DE10022956A1 - Ansteuerschaltung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils für die Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Ansteuerschaltung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils für die Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung von Magnetventilen für die Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine (Bänke I und II) weist erfindungsgemäß eine Nachladeschaltung (1) auf, die eine Drosselspule (110) in Reihe mit einer Diode (112) und einem Speicherkondensator (145) sowie einen parallel zur Reihenschaltung aus Diode (112) mit dem Speicherkondensator (145) geschalteten FET-Leistungstransistor (113) aufweist. Die Magnetventile der einzelnen Bänke (I und II) werden während der Schnelllöschung mit einer von der Nachladeschaltung (1) erzeugten Spannung abgeschaltet. Zur Minimierung des Einflusses der einen weiten Bereich umfassenden Batteriespannung (U¶BATT¶) wird während den Schnelllöschphasen der HS-FET (115 bzw. 116) abgeschaltet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils für die Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine solche Ansteuerschaltung ist z. B. aus der Deutschen Patentanmeldung 195 39 071 der Robert Bosch GmbH bekannt. Mit dieser bekannten Ansteuerschaltung werden schnelle Magnetventile z. B. für die "Common Rail-Einspritzung" oder "Benzindirekteinspritzung" von Brennkraftmaschinen über Booster- und Batterieversorgungsspannungs-FET-Schalter angesteuert, wobei die beim Übergang vom Anzugsstrom auf den Haltestrom freiwerdende Energie in einem Kondensator gespeichert wird.
Diese Schaltungsanordnung erfordert eine Vielzahl von Bauelementen und komplexe Treiberschaltungen, die es erlauben, die anzusteuernden Ventile mit großen Strömen aufzusteuern. Nachteilig sind hierbei die sich ergebenden Abhängigkeiten der Abschaltflanken bei der Schnelllöschung der Magnetventile von der Batteriespannung.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils für die Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine so zu ermöglichen, dass die Abschaltflanken bei der Schnelllöschung weitgehend unabhängig von Änderungen der Batteriespannung sind.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Kern der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung ist eine Nachladeschaltung, die mit dem ersten und zweiten Anschluss der Versorgungsspannung zur Erzeugung einer vorstabilisierten Nachladespannung für den Speicherkondensator aus der Batterieversorgungsspannung und mit den ersten Schaltmitteln verbunden ist, wobei die Nachladeschaltung über dritte Schaltmittel, die zwischen dem ersten Anschluss des wenigstens einen Magnetventils und der Nachladeschaltung angeordnet sind, die Magnetventile aus der im Speicherkondensator gespeicherten Energie in der Boosterphase bestromt und den Speicherkondensator sowie ein viertes Schaltmittel enthält, das, angesteuert von den Ansteuermitteln, die Nachladeschaltung zum Nachladen des Speicherkondensators aktiviert.
Die Abhängigkeit der Magnetventilabschaltung von Batteriespannungsänderungen entfallen weitestgehend. Der nutzbare Betriebsbereich wird somit erweitert.
Die Batteriespannung kann einen weiten Bereich umfassen, ohne die Ausschaltzeit der Magnetventile zu beeinflussen, wobei die stabilisierte Spannung ober- oder unterhalb der Batteriespannung liegen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnung nachstehend näher erläutert.
Zeichnung
Fig. 1 zeigt graphisch einen Stromverlauf über der Zeit bei der Ansteuerung eines Magnetventils mit der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung und
Fig. 2 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung.
Ausführungsbeispiel
Fig. 1 zeigt graphisch den zeitlichen Verlauf der Stromstärke I (in Ampere) durch ein Magnetventil während eines Ansteuervorgangs desselben. Zunächst steuert der HS- Booster-FET 140 bzw. 141 (drittes Schaltmittel) den Stromverlauf in der Boosterphase B aus der im Speicherkondensator 145 gespeicherten Energie. Dann führt die Ansteuerschaltung über die ersten Schaltmittel, dem UBATT-FET 115, während einer Anzugsphase eine Anzugsstromregelung AR bei einer relativ hohen Anzugsstromstärke aus. Danach erfolgt eine erste Schnelllöschung SL auf die Haltestromstärke, die geringer ist als die Anzugsstromstärke. Während der Haltephase führt die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung eine Haltestromregelung HR aus. Danach erfolgt eine zweite Schnelllöschung SL auf die Stromstärke 0.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung beispielhaft für zwei Bänke I und II.
Es ist zu erkennen, dass die Schaltungsanordnung der beiden Bänke I und II identisch ist und dass die Nachladeschaltung 1 beiden Bänken gemeinsam ist. Die Steueranschlüsse der High-Side-UBATT-FETs 115, 116 der High-Side-Booster-FETs 140, 141 und der Low-Side-FETs 120, 121, 122 und 220, 221 und 222 der beiden Bänke sind durch (nicht dargestellte) Ansteuerleitungen mit Treiberschaltungen 10 und 11 (Ansteuermittel) verbunden.
