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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft zunächst eine Schaltungsanordnung für eine Mehrzahl von Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine, bei der die Gruppen an dieselbe Energieversorgung angeschlossen, jedoch nur alternativ zueinander betreibbar sind, und die mindestens eine elektrische Schalteinrichtung umfasst, durch die eine Gruppe ausgewählt werden kann.
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Aus der
DE 102 39 397 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die wahlweise mit flüssigem Kraftstoff, beispielsweise Benzin, oder mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Propan oder Erdgas, betrieben werden kann. Hierzu sind unterschiedliche Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen vorgesehen, wobei durch die eine der gasförmige Kraftstoff und durch die andere der flüssige Kraftstoff eingespritzt werden kann. Über ein Steuergerät können die beiden Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen alternativ zueinander betrieben werden.
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Vom Markt her bekannt sind ferner Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, wobei es auch hier eine Variante gibt, die wahlweise mit flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff betrieben werden kann. In diesem Fall sind jedem Zylinder mindestens zwei Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zugeordnet, mit denen der jeweilige Kraftstoff in einen Brennraum des Zylinders eingebracht werden kann. Um die dem flüssigen Kraftstoff zugeordnete Gruppe von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zu betreiben und gleichzeitig die dem gasförmigen Kraftstoff zugeordnete Gruppe von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen stillzulegen, ist jedem Zylinder eine Schaltvorrichtung zugeordnet, durch die von der einen auf die andere Schalteinrichtung umgeschaltet werden kann. Zur Ansteuerung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen ist jeder Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eine eigene Endstufe zugeordnet. Bei einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern sind also acht Endstufen erforderlich.
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Aus der
JP H09-189 253A ist eine Schaltungsanordnung für zwei Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine bekannt. Die beiden Gruppen sind an dieselbe Energieversorgung angeschlossen. Die einzelnen Gruppen können durch eine elektrische Schalteinrichtung ausgewählt werden.
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Bei keiner dieser Einrichtungen sind die Gruppen nur alternativ zueinander Betreibbar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu vereinfachen, so dass sie preiswerter hergestellt werden kann und weniger Bauraum beansprucht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sie eine Mehrzahl von Sammelschienen umfasst, wobei jeweils an eine Sammelschiene die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen einer Gruppe angeschlossen sind, und dass durch die Schalteinrichtung wahlweise eine der Sammelschienen mit der Energieversorgung verbunden werden kann.
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Bei einem Steuer- und/oder Regelgerät der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe entsprechend gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist nicht mehr für alle Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen jeweils eine Schalteinrichtung erforderlich, sondern im Extremfall nur noch eine einzige Schalteinrichtung, mit der von einer Sammelschiene auf die andere und somit von einer Gruppe auf die andere umgeschaltet werden kann. Hierdurch werden Kosten und Bauraum gespart. Darüber hinaus wird auch noch die Sicherheit im Betrieb der Brennkraftmaschine verbessert, da zuverlässig verhindert wird, dass Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen unterschiedlicher Gruppen gleichzeitig betrieben werden. Dabei sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Begriff der ”Sammelschiene” nicht notwendigerweise gegenständlich, sondern schaltungstechnisch zu verstehen ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Mehrzahl von Endstufen umfasst, wobei jeweils eine Endstufe mit Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen unterschiedlicher Gruppen verbunden ist. Dies reduziert nochmals Herstellungskosten und den erforderlichen Bauraum, da die Anzahl der benötigten Endstufen gegenüber herkömmlichen Schaltungsanordnungen deutlich reduziert ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen wird die Anzahl der erforderlichen Endstufen beispielsweise halbiert, bei einer Brennkraftmaschine mit drei Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen sogar um den Faktor 3 reduziert.
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In nochmaliger Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine Mehrzahl von Sperreinrichtungen umfasst, die jeweils einen elektrischen Strom in der einen Richtung zulassen und in der anderen Richtung sperren, wobei jeder Kraftstoff-Einspritzvorrichtung eine eigene Sperreinrichtung zugeordnet ist. Hierdurch werden die einzelnen Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen voneinander entkoppelt, so dass sie sich gegenseitig beeinflussen können.
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Dabei ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Sperreinrichtung eine Diode oder einen Transistor umfasst, denn derartige Sperreinrichtungen sind preiswert und einfach zu realisieren.
