场，其方式是，电流经由空载二极管被馈送回到DC/DC转换器的电容器中。当达到为维持燃料喷射阀的开放位置所必需的电流水平时，第一开关被打开并且第二开关又被闭合，使得现在磁线圈通过机动车电池馈电。为了结束喷射过程，第二开关也被闭合，使得磁线圈中的磁场又能够由于电流经由空载二极管流动回到DC/DC转换器的电容器中而被消除。

通常为了节省形成开关装置的晶体管而应用所谓的银行原理（Bankprinzip），其中两个燃料喷射阀的各两个磁线圈通过仅一个共同开关与高电压的正电势相连接，并且通过分别分配给各个磁线圈的第二开关与车辆地相连接，其中所述第二开关作为选取开关工作。然而，由此不可能在四冲程内燃机的工作冲程的总共两个旋转期间运行这两个分别分配给第一开关装置的燃料阀。为了也能够实现这一点，DE 10 2008 040 860 A1同样建议：给每个磁线圈（即每个燃料喷射阀）设置仅分配给该燃料喷射阀的第一开关装置。

为打开燃料喷射阀所需的高电压通常为65-70伏特，其中该高电压在已知电路中相对车辆地而存在。但是根据运行安全性技术规定TRBS2131，由于该高电压而存在危险，因为能够通过工作装置或者工作而直接接触有源部件，或者不同电势能够被桥接，并且在有源部件和地之间的电压或者在有源部件之间的电压高于60伏特直流电压，并且在工作点处的短路电流大于12毫安直流电流，并且能量为多于350毫焦。

由于在同时接触车辆地的情况下触碰高电压的正电势（这在车间中完全可能发生），因此对工作人员有危险。因此必须设置耗费的保护措施。

发明内容

本发明的任务是说明用于操控至少一个燃料喷射阀的控制设备和带有这种控制设备的电路装置，其没有特别的保护措施也行。

所述任务通过用于在时间上相继的相位中利用高的第二输出电压和与之相比低的第一输出电压操控至少一个燃料喷射阀的控制设备和用于操控至少一个具有第一磁阀线圈的燃料喷射阀的电路装置而解决。

用于在时间上相继的相位中利用高的电压和与之相比低的电压操控至少一个燃料喷射阀的本发明控制设备具有用于供给来自机动车电池的能量的供给端子，所述控制设备，其中所述端子之一与车辆地相连接。通过根据本发明的方式，所述控制设备具有用于提供相对于车辆地为正的第一输出电压的第一输出端子，所述第一输出电压小于或等于根据TRBS2131的60伏特直流电压的危险电压。此外所述控制设备具有用于提供相对于车辆地为正的第二输出电压的第二输出端子，所述第二输出电压大于或者等于危险电压并且小于第一输出电压和危险电压之和，其中第一和第二输出电压的正电势彼此连接。

通过连接第一和第二输出电压的正电势的本发明措施，其中所述第一和第二输出电压之一大于或等于危险电压、但是小于第一输出电压和危险电压之和，自身相对于车辆地的输出电压中任何一个均不具有比危险电压更高的数值，尽管较大的输出电压是足够大的，以保证快速地打开阀。

特别有利的是，第一输出电压大约为12伏特、即机动车电池的稳定化电压，并且第二输出电压大约为65伏特至70伏特。

第二输出电压可以在控制设备中通过DC/DC转换器从机动车电池的供给电压获得。

用于操控至少一个燃料喷射阀的本发明电路装置具有本发明的控制设备，所述燃料喷射阀具有第一磁阀线圈。此外，第一输出电压和第二输出电压的正电势通过第一可控开关装置的开关段与第一磁阀线圈的第一端子相连接。第一输出电压的负电势通过第三可控开关装置的开关段和在截止方向上极化的第一二极管与磁阀线圈的第二端子相连接。

通过第二可控开关装置的开关段，第二输出电压的负电势与磁阀线圈的第二端子相连接，此外，第二二极管在通流方向上布置在第一二极管和第二开关装置的连接点与控制设备的第一输出电压和第二输出电压的正电势之间。第三二极管在截止方向上布置在磁阀线圈的第一端子和控制设备的第二输出电压的负电势之间，其中第一和第二可控开关装置的控制端子与控制设备的控制输出端相连接。

通过本发明的电路装置，机动车喷射阀的磁阀线圈可以以简单方式依次地利用高的和低的电压操控，而不在磁阀线圈处出现相对车辆地不允许高的危险电压。

在本发明的改进方案中，电路装置具有另外的燃料喷射阀的第二磁阀线圈，其第一端子通过第四可控开关装置的开关段与控制设备的第一输出电压和第二输出电压的正电势相连接，并且通过在截止方向上极化的第四二极管与控制设备的第二输出电压的负电势相连接，并且其第二端子与第一磁阀线圈的第二端子相连接。

