DE102005005533A1

DE102005005533A1 - Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem

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Publication number: DE102005005533A1
Application number: DE102005005533A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya Ito; Akira Kariya Ando; Shigeru Kariya Takeuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: JP4415779B2; US20050210866A1; JP2005307957A; DE102005005533B4; US7100368B2

Abstract

Bei einem Sekundärluft-Einblassystem steuern MOS-Feldeffekttransistoren (21, 22) die Zuführung eines elektrischen Stroms zum Antrieb eines Motors (12a) einer Luftpumpe (12) und zur Betätigung einer Magnetspule (13a) eines Magnetventils (13) zur Einblasung von Sekundärluft in einen Abgaskanal (6) stromauf eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Katalysators (7). Die MOS-Feldeffekttransistoren (21, 22) werden von Gate-Ansteuerschaltungen (21a, 22a) auf der Basis von Instruktionen gesteuert, die von einer elektronischen Steuereinheit (17) über Eingangssignalverarbeitungsschaltungen (21d, 22d) zugeführt werden. Hierbei werden das Auftreten von Störzuständen bei der Steuerung der Luftpumpe (12) und des Magnetventils (13) erfasst und bei Feststellung des Vorliegens eines Störzustands die MOS-Feldeffekttransistoren (21, 22) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem Motor (12a) und der Magnetspule (13a) zwangsweise gesperrt. Eine Diagnoseschaltung (32) führt der elektronischen Steuereinheit (17) Diagnosesignale zu, die den Steuerzustand der Verbraucher bzw. Lasten angeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für den Antrieb und die Ansteuerung eines Sekundärluft-Einblassystems zur Förderung des Temperaturanstiegs eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine dienenden Katalysators.

Bei unzureichend hohen Abgastemperaturen einer Brennkraftmaschine, wie sie z.B. bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine vorliegen, tritt bekanntermaßen das Problem auf, dass ein im Abgaskanal der Brennkraftmaschine zur Abgasreinigung angeordneter Katalysator gegebenenfalls keine ausreichende Abgasreinigungsleistung zeigt. Es ist daher bereits ein Sekundärluft-Einblassystem vorgeschlagen worden, durch das Sekundärluft in den Abgaskanal stromauf des Katalysators unter Verwendung einer Luftpumpe mit Motorantrieb und eines Luftumschaltventils zur Anhebung der Sauerstoffkonzentration im Abgas und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eingeblasen wird. Das System fördert auf diese Weise durch Anhebung der Abgastemperatur eine Nachverbrennung von z.B. HC und CO im Abgas zur Reinigung des Abgases und schnelleren Aktivierung des Katalysators. Dieses System ist z.B. aus der JP-A-2003-138 929 und der JP-A-2003-201 834 bekannt, auf deren Offenbarung im Rahmen der nachstehenden Beschreibung Bezug genommen wird. Gemäß den aus diesen Druckschriften bekannten Systemen ist ein O₂-Sensor oder ein Abgassensor im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet, wobei eine elektronische Steuereinheit (ECU) einen Störzustand eines solchen Systems in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Sensoren diagnostiziert. Bei dem aus der JP-A-2003-201 834 bekannten System wird in diesem Zusammenhang ein Ausgangssignal eines zwischen einer Luftpumpe und einem Luftumschaltventil angeordneten Drucksensors der elektronischen Steuereinheit zugeführt um zu ermitteln, ob ein Störzustand bei der Luftpumpe oder dem Luftumschaltventil vorliegt.

Wenn nämlich z.B. ein Störzustand bei einer Luftpumpe vorliegt und dessen Antriebsmotor ständig mit einem Überstrom beaufschlagt wird, besteht die Gefahr, dass das gesamte System beschädigt wird. Es ist daher erforderlich, Maßnahmen zur schnellen Unterbrechung des Betriebs des Antriebsmotors zu treffen. Bei den Systemen des Standes der Technik muss jedoch das gesamte System einschließlich der elektronischen Steuereinheit zur Ermittlung des Vorliegens eines Störzustands betrieben werden, d.h., zur Durchführung der Diagnosefunktion für die Ermittlung des Vorliegens eines Störzustands durch die elektronische Steuereinheit ist eine gewisse Zeitdauer erforderlich, was die Bewältigung eines Störzustands in kürzester Zeit erschwert und zu Schäden am System führen kann.

Darüber hinaus findet bei dem bekannten System der ansaugseitige Unterdruck der Brennkraftmaschine zur Betätigung des Luftumschaltventils Verwendung, was dazu führen kann, dass in Hochlagen mit einem geringen Luftdruck keine ausreichende Wirkung des Luftumschaltventils gewährleistet ist. Weiterhin muss separat ein von der elektronischen Steuereinheit gesteuertes Magnetventil zur Beaufschlagung des Luftumschaltventils mit dem Unterdruck vorgesehen werden, was zu einem komplexen Systemaufbau führt. Das mit der Verwendung des Luftumschaltventils verbundene Problem kann allerdings durch Verwendung eines Magnetventils anstelle des Luftumschaltventils und einer Einrichtung zur Steuerung des Magnetventils zusammen mit der Luftpumpe in Abhängigkeit von der elektronischen Steuereinheit gelöst werden, wie dies z.B. aus der JP-A-7-11 939 mit dem Titel "Vorrichtung zur Reinigung des Abgases von Diesel-Brennkraftmaschinen" bekannt ist, auf deren Offenbarungsgehalt ebenfalls im Rahmen der nachstehenden Beschreibung Bezug genommen wird. Bei dieser Einrichtung kann ein mit einem geringen Strom betriebenes Halbleiter-Schaltelement zur Ansteuerung des Magnetventils der elektronischen Steuereinheit zugeordnet werden. Das Schaltelement zur Ansteuerung der Luftpumpe erfordert jedoch eine Leistung, die einen Spitzenstrom von etwa 100 bis etwa 200 Ampere ermöglicht. Unter Berücksichtigung seiner Wärmestrahlungsstruktur und der erforderlichen Kabelverbindungen einschließlich der Anschlusselemente muss daher das Halbleiter-Schaltelement zur Ansteuerung der Luftpumpe in Bezug auf die elektronische Steuereinheit separat vorgesehen werden. Dies führt unvermeidlich zu einer Verdoppelung von Teilen der Stromversorgungsschaltungseinheit und der Schutzschaltungseinheit in ihren jeweiligen Antriebs- und Ansteuerschaltungsblöcken, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem dahingehend auszugestalten, dass auftretende Störzustände in dem Sekundärluft-Einblassystem schnell und zuverlässig bewältigt und damit Schäden am System wirksam verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung betätigt eine Signalverarbeitungseinrichtung bei Zuführung eines Instruktionssignals von einem übergeordneten System ein erstes und ein zweites Halbleiter-Schaltelement zur Steuerung des Betriebs der Motor-Luftpumpe und des Magnetventils, die das Sekundärluft-Einblassystem bilden. Hierbei wird bei Vorliegen eines Störzustands im Betrieb der Luftpumpe oder des Magnetventils (z.B. einer Funktionsstörung in der Luftpumpe oder dem Magnetventil bzw. eines Kurzschlusses oder einer Leitungsunterbrechung in der Last) dieser Störzustand von einer Störzustands-Detektoreinrichtung festgestellt. Bei Feststellung des Vorliegens eines Störzustands führt eine Selbstschutzeinrichtung einen vorgegebenen Selbstschutz-Steuervorgang zur schnellen und zuverlässigen Beseitigung des das System beeinträchtigenden Störzustands durch.

Die Durchführung des Selbstschutz-Steuervorgangs erfolgt somit nicht über die elektronische Steuereinheit, die einen Störzustand diagnostiziert. Anders als beim Stand der Technik, bei dem das gesamte System einschließlich der elektronischen Steuereinheit mit der Störzustands-Diagnosefunktion betrieben werden muss, verbleibt somit das System nicht im Störzustand, bis die Störzustands-Diagnosefunktion der elektronischen Steuereinheit wirksam wird. Somit können bei Auftreten eines Störzustands in dem Sekundärluft-Einblassystem schnell und zuverlässig Gegenmaßnahmen ergriffen und auf diese Weise eine Beschädigung des Systems wirksam verhindert werden. Ferner werden Diagnosesignale, die den von der Signalverarbeitungseinrichtung und der Selbstschutzeinrichtung festgestellten Laststeuerzustand angeben, über eine Signalzuführungseinrichtung dem übergeordneten System zugeführt. Durch Auswertung dieser Diagnosesignale können daher auch Wartung und Instandhaltung des Systems verbessert werden.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung sind das erste und zweite Halbleiter-Schaltelement in dem gleichen Baustein wie die Signalverarbeitungseinrichtung und die Selbstschutzeinrichtung angeordnet. Die Stromversorgungsschaltung und die Schutzschaltung können somit in den Ansteuerschaltungsblöcken für das erste und das zweite Halbleiter-Schaltelement gemeinsam Verwendung finden, was zu einem einfacheren Schaltungsaufbau führt und eine Kostensenkung ermöglicht.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung werden bei Auftreten eines Störzustands der Last, d.h., der Luftpumpe oder des Magnetventils, sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Schaltelement zwangsweise gesperrt und abgeschaltet, wodurch schnell und zuverlässig die Gefahr einer Beschädigung des Sekundärluft-Einblassystems beseitigt und ein weiterer unnötiger Betrieb der Last verhindert wird.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung wird ein ungewöhnlicher plötzlicher Anstieg der Versorgungsspannung auf Grund eines durch einen Lastabfall hervorgerufenen Spannungsstoßes von der Störzustands-Detektoreinrichtung als Störzustand bewertet. Hierbei wird das erste und/oder das zweite Halbleiter-Schaltelement zur Zuführung eines elektrischen Stroms zu der entsprechenden Last zwangsweise nur für eine vorgegebene Zeitdauer durchgeschaltet. Durch diesen elektrischen Strom wird ein übermäßiger Anstieg der Versorgungsspannung und damit eine bleibende Beschädigung der Ansteuereinrichtung auf Grund eines plötzlichen, ungewöhnlichen Anstiegs der Versorgungsspannung verhindert. Bei Feststellung eines solchen Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung können auch sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Schaltelement nur für eine vorgegebene Zeitdauer zwangsweise durchgeschaltet werden, um auf diese Weise eine bessere Unterdrückung eines übermäßigen Anstiegs der Versorgungsspannung zu erzielen.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung wird ein ungewöhnlicher Anstieg oder ein ungewöhnlicher Abfall der Versorgungsspannung von der Störzustands-Detektoreinrichtung als Störzustand bewertet, woraufhin sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Schaltelement nur für eine vorgegebene Zeitdauer zwangsweise gesperrt werden, um eine Abschaltung sowohl der Luftpumpe als auch des Magnetventils herbeizuführen. Hierdurch werden hohe Verluste in der Ansteuereinrichtung durch einen ständigen Betrieb der Halbleiter-Schaltelemente im aktiven Bereich auf Grund einer andauernden übermäßigen Versorgungsspannung oder einer unzureichenden Versorgungsspannung vermieden, wobei gleichzeitig die Gefahr einer Beeinträchtigung des Sekundärluft-Einblassystems schnell und zuverlässig beseitigt wird.

Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung wird ein über einen oberen Grenzwert hinaus erfolgender Temperaturanstieg der Antriebseinrichtung von der Störzustands-Detektoreinrichtung als Störzustand bewertet, woraufhin sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Schaltelement nur für eine vorgegebene Zeitdauer zur Abschaltung sowohl der Luftpumpe als auch des Magnetventils zwangsweise gesperrt werden. Hierdurch lässt sich schnell und zuverlässig eine bleibende Beschädigung der Antriebseinrichtung auf Grund eines das Sekundärluft-Einblassystem beeinträchtigenden ungewöhnlichen Temperaturanstiegs verhindern.

Gemäß einer siebten Ausgestaltung der Erfindung wird das von der Signalzuführungseinrichtung dem übergeordneten System zugeführte Diagnosesignal von einem Impulssignal mit einem Tastverhältnis bzw. einer relativen Einschaltdauer gebildet, die weder 0% noch 100 beträgt. Wenn somit eine Störung, wie ein Masseschluss, ein Stromversorgungs-Kurzschluss oder eine Unterbrechung bei der die Verbindung mit dem übergeordneten System herstellenden Signalleitung auftritt, besteht nicht die Gefahr, dass von dem übergeordneten System ein in Verbindung mit diesem Störzustand der Signalleitung eingegebenes Signal (mit einem Tastverhältnis von 0% oder 100%) fälschlich als das Diagnosesignal aufgefasst wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass ein Störzustand auf der Basis des Diagnosesignals korrekt diagnostiziert wird.

Gemäß einer achten Ausgestaltung der Erfindung wird bei gleichzeitigem Vorliegen von zwei oder mehr Störzuständen vorzugsweise ein das Vorliegen eines Störzustands mit einem relativ hohen Bedeutungsgrad repräsentierendes Impulssignal (Diagnosesignal) von der Signalzuführungseinrichtung dem übergeordneten System zugeführt, wodurch eine schnelle und zuverlässige Bewältigung des einen hohen Bedeutungsgrad aufweisenden Störzustands ermöglicht und nachteilige Auswirkungen auf das Sekundärluft-Einblassystem minimal gehalten werden können.

Gemäß einer neunten Ausgestaltung der Erfindung wird bei Unterbrechung einer Masseleitung, die mit einer Gate-Ansteuerschaltung für einen N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor zur Ansteuerung der einen relativ hohen Laststrom führenden Luftpumpe verbunden ist, der normalerweise über die Masseleitung fließende elektrische Strom einem Halbleiter-Zusatzschaltelement zugeführt, wodurch dieses Halbleiter-Zusatzschaltelement (Hilfsschaltelement) zur Annullierung (Unterbrechung) des Gatesignals für den MOS-Feldeffekttransistor durchgeschaltet und damit verhindert wird, dass unerwünschterweise weiterhin ein übermäßiger Laststrom fließt und das Sekundärluft-Einblassystem beschädigt.

Gemäß einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Masseschluss einer das übergeordnete System mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbindenden Signaleingabeleitung, bei dem die Spannung am Eingang der Signalverarbeitungseinrichtung auf Massepotential abfällt, eine Beziehung "Spannung am Eingang < Schwellenspannung" zwischen der Eingangsspannung und einer von einer Spannungsteilerschaltung erzeugten Schwellenspannung hergestellt und ein Kurzschluss-Detektionssignal von einer Vergleichereinrichtung der Signalverarbeitungseinrichtung abgegeben. Auch wenn das Potential am Masseanschluss auf Grund einer Unterbrechung der Masseleitung ansteigt, besteht weiterhin die Beziehung "Spannung am Eingang < Schwellenspannung", sodass das Kurzschluss-Detektionssignal weiterhin von der Vergleichereinrichtung abgegeben wird. Eine Unterbrechung der Masseleitung kann somit als scheinbares Auftreten eines Masseschlusses der Signaleingabeleitung bewertet werden, sodass eine Signalverarbeitungseinrichtung mit einer Funktion zur Ermittlung eines Masseschlusses der Signaleingabeleitung in diesem Falle auch zur Ermittlung einer Unterbrechung der Masseleitung Verwendung finden kann und der Schaltungsaufbau auf diese Weise nicht zu komplex wird.