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Wenn, wie ebenfalls vorgeschlagen wird, mindestens einige der Sperreinrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, werden Herstellung und Integration nochmals vereinfacht. Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass die Sperreinrichtungen softwaretechnisch realisiert werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sieht ferner vor, dass die Schalteinrichtung einen Schalter mit einem Eingang und einer Mehrzahl von alternativ schaltbaren Ausgängen umfasst, wobei jeder Ausgang mit einer anderen Sammelschiene verbunden ist. Eine solche Schalteinrichtung baut sehr einfach und ist daher preiswert.
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Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Schalteinrichtung eine Mehrzahl von Schaltern umfasst, wobei jeder Schalter mit einer anderen Sammelschiene verbunden ist und die Schalter vorzugsweise derart miteinander gekoppelt sind, dass immer nur einer der Schalter geschlossen sein kann. Eine solche Kopplung wird auch als ”inverse Ansteuerung” bezeichnet. Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass die einzelnen Schalter unabhängig voneinander angesteuert werden können.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dann besonders vorteilhaft, wenn eine Gruppe von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zur Einspritzung von flüssigem Kraftstoff und eine andere Gruppe von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zur Einspritzung von gasförmigem Kraftstoff dient. Gerade bei solchen Brennkraftmaschinen ist es besonders wichtig, Bauraum einzusparen.
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Zeichnungen
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Nachfolgend werden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen;
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen von 1;
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3 eine Darstellung ähnlich 2 einer alternativen Schaltungsanordnung; und
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4 eine Darstellung ähnlich 2 einer nochmals alternativen Schaltungsanordnung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst insgesamt vier Zylinder 12a bis 12d mit jeweils einem Brennraum 14a bis 14d. Jedem Brennraum 14a bis 14d sind zwei Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a bis d beziehungsweise 18a bis d zugeordnet. Eine erste Gruppe 16 von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a bis 16d dient zur Einspritzung von flüssigem Kraftstoff, beispielsweise Benzin, in die Brennräume 14a bis 14d, wohingegen eine zweite Gruppe 18 von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18a bis 18d der Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff, beispielsweise Propan oder Erdgas, in die Brennräume 14a bis 14d dient. Hierzu ist die erste Gruppe 16 von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a bis 16d an eine Kraftstoff-Sammelleitung (”Rail”) 20 angeschlossen, in der der flüssige Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Eine Fördereinrichtung 22 fördert den Kraftstoff unter hohem Druck in diese Kraftstoff-Sammelleitung. Analog hierzu ist die zweite Gruppe 18 von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18a bis 18d an eine Gasversorgung 24 angeschlossen.
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Der Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird von einem Steuer- und Regelgerät 26 gesteuert beziehungsweise geregelt. Das Steuer- und Regelgerät 26 kann dabei wieder mehrere Unterkomponenten umfassen. Es erhält Signale von verschiedenen in 1 nicht dargestellten Sensoren, mittels denen aktuelle Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 erfasst werden. Vom Steuer- und Regelgerät 26 werden verschiedene Stelleinrichtungen angesteuert, so auch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 16a bis 16d beziehungsweise 18a bis 18d.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 muss sichergestellt sein, dass diese ausschließlich entweder mit flüssigem oder mit gasförmigem Kraftstoff betrieben wird. Es muss ausgeschlossen sein, dass gleichzeitig sowohl gasförmiger als auch flüssiger Kraftstoff in einen Brennkraftmaschine 14a bis 14d der Brennkraftmaschine 10 gelangt. Hierzu ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, welche entweder vollständig im Steuer- und Regelgerät 26 untergebracht sein kann, welche aber auch zum Teil in der Nähe der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a bis d beziehungsweise 18a bis d angeordnet oder sogar in diese integriert sein kann. Dabei kann die Schaltungsanordnung durch diskrete Schaltungsbauteile, Halbleiterkomponenten oder ganz oder teilweise durch eine Softwarelösung realisiert werden. Eine erste Variante für eine solche Schaltungsanordnung wird nun unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert:
Die in 2 gezeigte Schaltungsanordnung trägt insgesamt das Bezugszeichen 28. Sie. umfasst eine Energieversorgung 30, die mit einem über einen Transistor 32 angesteuerten Relais 34 verbunden ist, welches wiederum auf einen Schalter 36 wirkt. Ein Eingang 38 des Schalters 36 ist mit der Energieversorgung 30 verbunden. Der Schalter 36 umfasst zwei alternativ schaltbare Ausgänge 40 und 42. Der erste Ausgang 40 ist mit einer ersten Sammelschiene 44, der zweite Ausgang 42 mit eine zweiten Sammelschiene 46 verbunden. An die erste Sammelschiene 44 sind vier Stellelemente 48a bis 48d angeschlossen, die als Aktoren jeweils in eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a bis 16d eingebaut sind. An die zweite Sammelschiene 46 sind vier Stellelemente 50a bis 50d angeschlossen, die als Aktoren jeweils für eine der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18a bis 18d dienen.