由此，按照银行原理两个磁阀线圈的简单通电是可能的。

附图说明

下面，本发明根据实施例借助图被更详尽地阐述。在此，

该图示出用于操控磁阀线圈的详细的电路图和本发明控制设备的原理电路图。

具体实施方式

该图示出了控制设备SG，其具有两个供给端子VA1、VA2用于与具有大约12伏特的运行电压的机动车电池相连接。通常，为此使用铅酸蓄电池，所述铅酸蓄电池在完全充电状态中具有超过13伏特的空载电压，然而大多被标记为12伏特电池。机动车电压的负电势与车辆地GND相连接。

所述控制设备SG此外具有第一输出端子AA1和AA2用于提供相对于车辆地GND正的第一输出电压U1，所述第一输出电压小于或者等于根据TRBS2131的为60伏特直流电压的危险电压。在此，第二输出端子AA2与车辆地端子GND相连接。第一输出电压U1在此优选被选择为：该第一输出电压足够大，以能够实现已经打开的机动车喷射阀的保持电流。第一供给电压U1在此优选在第一DC/DC转换器SN1的输出处被提供，所述第一DC/DC转换器从12伏特的机动车电池电压通过DC/DC转换生成该电压，或者在最简单的情况下，仅仅稳定12伏特的机动车电池电压。

此外，控制设备SG具有第三输出端子AA3，在该第三输出端子与第一输出端子之间施加正的第二输出电压U2，所述第二输出电压相对于车辆地GND仅仅具有相应于第二输出电压U2与第一输出电压U1之差的值，因为这两个输出电压U1、U2以其正电势彼此相连接。由此，第二输出电压U2本身虽然大于根据TRBS2131的危险电压，然而其电势中的任何一个相对车辆地均不具有大于60伏特的危险电压的值。

第二输出电压U2同样可以有利地通过第二DC/DC转换器SN2从车辆电池的电压中产生。

通过此措施，以本发明的方式实现：相对于车辆地GND，电势按数值不大于危险电压。第二输出电压U2仍然大于危险电压并且因而足够大，以便能够产生用于打开燃料喷射阀的所需的较大电流。

本发明的控制设备SG首先被设立用于提供第一和第二输出电压U1、U2，其相对于车辆地的电势按数值小于危险电压，但是第二电压大于危险电压，然而具有以下优点：在需要情况下能够没有特别改变地也提供较小的第二电压。

此外，该图示出了具有本发明控制设备SG的用于操控至少一个燃料喷射阀的电路装置，所述燃料喷射阀具有磁阀线圈L1。

电路装置为此具有在所述的实施例中构造为n沟道MOSFET的第一可控开关装置S1，通过其负载段，燃料喷射阀的第一磁阀线圈L1的第一端子与第一和第二输出电压U1、U2的正电势、也即输出端子AA1相连接。第一磁阀线圈L1的第二端子经由在导通方向上极化的第一二极管D1和同样构造为n沟道MOSFET的第三可控开关装置S3通过与第二输出端子AA2连接而与第一输出电压U1的负电势连接。该第二输出端子AA2与车辆地GND相连接，使得磁阀线圈L1能够通过操作第一开关装置S1和第三开关装置S3通过施加第一输出电压U1被通电。

为了操作第一开关装置S1和第三开关装置S3，其控制端子与控制设备SG的第一控制输出端SA1或第三控制输出端SA3相连接。为了操控开关装置S1、S3，控制设备SG具有例如以程序控制的微处理器形式的控制逻辑电路，然而这是现有技术并且在图中没有被更详细地示出。

第一磁阀线圈L1的第二端子经由同样在所述实施例中构造为n沟道MOSFET的第二可控开关装置S2与控制设备SG的第三输出端子AA3相连接，在其处施加有第二输出电压U2的负电势。

第二开关装置S2的控制端子与控制设备SG的第二控制输出端SA2相连接。第二控制输出端ST2同样被控制设备SG的（未示出的）控制逻辑电路加载开关信号。

第一二极管D1和第三开关装置S3的连接点经由在导通方向上极化的第二二极管D2与第一输出端子AA1相连接并且磁阀线圈L1的第一端子经由在截止方向上极化的第三二极管D3与控制设备SG的第三输出端子AA3、即第二输出电压U2的负电势相连接。