Gemäß einer elften Ausgestaltung der Erfindung wird dem übergeordneten System bei einem Masseschluss der Signaleingabeleitung der Signalverarbeitungsschaltung und bei einer Unterbrechung der Masseleitung ein Diagnosesignal mit einem Tastverhältnis bzw. einer relativen Einschaltdauer von 0% oder 100% zugeführt, sodass das übergeordnete System auf der Basis dieses Diagnosesignals eine korrekte Bestimmung eines Masseschlusses der Signaleingabeleitung und einer Unterbrechung der Masseleitung vornehmen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schaltbild des elektrischen Aufbaus einer Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem mit zugehöriger Peripherie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer mit dem Sekundärluft-Einblassystem ausgestatteten Brennkraftmaschine,
3 ein Schaltbild des Aufbaus einer Diagnoseschaltung,
4 den Schaltungsaufbau eines wesentlichen Bereiches der Antriebseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 ein 4 entsprechendes Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels,
6 ein 3 entsprechendes Schaltbild des dritten Ausführungsbeispiels und
7 ein 3 entsprechendes Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels.
Erstes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.
2 zeigt eine schematische Darstellung des Sekundärluft-Einblassystems. Wie in 2 veranschaulicht ist, ist ein Luftfilter 3 im vordersten stromaufwärtigen Bereich des Ansaugrohrs 2 einer fremdgezündeten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine (Ottomotor) angeordnet, die nachstehend vereinfacht als Brennkraftmaschine 1 bezeichnet ist, während ein nachstehend als Drosselklappe bezeichnetes Drosselventil 4 im stromabwärtigen Bereich des Ansaugrohrs 2 angeordnet ist. Obwohl dies aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist, sind Kraftstoffinjektoren in der Nähe von Einlasskanälen einer Ansaugsammelleitung 5 (Ansaugkrümmer) der Brennkraftmaschine 1 angeordnet.
In dem (einem Abgaskanal entsprechenden) Abgasrohr 6 der Brennkraftmaschine 1 ist ein (nachstehend vereinfacht als Katalysator bezeichneter) Dreifachkatalysator 7 zur Abgasreinigung angeordnet, während ein O₂-Sensor 8 im stromaufwärtigen Bereich des Katalysators 7 zur Ermittlung der Konzentration von Sauerstoff im Abgas angeordnet ist.
Eine Sekundärluft-Zuführungseinrichtung 9 umfasst ein Sekundärluft-Zuführungsrohr 11, das eine Verbindung zwischen einer Position auf der stromaufwärtigen Seite der Drosselklappe 4 im Ansaugrohr 2 und einer Position auf der stromaufwärtigen Seite des O₂-Sensors 8 im Abgasrohr 6 (den Abgaskanälen in einer Abgassammelleitung bzw. einem Abgaskrümmer 10) herstellt. In dem Sekundärluft-Zuführungsrohr 11 sind von der stromaufwärtigen Seite her gesehen eine von einem Motor (M) 12a angetriebene Luftpumpe 12, ein von einer Magnetspule (EMC) 13a betätigtes Magnetventil 13 sowie ein Rückschlagventil 14 in dieser Reihenfolge angeordnet. Außerdem ist ein Drucksensor 15 zwischen der Luftpumpe 12 und dem Magnetventil 13 angeordnet.
Eine Antriebseinrichtung 16 für das Sekundärluft-Einblassystem treibt die Luftpumpe 12 und das Magnetventil 13 in Abhängigkeit von Instruktionssignalen einer elektronischen Motorsteuereinheit ECU 17 an (die einem übergeordneten System entspricht), der von dem O₂-Sensor 8 und dem Drucksensor 15 Messsignale zugeführt werden.
1 veranschaulicht den elektrischen bzw. elektronischen Aufbau der vorstehend beschriebenen Antriebseinrichtung 16 und der zugehörigen Peripherie, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
Gemäß 1 wird die elektronische Steuereinheit ECU 17 von einer Fahrzeugbatterie 18 über eine Sicherung 19a mit Strom versorgt, während die Antriebseinrichtung 16 von der Fahrzeugbatterie 18 über eine Sicherung 19b und ein Hauptrelais 20 mit Strom versorgt wird, das von einem nicht dargestellten Zündschalter eingeschaltet und abgeschaltet wird. Der Antriebsmotor 12a der Luftpumpe 12 wird wiederum von der Fahrzeugbatterie 18 über eine Sicherung 19c und einen in der Antriebseinrichtung 16 angeordneten (und einem ersten Halbleiter-Schaltelement entsprechenden) N-Kanal-MOS-Leistungsfeldeffekttransistor 21 mit Strom versorgt, während die das Magnetventil 13 betätigende Magnetspule 13a von der Fahrzeugbatterie 18 über die Sicherung 19c und einen in der Antriebseinrichtung 16 angeordneten (und einem zweiten Halbleiter-Schaltelement entsprechenden) N-Kanal-MOS-Leistungsfeldeffekttransistor 22 mit Strom versorgt wird.
Die Antriebseinrichtung 16 ist hierbei derart aufgebaut, dass die vorstehend beschriebenen MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 sowie die nachstehend näher beschriebenen Bauelemente der Schaltungsanordnung in dem gleichen Baustein bzw. der gleichen Einheit angeordnet sind.
Eine Konstantspannungsschaltung 23 wird über das Hauptrelais 20 mit elektrischem Strom beaufschlagt und führt eine Konstantspannung einem Stromversorgungsanschluss + Vcc für die Bauelemente der Antriebseinrichtung 16 zu. Eine Oszillatorschaltung 24 erzeugt Bezugstaktsignale, die zur Ansteuerung von Logik-Schaltungsteilen der Antriebseinrichtung 16 erforderlich sind, sowie Impulssignale, die zur Ansteuerung einer Spannungsverstärkerschaltung 25 dienen. Die Bezugstaktsignale dienen hierbei als Steuersignale zur Bestimmung von Messzeiten bei der Ermittlung eines Überstroms und einer Leitungsunterbrechung.
Die Spannungsverstärkerschaltung 25 hebt die Versorgungsspannung (die über das Hauptrelais 20 zugeführte Spannung) an und führt sie Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a zu, die Gatesignale mit einem der Ausgangsspannung der Spannungsverstärkerschaltung 25 entsprechenden Pegel erzeugen und den Gate-Elektroden der zugehörigen MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 zuführen, wenn die Ausgangssignale von eingangsseitig vorgesehenen ODER-Gliedern 21b und 22b auf den Pegel "H" übergehen.
Die ODER-Glieder 21b und 22b sind jeweils über einen ersten Eingang mit dem Ausgang einer nachstehend noch näher beschriebenen (und der Störzustands-Detektoreinrichtung entsprechenden) Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26 und über einen zweiten Eingang mit dem jeweiligen Ausgang eines zugehörigen UND-Gliedes 21c bzw. 22c verbunden. Die UND-Glieder 21c und 22c sind wiederum jeweils über einen ersten Eingang mit dem Ausgang eines NOR-Gliedes 27 verbunden, während ein jeweiliger zweiter Eingang mit einem Steuersignal Sp von einer Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d bzw. einem Steuersignal Sv von einer Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d (die der Signalverarbeitungseinrichtung entsprechen) beaufschlagt wird.
Die Steuersignale Sp und Sv sind hierbei Binärsignale mit den Pegeln "H" und "L", wobei die Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d und 22d die Steuersignale Sp und Sv mit dem Pegel "L" abgeben, wenn ihre Eingangsspannung den Pegel der Versorgungsspannung aufweist, und die Steuersignale Sp und Sv mit dem Pegel "H" abgeben, wenn ihre Eingangsspannung einen zwischen der Versorgungsspannung und Massepotential liegenden Zwischenspannungspegel aufweist.
Die elektronische Steuereinheit ECU 17 gibt über ihren Ausgang P1 selektiv ein Antriebs-Instruktionssignal und ein Stopp-Instruktionssignal für die Luftpumpe 12 ab, die der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d zugeführt werden, während sie über ihren Ausgang P2 selektiv ein Antriebs-Instruktionssignal und ein Stopp-Instruktionssignal für das Magnetventil 13 abgibt, die der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d zugeführt werden.
Hierbei werden die Antriebs-Instruktionssignale erzeugt, wenn in der Ausgangsstufe der elektronischen Steuereinheit ECU 17 vorgesehene npn-Transistoren 17a und 17b durchgeschaltet werden, während die Stopp-Instruktionssignale beim Sperren der Transistoren 17a und 17b erzeugt werden. Im einzelnen sind Spannungsteilerwiderstände R1 und R2 zwischen die Kollektoren der Transistoren 17a, 17b und die Ausgänge P1, P2 geschaltet, während mit der Spannungsquelle verbundene Endwiderstände R3 und R4 an den Eingängen der Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d und 22d vorgesehen sind. Auf diese Weise werden während der Durchschaltdauer der Transistoren 17a und 17b Antriebs-Instruktionssignale mit einem Zwischenspannungspegel (einem durch Teilung der Versorgungsspannung erhaltenen Spannungspegel) über die Ausgänge P1 und P2 abgegeben, während im Verlauf der Sperrdauer der Transistoren 17a und 17b Stopp-Instruktionssignale mit dem Versorgungsspannungspegel über die Ausgänge P1 und P2 abgegeben werden.
Die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d erzeugt somit das Steuersignal Sp mit dem Pegel "H", wenn sie über den Ausgang P1 der elektronischen Steuereinheit ECU 17 mit dem Antriebs-Instruktionssignal (dem Zwischenspannungspegel) beaufschlagt wird, während das Steuersignal Sp mit dem Pegel "L" erzeugt wird, wenn sie über den Ausgang P1 mit dem Stopp-Instruktionssignal (dem Versorgungsspannungspegel) beaufschlagt wird. Weiterhin erzeugt die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d das Steuersignal Sv mit dem Pegel "H", wenn sie über den Ausgang P2 der elektronischen Steuereinheit ECU 17 mit dem Antriebs-Instruktionssignal beaufschlagt wird, während das Steuersignal Sv mit dem Pegel "L" erzeugt wird, wenn sie über den Ausgang P2 mit dem Stopp-Instruktionssignal beaufschlagt wird.
In einem Zustand, bei dem ein Signal mit dem Pegel "H" von dem NOR-Glied 27 abgegeben wird (der einem stabilen Dauerzustand entspricht, bei dem kein Störzustand oder eine Funktionsstörung wie ein Masseschluss der mit der elektronischen Steuereinheit ECU 17 verbundenen Eingangssignalleitung, eine unzureichende Versorgungsspannung, ein ungewöhnlicher Temperaturanstieg, ein Lastkurzschluss oder eine Lastunterbrechung in der Antriebsschaltung 16 vorliegt, worauf nachstehend noch näher eingegangen wird), werden somit die von den Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d und 22d abgegebenen Steuersignale Sp und Sv von den UND-Gliedern 21c und 22c weitergeleitet.