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Die Stellelemente 48a bis d sind auf ihrer von der ersten Sammelschiene abgewandten Seite über eine als Diode 52a bis d ausgebildete Sperreinrichtung jeweils mit einer Endstufe 54a bis d verbunden. Gleiches gilt auch für die Stellelemente 50a bis d, wobei deren Dioden die Bezugszeichen 56a bis d tragen, und wobei diese Stellelemente 50a bis d an die selben Endstufen 54a bis d wie die Stellelemente 48a bis d angeschlossen sind. Die jeweils einem Zylinder 12a bis d zugeordneten Diodenpaare 52a und 56a bis 52d und 56d sind als Doppeldioden ausgeführt, was durch gestrichelte Kästchen 58a bis 58d dargestellt ist.
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Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 kann durch den Schalter 36 entweder der erste Ausgang 40 und somit die erste Sammelschiene 44 oder der zweite Ausgang 42 und somit die zweite Sammelschiene 46 mit der Energieversorgung 30 verbunden werden. Hierdurch wird entweder die eine Gruppe 16 der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 16a bis 16d mit den Stellelementen 48a bis 48d oder die zweite Gruppe 18 mit den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18a bis 18d und den Stellelementen 50a bis 50d in Betrieb genommen. Da die Stellelementpaare 48a und 50a bis 48d und 50d jeweils an eine gemeinsame Endstufe 54a bis 54d angeschlossen sind, sind bei der hier dargestellten Brennkraftmaschine mit vier Zylindern 12a bis 12d nur vier Endstufen 54a bis 54d erforderlich. Durch die Dioden 52a bis 52d und 56a bis 56d werden dabei Rückwirkungen der nicht angesteuerten Stellelemente 48a bis d beziehungsweise 50a bis d auf die jeweils anderen angesteuerten Stellelement 50a bis d beziehungsweise 48a bis d ausgeschlossen.
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In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 28 gezeigt. Dabei tragen hier und bei nachfolgenden Figuren solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu bereits vorab beschriebenen Elementen und Bereichen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind im Normalfall nicht nochmals im Detail erläutert.
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Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung sind bei jener von 3 die Dioden 52a bis d und 56a bis d nicht auf der von den Sammelschienen 44 und 46 abgewandten Seite der Stellelemente 48a bis d und 50a bis d angeordnet, sondern zwischen den Stellelementen 48a bis d beziehungsweise 50a bis d und der jeweiligen Sammelschiene 44 beziehungsweise 46. Darüber hinaus sind die erste Sammelschiene 44 und die Dioden 52a bis d in einem ersten Gehäuse 60 und die zweite Sammelschiene 46 und die Dioden 56a bis d in einem zweiten Gehäuse 62 zusammengefasst.
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Die in 4 gezeigte Schaltungsanordnung 28 wiederum unterscheidet sich von jener von 2 durch die Ausgestaltung des Schalters 36: Dieser ist als Doppelschalter mit zwei Einzelschaltern 36a und 36b ausgebildet, deren Eingänge 38a und 38b mit der Energieversorgung 30 verbunden sind, wobei der erste Einzelschalter 36a den ersten Ausgang 40 und der zweite Einzelschalter 36b den zweiten Ausgang 42 schaltet. Wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, sind die beiden Einzelschalter 36a und 36b miteinander im Sinne einer inversen Ansteuerung gekoppelt, so dass nur entweder der eine oder der andere Einzelschalter 36a beziehungsweise 36b geschlossen sein kann. Die beiden Einzelschalter 36a beziehungsweise 36b sind als sogenannte ”High-Side-Schalter” ausgestaltet, so dass auf ein Relais verzichtet werden kann.
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Es versteht sich, dass anstelle der Dioden 52 und 56 auch Transistoren oder andere Sperreinrichtungen verwendet werden können, die einen elektrischen Strom zur Endstufe 54 hin zulassen und in der anderen Richtung sperren. Ferner versteht sich, dass das Grundprinzip der beschriebenen Schaltungsanordnung 28 auch bei solchen Brennkraftmaschine anwendbar ist, welche mehr als zwei Gruppen von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen beziehungsweise entsprechenden Stellelementen aufweisen.