Da die Schaltungsanordnung der Bänke identisch ist, wird nur die Anordnung der Bank I beschrieben. Die Bank I enthält beispielhaft drei Magnetventile 100, 101 und 102, die mit ihren High-Side-Enden zusammengeschaltet sind und während Boosterphase über den High-Side-Booster-FET 140 und während der Anzugsphase und der Haltephase über den High- Side-UBATT-FET 115 bestromt werden. Die anderen Enden der Magnetventile 100, 101, 102 sind jeweils über Dioden mit der Nachladeschaltung 1 und über jeweils einen der Low- Side-FETs 120, 121, 122 und einen Messwiderstand R1 mit einem Masseanschluss GND der Batterieversorgungsspannung UBATT verbunden. Weiterhin sind die zusammengeschalteten High-Side-Enden der Magnetventile 100, 101 und 102 über eine Diode und den High-Side-Booster-FET 140 mit der Nachladeschaltung 1 verbunden.
Die vorgeschlagene Nachladeschaltung 1 weist zwischen einem ersten Batterieversorgungsspannungsanschluss UBR und dem zweiten Anschluss GND der Batterieversorgungsspannung eine Drosselspule 110, seriell damit verbunden eine Diode 112, einen Speicherkondensator 145 sowie einen Messwiderstand 111 und parallel zur Reihenschaltung aus der Diode 112 mit dem Speicherkondensator 145 einen Feldeffekttransistor 113 auf.
Die Funktion der in Fig. 2 dargestellten Ansteuerschaltung ist wie folgt. Die anzusteuernden Magnetventile 100, 101, 102 der Bank I sowie 200, 201, 202 der Bank II werden jeweils über den entsprechenden Low-Side-FET 120, 121, 122 bzw. 220, 221, 222 selektiert. Während der zu Anfang eingeleiteten Boosterphase B steuert der High-Side-Booster- FET 140 der Bank I bzw. 141 der Bank II den Stromverlauf. In der Anzugs- und Haltephase wird der Stromverlauf vom High-Side-UBATT-FET 115 bzw. 116 gesteuert.
Die Schnelllöschphasen SL werden durch gleichzeitiges Abschalten der Low-Side-Feldeffekttransistoren 120, 121, 122 bzw. 220, 221, 222 und High-Side-Feldeffekttransistoren 115 bzw. 116 erzeugt.
Die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten batteriespannungsabhängigen Kurvenverläufe der Übergänge in den Schnelllöschphasen SL, die einen Mengeneinfluss nach der Haltephase bei der Haupteinspritzung und gegebenenfalls nach der Anzugsphase bei Voreinspritzung haben, werden vermieden.
Während den Schnelllöschphasen SL wird bei eingeschaltetem High-Side-UBATT-FET 115 bzw. 116 über die Schnelllöschdioden zusätzliche Energie in den Speicherkondensator zurückgeführt. Zur Verbesserung der Energiebilanz kann nach der Anzugphase der High-Side-Feldeffekttransistor 115 bzw. 116 auch eingeschaltet bleiben.
Die vorgeschlagene Nachladeschaltung 1 führt die Energieverluste dem Speicherkondensator 145 zurück.
Die Nachladeschaltung 1 taktet entweder dauernd und/oder wird zum Erreichen einer gewünschten Spannung entsprechend geregelt. Zur Messung der Spannung am Speicherkondensator 145 dient der Widerstand 111, der in Reihe zwischen dem Speicherkondensator 145 und dem zweiten Anschluss GND der Versorgungsspannung UBATT geschaltet ist. Das "heiße" Ende des Messwiderstands 111 ist mit der Treiberschaltung 11 bzw. den Ansteuermitteln verbunden.
Die Treiberschaltung 11 ist über ein Leitungssystem mit einer (nicht gezeigten) übergeordneten Steuereinheit verbunden.
Damit ergeben sich folgende Vorteile:
  • - Es ist möglich, die Magnetventile unabhängig von der Batteriespannung abzusteuern.
  • - Die Batteriespannung kann somit einen weiten Bereich umfassen, ohne die Ausschaltzeit des Magnetventils zu beeinflussen.
  • - Die bei bisherigen Ansteuerschaltungen bekannte Batteriespannungskompensation der Ansteuerdauer kann somit wesentlich vereinfacht werden.