Zur Einschaltung/Abschaltung des Motors 12a in Abhängigkeit von den Instruktionen (dem Antriebs-Instruktionssignal und dem Stopp-Instruktionssignal) der elektronischen Steuereinheit ECU 17 erzeugt die Gate-Ansteuerschaltung 21a somit ein Gatesignal zur Durchschaltung des MOS-Feldeffekttransistors 21, wenn das Steuersignal Sp den Pegel "H" aufweist, und beendet die Erzeugung des Gatesignals zum Sperren des MOS-Feldeffekttransistors 21, wenn das Steuersignal Sp den Pegel "L" annimmt. Zur Einschaltung/Abschaltung der Magnetspule 13a in Abhängigkeit von den Instruktionen der elektronischen Steuereinheit ECU 17 erzeugt die Gate-Ansteuerschaltung 22a ein Gatesignal zur Durchschaltung des MOS-Feldeffekttransistors 22, wenn das Steuersignal Sv den Pegel "H" aufweist, und beendet die Erzeugung des Gatesignals zum Sperren des MOS-Feldeffekttransistors 22, wenn das Steuersignal Sv den Pegel "L" annimmt.
Wenn hierbei auf der Seite der Antriebseinrichtung 16 ein Kurzschluss der den Ausgang P1 der elektronischen Steuereinheit ECU 17 mit der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d verbindenden Eingangssignalleitung z.B. mit dem Chassis vorliegt, fällt die Eingangsspannung der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d auf Massepotential ab. In diesem Falle führt die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d ein Kurzschluss-Detektionssignal Sg mit dem Pegel "H" einem Eingang des NOR-Gliedes 27 zu. Wenn dagegen auf der Seite der Antriebseinrichtung 16 die den Ausgang P2 der elektronischen Steuereinheit ECU 17 mit der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d verbindende Eingangssignalleitung einen Kurzschluss z.B. mit dem Chassis aufweist, fällt die Eingangsspannung der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d auf Massepotential ab. In diesem Falle führt die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d ein Kurzschluss-Detektionssignal Sg mit dem Pegel "H" einem Eingang des NOR-Gliedes 27 zu.
Wenn somit ein Masseschluss der Signalleitungen vorliegt, wird das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 27 durch das in der vorstehend beschriebenen Weise erzeugte Kurzschluss-Detektionssignal Sg invertiert und geht auf den Pegel "L" über, wodurch die Ausgangssignale der UND-Glieder 21c und 22c zwangsläufig invertiert werden und auf den Pegel "L" übergehen. Dies hat zur Folge, dass von den Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a kein Gatesignal abgegeben wird, sodass die MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 beide gesperrt werden und auf diese Weise der dem Motor 12a oder der Magnetspule 13a zugeführte Strom unterbrochen wird.
Die Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26 dient zur Feststellung eines nicht normalen Zustands der Versorgungsspannung in der Antriebseinrichtung 16 auf der Basis eines ersten Schwellenwertes Vth1 zur Erfassung eines Spannungsstoßes auf Grund eines Lastabfalls, eines zweiten Schwellenwertes Vth2 zur Erfassung einer Überspannung bei einem Startvorgang (mit Starthilfe) und eines dritten Schwellenwertes Vth3 zur Erfassung einer ungewöhnlich niedrigen Spannung (Vth1 > Vth2 > Vth3).
Hierbei erzeugt die Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26 in Abhängigkeit von dem ersten Schwellenwert Vth1 ein Überspannungs-Detektionssignal So mit dem Pegel "H" für die ODER-Glieder 21b und 22b, wenn ein plötzlicher ungewöhnlicher Anstieg der Versorgungsspannung auf Grund eines auf einem Lastabfall beruhenden Spannungsstoßes erfasst wird. Falls ein plötzlicher ungewöhnlicher Anstieg der Versorgungsspannung auftritt, gehen somit die Ausgangssignale der ODER-Glieder 21b und 22b in Abhängigkeit von dem Überspannungs-Detektionssignal So auf den Pegel "H" über. Auf diese Weise werden die MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 durch die von den Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a abgegebenen Gatesignale zwangsweise durchgeschaltet, wodurch dem Motor 12a und der Magnetspule 13a, die die Verbraucher bzw. Lasten darstellen, ein Strom zur Unterdrückung des ungewöhnlichen Anstiegs der Versorgungsspannung zugeführt wird. Dieser Zustand der zwangsweise erfolgenden Durchschaltung der MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 dauert nur für eine gewisse Zeitdauer an, bis das Überspannungs-Detektionssignal So endet.
Weiterhin führt die Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26 einem Eingang des NOR-Gliedes 27 bei einer in Abhängigkeit von dem zweiten Schwellenwert Vth2 erfolgenden Erfassung einer Überspannung bei einem (mit Starthilfe durchgeführten) Startvorgang oder bei einer auf der Basis des dritten Schwellenwertes Vth3 erfolgenden Erfassung einer ungewöhnlich niedrigen Versorgungsspannung ein Spannungsstörzustands- Detektionssignal Sa mit dem Pegel "H" zu. Falls somit bei einem (mit Starthilfe erfolgenden) Startvorgang eine Überspannung auftritt oder die Versorgungsspannung in ungewöhnlicher Weise abgefallen ist, wird das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 27 von dem Spannungsstörzustands-Detektionssignal Sa invertiert und geht auf den Pegel "L" über. Hierdurch wird von den Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a kein Gatesignal mehr erzeugt, sodass der dem Motor 12a oder der Magnetspule 13a zugeführte elektrische Strom unterbrochen wird.
Eine Temperatur-Detektorschaltung 28 (die der Störzustands-Detektoreinrichtung zuzuordnen ist) dient zur Erfassung der Substrattemperatur der Antriebseinrichtung 16 und führt einem Eingang des NOR-Gliedes 27 ein Temperaturstörzustands-Detektionssignal St mit dem Pegel "H" zu, wenn die erfasste Temperatur einen vorgegebenen oberen Temperaturgrenzwert überschritten hat. Wenn somit ein ungewöhnlicher Temperaturanstieg der Antriebseinrichtung 16 auftritt, wird das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 27 von dem Temperaturstörzustands-Detektionssignal St invertiert und geht auf den Pegel "L" über. Dies hat zur Folge, dass von den Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a kein Gatesignal mehr erzeugt und somit der dem Motor 12a oder der Magnetspule 13a zugeführte elektrische Strom unterbrochen wird.
Ausgangssignal-Überwachungsschaltungen 29 und 30 (die der Störzustands-Detektoreinrichtung zuzuordnen sind) dienen zur Erfassung der Spannungen zwischen den Source- und Drain-Elektroden der entsprechenden MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 zwecks Erfassung von Störzuständen wie einem Lastkurzschluss (Überstrom) und einem Lastleerlauf auf der Basis der von der erfassten Spannung gebildeten Detektionszeit und der von der Oszillatorschaltung 24 abgegebenen Bezugstaktsignale, wobei bei Erfassung eines Störzustands einem Eingang des NOR-Gliedes 27 ein Störzustands-Detektionssignal Sb mit dem Pegel "H" zugeführt wird. Wenn somit bei dem Motor 12a und der Magnetspule 13a, die die Verbraucher bzw. Lasten darstellen, ein Störzustand wie ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung auftritt, wird das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 27 von dem Störzustands-Detektionssignal Sb invertiert und geht auf den Pegel "L" über, sodass von den Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a kein Gatesignal mehr erzeugt und der dem Motor 12a oder der Magnetspule 13a zugeführte elektrische Strom zwangsweise unterbrochen werden.
Hierbei wird die vorstehend beschriebene Selbstschutzeinrichtung von einer Kombination der ODER-Glieder 21b, 22b, der UND-Glieder 21c, 22c und des NOR-Gliedes 27 gebildet.
Weiterhin erzeugt eine Maskierungs- oder Ausblendschaltung 31 ein Ausblendsignal Sm mit dem Pegel "H" nur für eine gewisse Zeitdauer, bis die Ausgangsspannung der Spannungsverstärkerschaltung 25 sich nach dem Schließen des Stromversorgungskreises der Antriebseinrichtung 16 stabilisiert hat, wobei dieses Ausblendsignal Sm einem Eingang des NOR-Gliedes 27 zugeführt wird. Während der Zeitdauer, bei der die Stabilisierung der Ausgangsspannung der Spannungsverstärkerschaltung 25 erfolgt, wird daher von den Gate-Ansteuerschaltungen 21a und 22a kein Gatesignal erzeugt, um einen instabilen Betrieb der MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22 zu verhindern.
Eine Diagnoseschaltung 32 (die der Signalzuführungseinrichtung entspricht) dient zur Zuführung eines die Antriebseinrichtung 16 betreffenden Diagnosesignals zu der elektronischen Steuereinheit ECU 17. Der Diagnoseschaltung 32 werden von den Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d, 22d die Kurzschluss-Detektionssignale Sg, von der Temperatur-Detektorschaltung 28 das Temperaturstörzustands-Detektionssignal St und von den Ausgangssignal-Überwachungsschaltungen 29, 30 die Störzustands-Detektionssignale Sb zugeführt.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Aufbaus der Diagnoseschaltung 32. Bei der Schaltungsanordnung gemäß 3 besteht die Diagnoseschaltung 32 aus einer von Logikschaltungen gebildeten Diagnose-Wählschaltung 33 und einer Impulsgeneratorschaltung 34 zur Erzeugung von Impulssignalen mit verschiedenen Tastverhältnissen.
Die Diagnose-Wählschaltung 33 wird von vier NAND-Gliedern 33a bis 33d sowie einem UND-Glied 33e gebildet, dem die Ausgangssignale der NAND-Glieder 33a bis 33d zugeführt werden. Die Impulsgeneratorschaltung 34 erzeugt Impulssignale P₂₀, P₄₀, P₆₀ und P₈₀, deren Tastverhältnisse auf 20%, 40%, 60% und 80% während der Dauer des Pegels "L" eingestellt sind. Die Impulssignale P₂₀, P₄₀, P₆₀ und P₈₀ werden den Eingängen einer Seite der NAND-Glieder 33a bis 33d der Diagnose-Wählschaltung 33 zugeführt.
