DE10113801A1 - Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes und Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes (P1...Pn), insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, wird Energie von einem Ladekondensator (C1) zum Stellglied (P1...Pn) und zurück über einen Sperrwandler (Tr) übertragen. Während der Pausen zwischen Lade-/Entladezyklen wird Energie von einer Energiequelle (B) zum Ladekondensator (C1) über den Sperrwandler (Tr) übertragen. Hierdurch kann ein zusätzliches Schaltnetzteil eingespart werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern wenigs­ tens eines kapazitiven Stellgliedes, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, mit einem von einer Energiequelle auf eine bezüglich eines Bezugspoten­ tials vorgegebene Spannung aufladbaren Ladekondensator, wobei parallel zu dem Ladekondensator die Reihenschaltung aus der Primärspule eines Transformators und die Parallelschaltung eines ersten ansteuerbaren Schalters und einer ersten Diode geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung aus der Sekundär­ spule des Transformators und der Parallelschaltung eines zweiten ansteuerbaren Schalters und einer zweiten Diode pa­ rallel zu dem kapazitiven Stellglied oder im Falle mehrerer Stellglieder den Reihenschaltungen aus je einem kapazitiven Stellglied und einem ihm zugeordneten Auswahlschalter ge­ schaltet ist und wobei der erste Schalter, der zweite Schal­ ter und die Auswahlschalter von einer Steuerschaltung derart angesteuert werden, daß die Spannung am kapazitiven Stell­ glied und/oder der Strom durch das kapazitive Stellglied auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrich­ tung.

Eine solche Vorrichtung ist in der P 19944733.0 beschrieben. Diese Vorrichtung arbeitet nach dem Sperrwandler-Prinzip, bei dem zunächst durch Schließen des ersten Schalters Energie vom Ladekondensator über die Primärspule im Transformator gespei­ chert wird. Nachdem der erste Schalter wieder geöffnet wurde fließt die gespeicherte Energie von der Sekundärspule durch die zweite Diode zum kapazitiven Stellglied oder bei mehreren Stellgliedern zu dem Stellglied, das durch Schließen des Aus­ wahlschalters ausgewählt wurde.

Die beschriebene Übertragung von Ladung vom Ladekondensator zum kapazitiven Stellglied erfolgt sukzessive durch periodi­ sches Schließen und Öffnen des ersten Schalters. Nachdem die gewünschte Spannung am Stellglied erreicht ist bleibt sie für eine gewünschte Zeit, in der z. B. das Einspritzventil durch das Stellglied geöffnet bleiben soll, aufrechterhalten.

Danach wird der zweite Schalter geschlossen, so daß die im Stellglied gespeicherte Energie wieder zurück in den Trans­ formator fließt, um von dort nach dem Öffnen des zweiten Schalters über die Primärspule und die erste Diode zurück zum Ladekondensator zu fließen. Auch das Entladen erfolgt sukzes­ sive durch periodisches Schließen und Öffnen des zweiten Schalters.

Die Lade- und Entladedauern werden durch eine Steuerschaltung geregelt, der einerseits Meßwerte der Ströme durch die Schal­ ter zugeführt werden und die andererseits die Schalter durch pulsweitenmodulierte Signale ansteuert.

Durch das Übertragen von Ladung vom Ladekondensator zum kapa­ zitiven Stellglied und die damit verbundene Transformation von elektrischer in magnetische Energie und zurück treten un­ vermeidliche Verluste auf, so daß sich der Ladekondensator langsam entlädt. Bei der in der P 19944733.0 beschriebenen Vorrichtung wird der Ladekondensator durch ein Schaltnetzteil wieder nachgeladen, das jedoch nicht unerhebliche Kosten ver­ ursacht.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die bzw. das kostengünstiger ist.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß zwischen den Lade- und Entladezyklen für ein Stellglied bzw. bei meh­ reren Stellgliedern zwischen den Zyklen der einzelnen Stell­ glieder Pausen vorhanden sind, die zum Übertragen von Energie von einer Energiequelle, die über ein steuerbares Schaltmit­ tel dem Sekundärkreis des Transformators parallelgeschaltet werden kann, genutzt werden können. Es wird außerdem der Um­ stand ausgenutzt, daß der Sperrwandler bereits derart ausge­ bildet ist, daß er in beide Richtungen betrieben werden kann. Auf diese Weise kann auf ein kostspieliges Schaltnetzteil verzichtet werden, da das Schaltmittel und der zweite Schal­ ter von der Steuerschaltung in erfindungsgemäßer Weise derart angesteuert werden können, daß der Ladekondensator zu Zeiten, in denen kein Strom durch das wenigstens eine Stellglied fließt, wenn also kein Lade- oder Entladevorgang stattfindet, aus der Energiequelle geladen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels mit Hilfe einer Figur näher beschrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung stimmt in weiten Teilen mit der in der Einleitung beschriebenen Vorrichtung ü­ berein. So ist einem Ladekondensator C1 die Reihenschaltung aus der Primärspule w1 eines Transformators Tr, eines ersten Schalters S1 und eines ersten Messwiderstandes R1 parallelge­ schaltet. Dem ersten Schalter S1 und dem ersten Messwider­ stand R1 ist eine erste Diode D1 parallelgeschaltet, wobei die Kathode der Diode mit der Primärspule w1 verbunden ist.