  • - Batteriespannungsabhängigkeiten für die Magnetventilansteuerung entfallen weitestgehend. Damit wird der nutzbare Betriebsbereich erweitert.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens eines Magnetventils für die Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, mit ersten Schaltmitteln (115, 116), die zwischen einem ersten Anschluss (UBR) einer Batterieversorgungsspannung (UBATT) und einem ersten Anschluss des wenigstens einen Magnetventils (100, 101, 102; 200, 201, 202) angeordnet sind, zweiten Schaltmitteln (120, 121, 122; 220, 221, 222), die jeweils zwischen einem zweiten Anschluss eines zugeordneten Magnetventils (100, 101, 102; 200, 201, 202) und dem zweiten Anschluss (GND) der Versorgungsspannung (UBATT) angeordnet sind, und mit Ansteuermitteln (10, 11), die die Schaltmittel so ansteuern, dass die beim schnellen Übergang von einem Anzugsstromwert (IA) auf einen Haltestromwert (IH) oder von einem Haltestromwert (IH) auf die Stromstärke Null frei werdende Energie in einem mit einem jeweiligen zweiten Anschluss des Magnetventils oder der Magnetventile verbundenen Speicherkondensator (145) speicherbar und dem oder den Magnetventil(en) in seiner/ihrer Boosterphase wieder zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der HS- FET (115 bzw. 116) zur Minimierung der Batteriespannungsabhängigkeit während den schnellen Übergängen abgeschaltet ist, dritte Schaltmittel (140, 141) zwischen dem ersten Anschluss des wenigstens einen Magnetventils (100, 101, 102; 200, 201, 202) und einer Nachladeschaltung (1; 110, 111, 112, 113, 145) angeordnet sind, wobei die Nachladeschaltung zur Spannungsversorgung des Magnetventils bzw. der Magnetventile (100, 101, 102; 200, 201, 202) über die dritten Schaltmittel (140, 141) während der Boosterphase (B) aus der im Speicherkondensator gespeicherten Energie dient und mit dem ersten und zweiten Anschluss (UBR, GND) der Batterieversorgungsspannung (UBATT) verbunden ist und eine vorstabilisierte Nachladespannung für den Speicherkondensator (145) aus der Batterieversorgungsspannung (UBATT) erzeugt und den Speicherkondensator (145) sowie ein viertes Schaltmittel (113) enthält, welches, angesteuert von den Ansteuermitteln (10, 11), die Nachladeschaltung (1; 110, 111, 112, 113, 145) zum Nachladen des Speicherkondensators (145) aktiviert.
2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuermittel (10, 11) so eingerichtet sind, dass sie das vierte Schaltmittel (113) kontinuierlich takten.
3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachladeschaltung weiterhin Messmittel (111) aufweist, die einen am Speicherkondensator (145) gemessenen Spannungswert den Ansteuermitteln (10, 11) zuführen, wobei die Ansteuermittel (10, 11) das vierte Schaltmittel (113) zum Nachladen des Speicherkondensators (145) nur ansteuern, wenn die erfasste Spannung am Speicherkondensator (145) einen bestimmten Sollwert unterschreitet.
4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel (111) einen Widerstand aufweisen, der in Reihe zwischen dem Speicherkondensator (145) und dem zweiten Anschluss (GND) der Versorgungsspannung (UBATT) geschaltet ist.
5. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachladeschaltung weiterhin eine in Reihe zum Speicherkondensator (145) geschaltete Drosselspule (110) und eine Diode (112) aufweist, die in Reihe zwischen die Drosselspule (110) und den Speicherkondensator (145) geschaltet ist, und dass ein Verbindungspunkt der Diode (112) mit dem Speicherkondensator (145) mit dem zweiten Anschluss oder den zweiten Anschlüssen des Magnetventils bzw. der Magnetventile in Verbindung steht.
6. Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltmittel (113) parallel zur Reihenschaltung der Diode (112) mit dem Speicherkondensator (145) geschaltet ist.
7. Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel FET-Leistungsschalttransistoren oder ähnliche sind.
8. Ansteuerschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetventile und die ersten, zweiten und dritten Schaltmittel in mehrere Bänke (I, II) gruppiert sind, wobei jede Bank mehrere Magnetventile, einen High-Side-UBATT-Feldeffekttransistor (115, 116) als erstes Schaltmittel, mehrere Low-Side- Feldeffekttransistoren (120, 121, 122; 220, 221, 222), die jeweils den Magnetventilen zugeordnet sind, als zweite Schaltmittel und einen High-Side-Feldeffekttransistor (140, 141) als drittes Schaltmittel aufweisen.
9. Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Magnetventilen abgewendeten Enden der Low-Side-Feldeffekttransistoren jeder Bank einzeln zusammengeschaltet und gemeinsam mit einem Ende je eines Messwiderstands (R1, R2) verbunden sind, dessen anderes Ende mit dem zweiten Anschluss (GND) der Batterieversorgungsspannung (UBATT) verbunden ist, und dass an dem jeweiligen mit den Low-Side-Feldeffekttransistoren verbundenen Ende dieser Messwiderstände ein Spannungswert abgreifbar und den Ansteuermitteln (10, 11) zuführbar ist.
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