Hierbei werden die der Diagnoseschaltung 32 von der Temperatur-Detektorschaltung 28 und den Ausgangssignal-Überwachungsschaltungen 29, 30 zugeführten Detektionssignale in Abhängigkeit von der Intensität der Beeinträchtigung des Systems eingeteilt bzw. gruppiert. Das von der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 abgegebene Störzustands-Detektionssignal Sb (Störzustands-Detektionssignal der Luftpumpe 12) kennzeichnet die schwerste Beeinträchtigung des Systems und wird dem Eingang einer Seite des NAND-Gliedes 33a der Diagnose-Wählschaltung 33 zugeführt. Das von der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 30 abgegebene Störzustands-Detektionssignal Sb (Störzustands-Detektionssignal des Magnetventils 13) kennzeichnet die nächstschwerste Beeinträchtigung des Systems und wird einem Eingang auf einer Seite des NAND-Gliedes 33b der Diagnose-Wählschaltung 33 zugeführt. Das von der Temperatur-Detektorschaltung 38 abgegebene Temperaturstörzustands-Detektionssignal St (Temperaturstörzustands-Detektionssignal der Antriebseinrichtung 16) kennzeichnet eine relativ geringere Beeinträchtigung des Systems und wird einem Eingang auf einer Seite des NAND-Gliedes 33c der Diagnose-Wählschaltung 33 zugeführt.
Die Ausgangssignale der Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d und 22d werden den Eingängen des in der Figur nicht dargestellten NOR-Gliedes zugeführt, wobei ein von dem NOR-Glied abgegebenes Ausgangssignal mit dem Pegel "H" einem Eingang auf einer Seite des NAND-Gliedes 33d der Diagnose-Wählschaltung 33 als ein Normalbetriebssignal Sx zugeführt wird, das angibt, dass keine Beeinträchtigung des Systems vorliegt. Das in der Figur nicht dargestellte NOR-Glied erzeugt dieses Normalbetriebssignal Sx in einem Zustand, bei dem von den Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d und 22d kein Kurzschluss-Detektionssignal Sg (Signal mit dem Pegel "H") abgegeben wird.
Die derart aufgebaute Diagnoseschaltung 32 arbeitet in der nachstehend näher beschriebenen Weise. Wenn bei Auftreten eines Störzustands in der Luftpumpe 12 ein Störzustands-Detektionssignal Sb von der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 abgegeben wird, wird über das UND-Glied 33e der Diagnose-Wählschaltung 33 ein Impulssignal (ein durch Inversion des Impulssignals P₂₀ erhaltenes Signal) mit einem Tastverhältnis von 20% gebildet. Wenn bei Auftreten eines Störzustands in dem Magnetventil 13 von der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 30 ein Störzustands-Detektionssignal Sb abgegeben wird, wird über das UND-Glied 33e ein Impulssignal (ein durch Inversion des Impulssignals P₄₀ erhaltenes Signal) mit einem Tastverhältnis von 40% gebildet. Wird bei einem ungewöhnlichen Anstieg der Temperatur in der Antriebseinrichtung 16 von der Temperatur-Detektorschaltung 28 ein Temperaturstörzustands-Detektionssignal St abgegeben, erfolgt über das UND-Glied 33e die Abgabe eines Impulses (eines durch Inversion des Impulssignals P₆₀ erhaltenen Signals) mit einem Tastverhältnis von 60%.
In einem Zustand, bei dem die Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d und 22d normal arbeiten, d.h., in einem Zustand, bei dem weder von der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d noch der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 22d ein Kurzschluss-Detektionssignal Sg abgegeben und den beiden Eingangssignalverarbeitungsschaltungen von der elektronischen Steuereinheit ECU 17 ein Antriebs-Instruktionssignal zugeführt werden, wird ein Normalbetriebssignal Sx mit dem Pegel "H" dem Eingang einer Seite des NAND-Gliedes 33d zugeführt. Hierdurch wird über das UND-Glied 33e ein Impuls (ein durch Inversion des Impulssignals P₈₀ erhaltenes Signal) mit einem Tastverhältnis von 80% abgegeben.
Da das UND-Glied 33e in der Ausgangsstufe der Diagnose-Wählschaltung 33 angeordnet ist, wird vorzugsweise ein eine erhebliche Beeinträchtigung des Systems angebendes Impulssignal (mit einem relativ kleinen Tastverhältnis) erzeugt, wenn zusätzlich zu dem Normalbetriebssignal Sx gleichzeitig die Detektionssignale der Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d, 22d und der Temperatur-Detektorschaltung 28 zugeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird somit ein von der Diagnose-Wählschaltung 33 erzeugtes Impulssignal, d.h., ein Impulssignal mit einem eine erhebliche Beeinträchtigung des Systems angebenden kleinen Tastverhältnis, als Diagnosesignal der elektronischen Steuereinheit ECU 17 zugeführt.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel weist die nachstehend näher beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften auf.
Gemäß dem Aufbau dieses Ausführungsbeispiels werden der Motor 12a und die Magnetspule 13a, die die Verbraucher bzw. Lasten darstellen, zwangsweise abgeschaltet, wenn ein Kurzschluss-Detektionssignal Sg, ein Spannungsstörzustands-Detektionssignal Sa, ein Temperaturstörzustands-Detektionssignal St oder ein Störzustands-Detektionssignal Sb von den Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d, 22d, der Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26, der Temperatur-Detektorschaltung 28 oder den Ausgangssignal-Überwachungsschaltungen 28, 30 abgegeben werden, d.h., wenn ein Masseschluss der die Ausgänge P1, P2 der elektronischen Steuereinheit ECU 17 mit der Antriebseinrichtung 16 verbindenden Eingangssignalleitungen vorliegt, eine Überspannung bei einem (mit Starthilfe erfolgenden) Startvorgang angelegt wird, ein ungewöhnlicher Abfall der Versorgungsspannung erfolgt ist, ein ungewöhnlicher Temperaturanstieg der Antriebseinrichtung 16 auftritt, bei dem Motor 12a und der Magnetspule 13a ein Kurzschluss vorliegt oder deren Leitungen unterbrochen sind. Wenn ein Überspannungs-Detektionssignal So erzeugt wird, d.h., wenn auf Grund eines Lastabfalls ein plötzlicher Anstieg der Versorgungsspannung auftritt, wird sowohl dem Motor 12a als auch der Magnetspule 13a zwangsweise ein elektrischer Strom zur Unterdrückung dieses ungewöhnlichen Anstiegs der Versorgungsspannung zugeführt. Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorgänge erfolgt somit bei Auftreten eines Störzustands in der Antriebseinrichtung 16 eine schnelle und zuverlässige Reaktion der Schutzfunktion, wodurch der Schaden für das Gesamtsystem minimal gehalten wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt somit eine Steuerung der Schutzfunktion ohne die elektronische Steuereinheit ECU 17, die zur Diagnose von Störzuständen dient. Anders als beim Stand der Technik, bei dem das System in seiner Gesamtheit einschließlich der die Störzustands-Diagnosefunktion besitzenden elektronischen Steuereinheit ECU 17 betrieben werden muss, bleibt somit ein Störzustand nicht bestehen, bis die Wirkung der Störzustands-Diagnosefunktion der elektronischen Steuereinheit ECU 17 einsetzt. Auf diese Weise kann bei Auftreten eines Störzustands in dem Sekundärluft-Einblassystem die Situation schnell und zuverlässig bewältigt und eine Beschädigung des Systems wirksam verhindert werden.
Weiterhin übermittelt die in der Antriebseinrichtung 16 angeordnete Diagnoseschaltung 32 der eine Diagnosefunktion aufweisenden elektronischen Steuereinheit ECU 17 Diagnosesignale, die den von den Eingangssignalverarbeitungsschaltungen 21d, 22d, der Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26, der Temperatur-Detektorschaltung 28 und den Ausgangssignal-Überwachungsschaltungen 29, 30 ermittelten Steuerzustand der Verbraucher bzw. Lasten repräsentieren. Unter Verwendung dieser Diagnosesignale lassen sich daher auch Wartung und Instandhaltung des Systems verbessern. Hierbei ist in Betracht gezogen, dass die der elektronischen Steuereinheit ECU 17 von der Diagnoseschaltung 32 zugeführten Diagnosesignale Tastverhältnisse besitzen, die mit steigendem Beeinträchtigungsgrad des Sekundärluft-Einblassystems abnehmen. Auf diese Weise kann ein Störzustand, bei dem von einer schwerwiegenden Beeinträchtigung des Systems auszugehen ist, schnell und zuverlässig erfasst werden. Durch unmittelbares Ergreifen geeigneter Maßnahmen seitens der elektronischen Steuereinheit ECU 17 können daher die nachteiligen Auswirkungen auf das System minimal gehalten werden. Auch bei einem normalen Betrieb des Systems wird außerdem ein Diagnosesignal mit dem geringsten Prioritätsgrad (einem Tastverhältnis von 80%) der elektronischen Steuereinheit ECU 17 zugeführt. Von der elektronischen Steuereinheit ECU 17 kann daher ein normaler Betriebszustand der Luftpumpe 12 und des Magnetventils 13 früher als in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des O₂-Sensors 8 festgestellt werden, wodurch ebenfalls die nachteilige Auswirkung eines Störzustands auf das System minimal gehalten wird.
Darüber hinaus verändert sich das Tastverhältnis des Diagnosesignals in einem Bereich von 20% bis 80%. Auch wenn somit ein Signal mit einem Tastverhältnis von 100% oder 0% der elektronischen Steuereinheit ECU 17 in Verbindung mit dem Auftreten eines Störzustands in der die Diagnoseschaltung 32 mit der elektronischen Steuereinheit ECU 17 verbindenden Eingangssignalleitung (wie Masseschluss, Kurzschluss in der Stromversorgung, Leitungsunterbrechung) zugeführt wird, wird dieser Zustand nicht fehlerhaft als Störzustand in der Luftpumpe 12 oder dem Magnetventil 13 oder als ungewöhnlicher Temperaturanstieg der Antriebseinrichtung 16 bewertet. Eine Unterbrechung der Eingangssignalleitung lässt sich einfach feststellen, indem z.B. von der elektronischen Steuereinheit ECU 17 unter Verwendung eines Endwiderstands oder dergleichen eine Vorspannung an die Eingangssignalleitung angelegt wird, sodass der Ausgang auf der Seite der Diagnoseschaltung 32 einen offenen Kollektoranschluss bildet, der ständig oder periodisch durchgeschaltet wird.