Der Sekundärkreis besteht aus der Reihenschaltung der Sekun­ därspule w2 des Transformators Tr, einem zweiten Schalter S2 und einem zweiten Messwiderstand R2, wobei dem zweiten Schal­ ter S2 eine zweite Diode D2 derart parallelgeschaltet ist, daß ihre Kathode ebenfalls mit der Sekundärspule w2 verbunden ist.

Der Sekundärkreis wird durch die Parallelschaltung einer An­ zahl von Stellgliedern A1. . .An, die mit einem dritten Messwi­ derstand R3 in Reihe geschaltet ist, geschlossen. Zwischen der Sekundärspule w2 und den Stellgliedern A1. . .An ist noch eine Filterschaltung F angeordnet, die Stromspitzen ausfil­ tern soll.

Die beiden Anordnungen des ersten und des zweiten Messwider­ standes sind mit den Buchstaben a und b gekennzeichnet, wo­ durch deutlich gemacht werden soll, daß es sich bei den bei­ den unterschiedlichen Anordnungen um zwei Varianten handelt, die einander ebenbürtig sind.

So wäre es ebenfalls möglich, die erste Diode D1 nur dem ers­ ten Schalter S1 parallelzuschalten bzw. die zweite Diode D2 der Reihenschaltung aus dem zweiten Schalter S2 und dem zwei­ ten Messwiderstand R2 parallelzuschalten. Es wäre außerdem möglich, nur einen einzigen Messwiderstand für beide Strom­ pfade zu verwenden, da zu einem bestimmten Zeitpunkt immer nur einer der beiden Strompfade leitend geschaltet ist. Hier­ zu könnte ausgehend von der Schaltungsvariante a der nicht mit der Sekundärspule verbundene Anschluß des zweiten Schal­ ters S2 mit dem Verbindungspunkt des ersten Schalters S2 mit dem ersten Messwiderstand R1 verbunden werden, wobei auf den zweiten Messwiderstand R2 verzichtet werden und die zweite Diode D2 direkt mit dem Masseanschluß GND verbunden werden könnte.

Parallel zur Reihenschaltung aus der Sekundärspule w2, dem zweiten Schalter S2 und dem zweiten Messwiderstand R2 ist in erfindungsgemäßer Weise über ein Schaltmittel S3 eine Ener­ giequelle, insbesondere eine Kraftfahrzeugbatterie B, ge­ schaltet.

Die Messwiderstände R1, R2 und R3 sind mit Eingängen einer Steuerschaltung ST verbunden, die abhängig vom Stromfluß durch die jeweiligen Messwiderstände und der zu erfüllenden Funktion die Schalter S1, S2, das Schaltmittel S3 und die Auswahlschalter A1. . .An betätigt.

Wie bereits in der Einleitung ausgeführt wurde wird ein kapa­ zitives Stellglied P1. . .Pn, das durch Betätigen des zugeord­ neten Auswahlschalters A1. . .An ausgewählt wurde sukzessive aufgeladen, indem der erste Schalter S1 mit einem gepulsten Signal angesteuert wird.

Nach einer gewünschten Zeitdauer, während der die Spannung am Stellglied auf dem maximalen Wert gehalten wird und während der beispielsweise das durch das Stellglied angesteuerte Kraftstoffeinspritzventil geöffnet ist wird das kapazitive Stellglied wieder entladen, indem der zweite Schalter S2 von der Steuerschaltung ST mit einem gepulsten Signal angesteuert wird.