下面应该阐述本发明电路装置的操控和电流路径：为了打开第一燃料喷射阀，第一磁阀线圈L1通过控制设备SG的第二输出电压U2的施加被通电。由此，通过控制设备SG通过在其控制输出端ST1和ST2上施加相应的电平而将第一开关装置S1和第二开关装置S2闭合，使得电流能够从输出端子AA1通过第一开关装置S1、磁阀线圈L1和第二开关装置S2向第三输出端子AA3流动。如果对磁阀线圈L1的能量输送通过打开第一开关装置S1也或第一和第二开关装置S1、S2被中断，则在磁阀线圈L1中存储的磁场通过流经磁阀线圈L1以及第一、第二和第三二极管D1、D2、D3（其作为空载二极管起作用）的电流流动而消除，由此能量被馈送回到第二DC/DC转换器SN2的输出电容器中。由此，可以得回获得先前存储在磁阀线圈L1中的能量的一部分。

为了保持燃料喷射阀打开，在通过磁阀线圈的电流被降低直至为保持燃料喷射阀打开所需的保持电流之后，重新闭合第一开关装置S1并且也闭合第三开关装置S3，而将第二开关装置S2打开，使得现在仅通过第一输出电压U1对磁阀线圈L1馈电，并且电流从输出端子AA1通过第一开关装置S1、磁阀线圈L1经由第一二极管D1和第三开关装置S3流回至第一输出电压U1的负电势或车辆地GND。

为了闭合燃料喷射阀，第一开关装置S1被重新打开，使得在磁阀线圈L1中存储的能量最终能够经由第一、第二和第三二极管D1、D2、D3被放电到第二DC/DC转换器SN2的输出电容器中。

本发明的电路装置也能够按照银行原则被使用，其方式是，由第一开关装置S1和磁阀线圈L1组成的串联电路与由第四开关装置S4和第二磁阀线圈L2组成的串联电路并联，并且第四开关装置S4和第二磁阀线圈L2的连接点经由在截止方向上极化的第四二极管D4与第三输出端子AA3相连接。此外，第四开关装置S4的控制端子与控制设备SG的第四控制输出端SA4相连接。

第二和第三开关装置S3、S4因此用于：通过附加操作或者第一或者第四开关装置S1、S4将第一或第二输出电压U1、U2施加到或者第一或者第二磁阀线圈L1、L2上，其中第一和第四开关装置S1、S4用作选取开关。

Claims

1.用于在时间上相继的相位中利用高的第二输出电压（U2）和与之相比低的第一输出电压（U1）操控至少一个燃料喷射阀的控制设备（SG），

所述控制设备具有用于供给来自机动车电池的能量的第一和第二供给端子（VA1，VA2），其中所述第一供给端子（VA1）与车辆地（GND）相连接，

所述控制设备具有用于提供相对于车辆地（GND）正的第一输出电压（U1）的第一和第二输出端子（AA1，AA2），所述第一输出电压小于或等于根据运行安全性技术规定TRBS2131 60伏特直流电压的危险电压，

所述控制设备具有用于提供相对于车辆地（GND）正的第二输出电压（U2）的第一和第三输出端子（AA1，AA3），所述第二输出电压大于危险电压并且小于第一输出电压（U1）和危险电压之和，

其中第一和第二输出电压（U1，U2）的正电势彼此连接。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其中第一输出电压（U1）为12伏特，并且第二输出电压（U2）为65伏特至70伏特。

3.根据权利要求1或者2所述的控制设备，所述控制设备具有用于从供给电压产生第二输出电压（U2）的第二DC/DC转换器（SN2）。

4.用于操控至少一个具有第一磁阀线圈（L1）的燃料喷射阀的电路装置，

具有根据权利要求1至3之一所述的控制设备（SG），

具有第一可控开关装置（S1），通过所述第一可控开关装置的开关段，第一输出电压（U1）和第二输出电压（U2）的正电势与磁阀线圈（L1）的第一端子相连接，

具有第二可控开关装置（S2），通过所述第二可控开关装置的开关段，第二输出电压（U2）的负电势与磁阀线圈（L1）的第二端子相连接，

具有第三可控开关装置（S3），通过所述第三可控开关装置的开关段和在截止方向上极化的第一二极管（D1），第一输出电压（U1）的负电势与磁阀线圈（L1）的第二端子相连接，

具有第二二极管（D2），所述第二二极管在通流方向上布置在第一二极管（D1）与第三开关装置（S2）的连接点和控制设备（SG）的第一输出电压（U1）和第二输出电压（U2）的正电势之间，以及

具有第三二极管（D3），所述第三二极管在截止方向上布置在磁阀线圈（L1）的第一端子和控制设备（SG）的第二输出电压（U2）的负电势之间。

5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于另外的燃料喷射阀的第二磁阀线圈（L2），

所述第二磁阀线圈的第一端子通过第四可控开关装置（S4）的开关段与控制设备（SG）的第一输出电压（U1）和第二输出电压（U2）的正电势相连接，并且通过在截止方向上极化的第四二极管（D4）与控制设备（SG）的第二输出电压（U2）的负电势相连接，并且所述第二磁阀线圈的第二端子与第一磁阀线圈（L1）的第二端子相连接。