Weiterhin wird bei gleichzeitigem Vorliegen von zwei oder mehr Störzuständen vorzugsweise der elektronischen Steuereinheit ECU 17 von der Diagnoseschaltung 32 ein Diagnosesignal (ein Impulssignal mit einem relativ kleinen Tastverhältnis) zugeführt, das das Auftreten eines Störzustands mit einem relativen hohen Bedeutungsgrad repräsentiert. Dies ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Bewältigung eines Störzustands mit einem hohen Bedeutungsgrad, wodurch eine Beeinträchtigung des Sekundärluft-Einblassystems minimal gehalten wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Antriebseinrichtung, wobei nachstehend nur auf diejenigen Bauelemente und Bereiche eingegangen wird, die sich von denjenigen des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden. Hierbei entspricht dieses Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen neunten Ausgestaltung der Erfindung.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß 4 ist die Gate-Ansteuerschaltung 21a zwischen die Spannungsverstärkerschaltung 25 (siehe 1) und den Masseanschluss geschaltet, wobei der Gate-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors 21 zur Ansteuerung bzw. zum Antrieb des Motors 12a über einen Widerstand 35 ein Gatesignal zugeführt wird. Zwischen die Gate-Elektrode und die Source-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors 21 ist eine Reihenschaltung aus einem bipolaren npn-Transistor 36 (der einem Halbleiter-Zusatzschaltelement entspricht) und einer Diode 37 mit der dargestellten Polarität zur Kompensation einer Durchbruchspannung zwischen Kollektor und Emitter und zwischen Basis und Emitter des Transistors 36 geschaltet. Die Basis des Transistors 36 ist über einen Widerstand 38 mit einer Signalleitung (Masseleitung) verbunden, die die Verbindung der Gate-Ansteuerschaltung 21a mit dem Masseanschluss herstellt.
Bei diesem Aufbau fließt im Falle einer Unterbrechung der Masseleitung ein dem von der Gate-Ansteuerschaltung 21a verbrauchten Strom entsprechender Basisstrom zu der Basis des Transistors 36, wodurch der Transistor 36 durchgeschaltet wird. Auch bei einem auf Grund der Leitungsunterbrechung erdfreien Gate-Potential des MOS-Feldeffekttransistors 21 findet daher ein Abfall des Gatepotentials des MOS-Feldeffekttransistors 21 auf den Pegel des Massepotentials statt (was einem Zustand entspricht, bei dem das Gatesignal für den MOS-Feldeffekttransistor 21 annulliert bzw. unterbrochen ist). Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, dass das Sekundärluft-Einblassystem von einem hohen Laststrom geschädigt wird, der unerwünschterweise weiterhin über den MOS-Feldeffekttransistor 21 fließt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Die 5 und 6 veranschaulichen ein eine Verbesserung des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels darstellendes drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nachstehend lediglich diejenigen Bauelemente und Bereiche beschrieben sind, die sich von denjenigen des vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiels unterscheiden. Hierbei entspricht dieses Ausführungsbeispiel der vorstehend beschriebenen zehnten und elften Ausgestaltung der Erfindung.
5 zeigt den Schaltungsaufbau gemäß 4, dem darüber hinaus der detaillierte Schaltungsaufbau der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d gemäß 1 und die periphere Schaltungsanordnung auf deren Eingangsseite hinzugefügt sind. Gemäß 5 umfasst die Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d zwei Vergleicher 39 und 40, die für die Antriebseinrichtung 16 (siehe 1) des Sekundärluft-Einblassystems vorgesehen sind und über den Stromversorgungsanschluss +VB und den Masseanschluss mit Strom versorgt werden, sowie eine Spannungsteilerschaltung 41, die von einer zwischen den Spannungsversorgungsanschluss +VB und den Masseanschluss geschalteten Reihenschaltung von Widerständen 41a bis 41c gebildet wird. Der Vergleicher 40 entspricht hierbei der erfindungsgemäßen Vergleichereinrichtung.
Die Spannungsteilerschaltung 41 erzeugt eine erste Bezugsspannung V1 und eine zweite Bezugsspannung V2 (V2 < V1), die der erfindungsgemäßen "Schwellenspannung" entspricht, wobei die erste Bezugsspannung V1 einem nichtinvertierenden Eingang (+) des Vergleichers 39 und die zweite Bezugsspannung V2 einem nichtinvertierenden Eingang (+) des Vergleichers 40 zugeführt werden. Den invertierenden Eingängen (-) der Vergleicher 39 und 40 werden die über den Ausgang P1 der elektronischen Motorsteuereinheit ECU 17 (siehe 1) abgegebenen Ausgangssignale zugeführt, d.h., ein Antriebs-Instruktionssignal und ein Stopp-Instruktionssignal für die Luftpumpe 12 (siehe 2).
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Antriebs-Instruktionssignal einen Zwischenspannungspegel (einen durch Teilung der Versorgungsspannung durch die Widerstände R1 und R3 erhaltenen Spannungspegel) auf, der während der Durchschaltdauer des die Ausgangsstufe der elektronischen Steuereinheit ECU 17 bildenden Transistors 17a erzeugt wird, während das Stopp-Instruktionssignal den Versorgungsspannungspegel (Anhebungspotential des Endwiderstands R3) aufweist, der während der Sperrzeit des Transistors 17a erzeugt wird.
Wenn der Spannungspegel des Antriebs-Instruktionssignals mit VIN und der Spannungspegel des Stopp-Instruktionssignals mit VOUT bezeichnet werden, besteht in einem normalen Betriebszustand der Schaltungsanordnung zwischen den Bezugsspannungen V1 und V2 die nachstehende Beziehung: 0 < V2 < VIN < V1 < VOUT
In einem normalen Betriebszustand der Schaltungsanordnung erzeugt der Vergleicher 39 daher ein Steuersignal Sp mit dem Pegel "H" wenn der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d über den Ausgang P1 ein Antriebs-Instruktionssignal zugeführt wird, und ein Steuersignal Sp mit dem Pegel "L" wenn ihr über den Ausgang P1 ein Stopp-Instruktionssignal zugeführt wird. Weiterhin gibt der Vergleicher 40 ein Kurzschluss-Detektionssignal Sg mit dem Pegel "H" ab, wenn bei der den Eingang Q1 mit dem Ausgang P1 und der Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d verbindenden Eingangssignalleitung ein Kurzschluss mit dem Chassis bzw. Gehäuse oder dergleichen auftritt und die Spannung am Eingang Q1 auf Massepotential abfällt. Im Normalzustand, bei dem kein Kurzschluss der Eingangssignalleitung mit dem Chassis bzw. Gehäuse vorliegt, wird das Ausgangssignal des Vergleichers 40 auf dem Pegel "L" gehalten.
Wenn hierbei in der in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel vorstehend beschriebenen Weise eine Unterbrechung der die Gate-Ansteuerschaltung 21a mit dem Masseanschluss verbindenden Signalleitung (Masseleitung) auftritt, wird der Transistor 36 durchgeschaltet und das Gatesignal für den MOS-Feldeffekttransistor 21 annulliert bzw. unterbrochen, wodurch zuverlässig verhindert wird, dass das Sekundärluft-Einblassystem durch das unerwünschte Fließen eines hohen Laststroms über den MOS-Feldeffekttransistor 21 beschädigt wird.
Hierbei besteht in einem Zustand, in dem die Schutzfunktion in Betrieb ist, d.h., in einem Zustand, bei dem der Transistor 36 auf Grund einer Unterbrechung der Masseleitung durchgeschaltet ist, die Möglichkeit, dass die zur Erfassung der Source-Drain-Spannung des MOS-Feldeffekttransistors 21 vorgesehene Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 (siehe 1) nicht normal arbeitet (wie im Falle des ersten Ausführungsbeispiels ermittelt hierbei die Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 das Auftreten eines Störzustands wie eines Lastkurzschlusses oder eines Lastleerlaufs auf der Basis der überwachten Spannung und gibt bei Ermittlung des Vorliegens eines Störzustands ein Störzustands-Detektionssignal Sb mit dem Pegel "H" ab).
Bei einem Zustand, bei dem der Transistor 36 auf Grund einer Unterbrechung der Masseleitung durchgeschaltet ist, fällt nämlich das Potential VP am stromversorgungsseitigen Anschluss M1 des Motors 12a (der dem Messanschluss der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 entspricht) unter das in dem Bereich der Masseleitungsunterbrechung vorliegende Potential VE ab, d.h., unter das Potential VE am Anschluss GND gemäß 5. Wenn hierbei im einzelnen der von der Antriebseinrichtung 16 verbrauchte und über die Masseleitung fließende Strom mit Io, die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors 36 mit VBE, der Spannungsabfall in Durchlassrichtung an der Diode 37 mit VF und der Widerstandswert des Widerstands 38 mit R bezeichnet sind, ist bei einer Unterbrechung der Masseleitung die nachstehende Beziehung gegeben, bei der VE > VP gilt: VE = Io∙R + VBE + VF + VP
Außerdem nimmt im Durchschaltzustand des Transistors 36 das Potential VP am Anschluss M1 des Motors 12a auch dann, wenn der von der Antriebseinrichtung 16 verbrauchte Strom Io (von z.B. einigen mA bis zu einigen zehn mA) vollständig in eine niederohmige Last von weniger als 1 Ω wie den Motor 12a fließt, den Wert VP ≈ 0 V an, sodass gilt: VE ≈ Io∙R + VBE + VF (1)
Wenn hierbei die integrierte Schaltungsanordnung mit der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 einen durch getrennte PN-Übergänge erhaltenen allgemeinen Aufbau aufweist, besteht die Möglichkeit, dass die Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 nicht normal arbeitet, wenn das Potential VP am Messanschluss in der vorstehend beschriebenen Weise unter das Potential VE in dem Bereich der Masseleitungsunterbrechung abfällt. Wenn jedoch die Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 keine normale Überwachung des Vorliegens von Störzuständen vornimmt, wird von der Antriebseinrichtung 16 auch kein Störzustands-Diagnosesignal abgegeben, sodass die das übergeordnete System darstellende elektronische Steuereinheit ECU 17 nicht länger in der Lage ist, einen Störzustand festzustellen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher bei einem Zustand, bei dem auf Grund einer Unterbrechung der Masseleitung das Potential VE im Unterbrechungsbereich in der durch die vorstehende Gleichung (1) angegebenen Weise angehoben ist und somit die erste Bezugsspannung V1 und die zweite Bezugsspannung V2 (V2 < V1) angehoben sein können, der Wert des Potentials VE derart festgelegt, dass die nachstehende Beziehung gilt: VE < VIN < V2 (2)