Nach einem solchen Lade-/Entladezyklus tritt eine Pause ein, während der kein Strom durch die Transformatorwicklungen bzw. die damit in Serie geschalteten Schalter fließt, bis das nächste Stellglied zur Ansteuerung beispielsweise des nächs­ ten Kraftstoffeinspritzventils geladen und wieder entladen wird.

In erfindungsgemäßer Weise wird nun diese Pause genutzt, um den Ladekondensator aus beispielsweise der Kraftfahrzeugbat­ terie direkt wieder nachzuladen. Hierzu wird einerseits durch Schließen des Schaltmittels S3 die Batterie B mit der Sekun­ därspule w2 des Transformators Tr verbunden und außerdem der zweite Schalter S2 durch Ansteuerung mit einem gepulsten Sig­ nal periodisch geschlossen und geöffnet, um auf diese Weise Energie von der Batterie B zum Ladekondensator C1 zu übertra­ gen.

Es ist in einer Ausbildung der Erfindung auch möglich, als Schaltmittel S3 eine Diode zu verwenden. Allerdings würde dann das Stellglied P1. . .Pn nur bis zur Spannung der Batterie B entladen werden. Diese Variante ist in der Fig. 1 strich­ liert dargestellt.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsge­ mäße Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung kann auf komfor­ table Weise auf ein kostspieliges zusätzliches Schaltnetzteil zum Laden des Ladekondensators C1 verzichtet werden.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes (P1. . .Pn), insbesondere für ein Kraftstoffein­ spritzventil einer Brennkraftmaschine, mit einem von einer E­ nergiequelle auf eine bezüglich eines Bezugspotentials (GND) vorgegebene Spannung aufladbaren Ladekondensator (C1), wobei parallel zu dem Ladekondensator (C1) die Reihenschaltung aus der Primärspule (w1) eines Transformators (Tr) und die Paral­ lelschaltung eines ersten ansteuerbaren Schalters (S1) und einer ersten Diode (D1) geschaltet ist, wobei die Reihen­ schaltung aus der Sekundärspule (w2) des Transformators (Tr) und der Parallelschaltung eines zweiten ansteuerbaren Schal­ ters (S2) und einer zweiten Diode (D2) parallel zu dem kapa­ zitiven Stellglied (P1. . .Pn) oder im Falle mehrerer Stell­ glieder den Reihenschaltungen aus je einem kapazitiven Stell­ glied und einem ihm zugeordneten Auswahlschalter (A1. . .An) geschaltet ist und wobei der erste Schalter (S1), der zweite Schalter (S2) und die Auswahlschalter (A1. . .An) von einer Steuerschaltung (ST) derart angesteuert werden, daß die Span­ nung am kapazitiven Stellglied und/oder der Strom durch das kapazitive Stellglied auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt zwischen der Sekundärspule (w2) und dem wenigstens einen kapazitiven Stellglied (P1. . .Pn) über ein Schaltmittel (S3) mit einer Energiequelle (B), insbeson­ dere einer Batterie, verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (S3) von der Steuerschaltung (ST) ansteuer­ bar und insbesondere ein nur in einer Richtung leitender Transistor ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (S3) eine Diode ist.

4. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Schalter (S1) und dem Bezugspotential (GND) eine erste Meßeinrichtung (R1) zur Be­ stimmung des Stromes durch die Primärspule (w1) geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Schalter (S2) und dem Bezugspotential (GND) eine zweite Meßeinrichtung (R2) zur Bestimmung des Stromes durch die Sekundärspule (w2) geschal­ tet ist.

6. Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Stellglied oder dem Verbindungspunkt aller Auswahlschalter (A1. . .An) und dem Be­ zugspotential (GND) eine dritte Meßeinrichtung (R3) zur Be­ stimmung des Stromes durch das Stellglied oder die Stellglie­ der (P1. . .Pn) geschaltet ist.

7. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (S3), für den Fall, dass es ansteuerbar ist, und der zweite Schalter (S2) von der Steuerschaltung (ST) derart angesteuert werden, daß der Ladekondensator (C1) zu Zeiten, in denen kein Strom durch das wenigstens eine Stellglied (P1. . .Pn) fließt, aus der Energiequelle (B) geladen wird.