Bei Auftreten eines Störzustands, bei dem eine Unterbrechung der Masseleitung vorliegt, gibt der Vergleicher 40 daher ein (dem Kurzschluss-Detektionssignal Sg entsprechendes) Signal mit dem Pegel "H" ab, wenn über den Ausgang P1 ein Antriebs-Instruktionssignal (Spannungspegel VIN) zugeführt wird. Das Auftreten einer Unterbrechung der Masseleitung kann somit als scheinbares Auftreten eines Masseschlusses der Eingangssignalleitung erfasst werden. Bei dem Schaltungsaufbau gemäß 5 ist der Widerstandswert R des Widerstands 38 unter Berücksichtigung des Wertes des von der Antriebseinrichtung 16 verbrauchten Stroms Io zur Aufrechterhaltung der Beziehung (2) festgelegt.
Wenn zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 mehrere Stromkreise für den Verbrauchsstrom Io vorhanden sind, werden die Ströme z.B. unter Verwendung von Widerständen, die auch zum Schutz der Schaltungsanordnung dienen, vorher bei Stromkreisen, die nicht die grundsätzliche Funktion der Antriebseinrichtung 16 beeinflussen oder beeinträchtigen, derart verringert, dass nur noch bis zur Hälfte des gesamten Verbrauchsstroms Io über den Stromkreis (über die Masseleitung vom Anschluss GND) gemäß 5 fließt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient eine in 6 dargestellte Diagnoseschaltung 42 anstelle der Diagnoseschaltung 32 (siehe 3) des ersten Ausführungsbeispiels als Signalzuführungseinrichtung. Die Diagnoseschaltung 42 umfasst eine Diagnose-Wählschaltung 43 mit einem in Bezug auf die Diagnose-Wählschaltung 33 der Diagnoseschaltung 32 unterschiedlichen Aufbau. Im einzelnen umfasst die Diagnose-Wählschaltung 43 vier NAND-Glieder 43a bis 43d mit jeweils drei Eingängen, ein UND-Glied 43e, dem die Ausgangssignale der NAND-Glieder 43a bis 43d zugeführt werden, sowie ein NICHT-Glied 43f (das einer Funktionsänderungseinrichtung entspricht), dem das Kurzschluss-Detektionssignal Sg zugeführt wird, das einen Masseschluss der Eingangssignalleitung bezeichnet. Bei den NAND-Gliedern 43a bis 43d wird ein jeweiliger erster Eingang separat mit dem Störzustands-Detektionssignal Sb der Luftpumpe 12, dem Störzustands-Detektionssignal Sb des Magnetventils 13, dem Temperaturstörzustands-Detektionssignal St und dem Normalbetriebssignal Sx beaufschlagt, während jeweiligen zweiten Eingängen das Ausgangssignal des NICHT-Gliedes 43 und jeweiligen dritten Eingängen separat die Impulssignale P₂₀, P₄₀, P₆₀ und P₈₀ von der Impulsgeneratorschaltung 34 zugeführt werden.
Bei der Diagnoseschaltung 42 gibt daher das UND-Glied 43e bei Anstehen des Kurzschluss-Detektionssignals Sg zwangsweise ein Diagnosesignal mit einem Tastverhältnis von 100% ab, dem in Bezug auf die anderen Diagnosesignale Priorität eingeräumt wird. Hierbei wird das Kurzschluss-Detektionssignal Sg erzeugt, wenn sowohl ein Masseschluss der Eingangssignalleitung als auch eine Unterbrechung der Masseleitung vorliegen. Von der elektronischen Steuereinheit ECU 17 wird somit das Vorliegen eines Störzustands einerseits bei Auftreten eines Masseschlusses der Eingangssignalleitung und andererseits bei einer Unterbrechung der Masseleitung festgestellt.
Bei fehlerhafter Erzeugung eines Störzustands-Detektionssignals Sb bei nicht normalem Arbeiten der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 in einem Zustand, bei dem in Verbindung mit einer Unterbrechung der Masseleitung das Potential VP am Messanschluss der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 (am stromversorgungsseitigen Anschluss M1 des Motors 12a) unter das Potential VE im Unterbrechungsbereich der Masseleitung abfällt, wird somit das die höchste Priorität aufweisende Diagnosesignal (mit einem Tastverhältnis von 100%) zur Anzeige eines Masseschlusses der Eingangssignalleitung oder einer Unterbrechung der Masseleitung erzeugt. Auch bei nicht normalem Arbeiten der Ausgangssignal-Überwachungsschaltung 29 wird somit das Vorliegen eines Störzustands von dem übergeordneten System in Form der elektronischen Steuereinheit ECU 17 zuverlässig erkannt. Da außerdem die zur Ermittlung eines Masseschlusses der Eingangssignalleitung vorgesehene Eingangssignalverarbeitungsschaltung 21d auch zur Feststellung einer Unterbrechung der Masseleitung Verwendung findet, wird ein komplexer Schaltungsaufbau verhindert.
Viertes Ausführungsbeispiel
7 veranschaulicht ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels darstellt, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
Das in 7 veranschaulichte vierte Ausführungsbeispiel ähnelt der Schaltungsanordnung gemäß 6 und ist anstelle der Diagnoseschaltung 42 mit einer Diagnoseschaltung 44 ausgestattet. Die Diagnoseschaltung 44 umfasst eine Diagnose-Wählschaltung 33', die grundsätzlich in der gleichen Weise wie die Diagnose-Wählschaltung 33 der Diagnoseschaltung 32 (siehe 3) des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut ist. Im einzelnen umfasst die Diagnose-Wählschaltung 33' vier NAND-Glieder 33a bis 33d, ein NICHT-Glied 33f (das einer Funktionsänderungseinrichtung entspricht), dem das einen Masseschluss der Eingangssignalleitung angebende Kurzschluss-Detektionssignal Sg zugeführt wird, sowie ein UND-Glied 33e', dem die Ausgangssignale der NAND-Glieder 33a bis 33d und des NICHT-Gliedes 33f zugeführt werden.
Wenn der Diagnoseschaltung 44 das Kurzschluss-Detektionssignal Sg zugeführt wird, gibt daher das UND-Glied 33e' zwangsweise ein Diagnosesignal mit einem Tastverhältnis von 0% ab, das Priorität in Bezug auf die anderen Diagnosesignale aufweist, sodass die gleiche Wirkung wie im Falle des vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiels erzielt wird.
Andere Ausführungsbeispiele
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch in der nachstehend näher beschriebenen Weise zusätzlich modifiziert oder erweitert werden.
Bei einem plötzlichen Anstieg der Versorgungsspannung auf Grund eines Lastabfalls wird dieser ungewöhnliche Anstieg der Versorgungsspannung durch zwangsweise Zuführung eines Stroms zu sowohl dem Motor 12a als auch der Magnetspule 13a unterdrückt. Hierbei kann der elektrische Strom jedoch auch zwangsweise dem Motor 12a und/oder der Magnetspule 13a (oder vorzugsweise dem einen hohen Laststrom führenden Motor 12a) zugeführt werden. Außerdem kann auch das Spannungsstörzustands-Detektionssignal Sa der Versorgungsspannungs-Detektorschaltung 26 der Diagnoseschaltung 32 zugeführt und darüber hinaus ein Diagnosesignal zur Anzeige der Zuführung des Spannungsstörzustands-Detektionssignals Sa von der Diagnoseschaltung 32 zu der elektronischen Steuereinheit ECU 17 abgegeben werden. Weiterhin besteht in Bezug auf den in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen im einzelnen beschriebenen Aufbau der Gate-Logikschaltungen keine Beschränkung, sondern es kann auch ein andersartiger Aufbau der Gate-Logikschaltungen unter der Voraussetzung in Betracht gezogen werden, dass äquivalente Funktionen gewährleistet sind. Weiterhin wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorzugsweise ein Diagnosesignal mit einem kleinen Tastverhältnis abgegeben. Wenn jedoch ein Signal mit einem großen Tastverhältnis einem Störzustand mit einem hohen Bedeutungsgrad zugeordnet wird, ist ein Diagnosesignal mit einem großen Tastverhältnis vorzuziehen.
Die Zuführung der über die Luftpumpe 12 und das Magnetventil 13 eingeblasenen Sekundärluft erfolgt zwar vom Luftfilter 3 über das Sekundärluft-Zuführungsrohr 11, jedoch kann auch ein spezieller Luftfilter in einer Stufe stromauf der Luftpumpe 12 vorgesehen und die über den Luftfilter geführte Luft mit Hilfe der Luftpumpe 12 und des Magnetventils 13 eingeblasen werden.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich somit allgemein auf eine zur Steuerung eines Verbrauchers bzw. einer Last 12a, 13a dienende Antriebs- oder Ansteuereinrichtung 16, die in einem einzigen Chip-Baustein angeordnet ist und ein Halbleiter-Schaltelement 21, 22 zur Steuerung der Zuführung eines elektrischen Stroms zu der Last 12a, 13a, eine Gate-Ansteuerschaltung 21d, 22d zur Betätigung des Halbleiter-Schaltelements bei Zuführung eines Instruktionssignals von einem übergeordneten System 17, eine Vielzahl von Störzustands-Detektoreinrichtungen 26, 28, 29, 30 zur jeweiligen Ermittlung von bestimmten Betriebszuständen der Antriebseinrichtung und jeweiligen Erzeugung von diesen Betriebszuständen entsprechenden Betriebssignalen, wobei die Betriebszustände ungewöhnliche Betriebszustände (Störzustände) oder einen Normalbetrieb umfassen, eine logische Steuerschaltung 27, 21c, 22c, 21b, 22b zur Durchführung einer Selbstschutzsteuerung auf der Basis der von der Vielzahl der Störzustands-Detektoreinrichtungen erhaltenen Signale, und eine Diagnoseschaltung 32 zur Erzeugung eines dem übergeordneten System 17 zugeführten Diagnose-Impulssignals mit einem vorgegebenen Tastverhältnis umfasst, das auf der Basis eines Bedeutungsgrades eines jeden der von den Störzustands-Detektoreinrichtungen 26, 28, 29 festgestellten bestimmten Betriebszustände der Antriebseinrichtung festgelegt ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Sekundärluft-Einblassystem steuern somit MOS-Feldeffekttransistoren (21, 22) die Zuführung eines elektrischen Stroms zum Antrieb eines Motors (12a) einer Luftpumpe (12) und zur Betätigung einer Magnetspule (13a) eines Magnetventils (13) zur Einblasung von Sekundärluft in einen Abgaskanal (6) stromauf eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Katalysators (7). Die MOS-Feldeffekttransistoren (21, 22) werden von Gate-Ansteuerschaltungen (21a, 22a) auf der Basis von Instruktionen gesteuert, die von einer elektronischen Steuereinheit (17) über Eingangssignalverarbeitungsschaltungen (21d, 22d) zugeführt werden. Hierbei werden das Auftreten von Störzuständen bei der Steuerung der Luftpumpe (12) und des Magnetventils (13) erfasst und bei Feststellung des Vorliegens eines Störzustands die MOS-Feldeffekttransistoren (21, 22) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem Motor (12a) und der Magnetspule (13a) zwangsweise gesperrt. Eine Diagnoseschaltung (32) führt der elektronischen Steuereinheit (17) Diagnosesignale zu, die den Steuerzustand der Verbraucher bzw. Lasten angeben.

Claims

Antriebseinrichtung (16) für ein Sekundärluft-Einblassystem, mit einer Luftpumpe (12a) mit Motorantrieb und einem Magnetventil (13a) zur Zuführung von Sekundärluft in einen Abgaskanal (6) stromauf eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Katalysators (7) sowie einem ersten und einem zweiten Halbleiter-Schaltelement (21, 22) zur separaten Steuerung der Zuführung von elektrischem Strom zu der Luftpumpe (12a) und dem Magnetventil (13a), gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungseinrichtung (21d, 22d) zur Betätigung des ersten und zweiten Halbleiter-Schaltelements bei Zuführung eines Instruktionssignals von einem übergeordneten System (17), eine Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29, 30) zur Erfassung von Störzuständen bei der Steuerung der Luftpumpe (12a) und des Magnetventils (13a), eine Selbstschutzeinrichtung (21b, 22b, 21c, 22c, 27) zur Durchführung eines vorgegebenen Selbstschutz-Steuervorgangs auf der Basis des Ergebnisses der von der Störzustands-Detektoreinrichtung durchgeführten Störzustandsermittlung, und eine Signalzuführungseinrichtung (32), die dem übergeordneten System ein Diagnosesignal zuführt, das den Zustand einer von der Signalverarbeitungseinrichtung und der Selbstschutzeinrichtung gesteuerten Last angibt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinrichtung (21d, 22d), die Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29, 30), die Selbstschutzeinrichtung (21b, 22b, 21c, 22c, 27) und die Signalzuführungseinrichtung (32) zusammen mit dem ersten und dem zweiten Halbleiter-Schaltelement (21, 22) im gleichen Baustein angeordnet sind.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (29, 30) das Auftreten einer Funktionsstörung in der Luftpumpe (12a) und in dem Magnetventil (13a) als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (21b, 22b, 21c, 22c, 27) bei Erfassung eines Störzustands in der Luftpumpe (12a) oder dem Magnetventil (13a) durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (29, 30) das erste und das zweite Halbleiter-Schaltelement (21, 22) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise sperrt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) einen durch einen Spannungsstoß verursachten plötzlichen ungewöhnlichen Anstieg der Versorgungsspannung als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (21b, 22b) bei Erfassung des Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) das erste und/oder das zweite Halbleiter-Schaltelement (21, 22) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise durchschaltet.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) einen ungewöhnlichen Anstieg oder einen ungewöhnlichen Abfall der Versorgungsspannung als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (21b, 22b, 21c, 22c, 27) bei Erfassung des Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Schaltelement als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise sperrt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (28) einen über einen oberen Grenzwert hinaus erfolgenden übermäßigen Temperaturanstieg der Einrichtung als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (27) bei Erfassung des Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (28) sowohl das erste als auch das zweite Halbleiter-Schaltelement (21, 22) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise sperrt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalzuführungseinrichtung (32) als Diagnosesignal ein Impulssignal mit einem vorgegebenen Tastverhältnis erzeugt, das weder 0% noch 100 beträgt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29, 30) Störzustände in vielfältiger Form erfasst und dass die Signalzuführungseinrichtung (32) die Tastverhältnisse der als Diagnosesignale abgegebenen Impulssignale in Abhängigkeit von dem Bedeutungsgrad des von der Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29, 30) erfassten Störzustands derart einstellt, dass bei gleichzeitiger Erfassung von zwei oder mehr Störzuständen durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29, 30) vorzugsweise ein Impulssignal erzeugt wird, das einem Störzustand mit einem relativ hohen Bedeutungsgrad entspricht.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten und zweiten Halbleiter-Schaltelement (21, 22) zumindest das erste Halbleiter-Schaltelement (21) zum Antrieb der Luftpumpe (12a) von einem mit der Stromversorgungsseite verbundenen N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor gebildet wird und dass ein Halbleiter-Zusatzschaltelement (36) vorgesehen ist, das bei Unterbrechung einer mit einer zur Zuführung eines Gatesignals zu dem MOS-Feldeffekttransistor vorgesehenen Gate-Ansteuerschaltung (21a) verbundenen Masseleitung zur Unterbrechung des Gatesignals durchgeschaltet wird.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endwiderstand (R3) zur Anhebung einer Eingangsspannung der den MOS-Feldeffekttransistor ansteuernden Signalverarbeitungseinrichtung auf ein vorgegebenes Anhebungspotential bei Zuführung einer Instruktion von dem übergeordneten System vorgesehen ist, und dass die Signalverarbeitungseinrichtung eine Spannungsteilerschaltung (41) zur Erzeugung einer Schwellenspannung mit einem niedrigeren Pegel als das Anhebungspotential und einem höheren Pegel als das Massepotential durch Teilung einer zwischen dem Stromquellenanschluss und dem Masseanschluss anstehenden Spannung, und einen Vergleicher (40) zum Vergleichen einer Eingangsspannung mit der Schwellenspannung und Erzeugung eines Kurzschluss-Detektionssignals bei einer unter der Schwellenspannung liegenden Eingangsspannung aufweist, wobei der Pegel der von der Spannungsteilerschaltung (41) erzeugten Schwellenspannung höher als die Eingangsspannung bei einem Zustand eingestellt ist, bei dem das Potential des Masseanschlusses auf Grund einer Unterbrechung der Masseleitung angehoben ist.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die das Diagnosesignal für das übergeordnete System erzeugende Signalzuführungseinrichtung (32) eine Funktionsänderungseinrichtung (43f) aufweist, die zwangsweise ein Diagnosesignal mit einem Tastverhältnis von 100 oder 0% erzeugt, wenn das Kurzschluss-Detektionssignal von der Signalverarbeitungseinrichtung abgegeben wird.
Antriebseinrichtung (16) für ein Sekundärluft-Einblassystem, mit einer Luftpumpe (12a) mit Motorantrieb zur Zuführung von Sekundärluft in einen Abgaskanal (6) stromauf eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Katalysators (7) sowie einem Halbleiter-Schaltelement (21) zur Steuerung der Zuführung von elektrischem Strom zu der Luftpumpe (12a), gekennzeichnet durch eine Signalverarbeitungseinrichtung (21d) zur Betätigung des Halbleiter-Schaltelements (21) bei Zuführung eines Instruktionssignals von einem übergeordneten System (17), eine Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29) zur Erfassung von Störzuständen bei der Steuerung der Luftpumpe (12a), eine Selbstschutzeinrichtung (21b, 21c, 27) zur Durchführung eines vorgegebenen Selbstschutz-Steuervorgangs auf der Basis des Ergebnisses der von der Störzustands-Detektoreinrichtung durchgeführten Störzustandsermittlung, und eine Signalzuführungseinrichtung (32), die dem übergeordneten System (17) ein Diagnosesignal zuführt, das den Zustand einer von der Signalverarbeitungseinrichtung und der Selbstschutzeinrichtung gesteuerten Last angibt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (29) das Auftreten einer Funktionsstörung in der Luftpumpe (12a) als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (27) bei Erfassung eines Störzustands in der Luftpumpe (12a) durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (29) das Halbleiter- Schaltelement (21) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise sperrt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) einen durch einen Spannungsstoß verursachten plötzlichen ungewöhnlichen Anstieg der Versorgungsspannung als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (21b) bei Erfassung des Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) das Halbleiter-Schaltelement (21) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise durchschaltet.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) einen ungewöhnlichen Anstieg oder einen ungewöhnlichen Abfall der Versorgungsspannung als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (27) bei Erfassung des Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (26) das Halbleiter-Schaltelement (21) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise sperrt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (28) einen über einen oberen Grenzwert hinaus erfolgenden übermäßigen Temperaturanstieg der Einrichtung als Störzustand erfasst und dass die Selbstschutzeinrichtung (27) bei Erfassung des Störzustands durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (28) das Halbleiter-Schaltelement (21) als Selbstschutzmaßnahme zwangsweise sperrt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalzuführungseinrichtung (32) als Diagnosesignal ein Impulssignal mit einem vorgegebenen Tastverhältnis erzeugt, das weder 0% noch 100 beträgt.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29) Störzustände in vielfältiger Form erfasst und dass die Signalzuführungseinrichtung (32) die Tastverhältnisse der als Diagnosesignale abgegebenen Impulssignale in Abhängigkeit von dem Bedeutungsgrad des von der Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29) erfassten Störzustands derart einstellt, dass bei gleichzeitiger Erfassung von zwei oder mehr Störzuständen durch die Störzustands-Detektoreinrichtung (26, 28, 29) vorzugsweise ein Impulssignal erzeugt wird, das einem Störzustand mit einem relativ hohen Bedeutungsgrad entspricht.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Schaltelement (21) von einem mit der Stromversorgungsseite verbundenen N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor gebildet wird und dass ein Halbleiter-Zusatzschaltelement (36) vorgesehen ist, das bei Unterbrechung einer mit einer zur Zuführung eines Gatesignals zu dem MOS-Feldeffekttransistor vorgesehenen Gate-Ansteuerschaltung (21a) verbundenen Masseleitung zur Unterbrechung des Gatesignals durchgeschaltet wird.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endwiderstand (R3) zur Anhebung einer Eingangsspannung der den MOS-Feldeffekttransistor ansteuernden Signalverarbeitungseinrichtung (21d) auf ein vorgegebenes Anhebungspotential bei Zuführung einer Instruktion von dem übergeordneten System (17) vorgesehen ist, und dass die Signalverarbeitungseinrichtung (21d) eine Spannungsteilerschaltung (41) zur Erzeugung einer Schwellenspannung mit einem niedrigeren Pegel als das Anhebungspotential und einem höheren Pegel als das Massepotential durch Teilung einer zwischen dem Stromquellenanschluss und dem Masseanschluss anstehenden Spannung, und einen Vergleicher (39, 40) zum Vergleichen einer Eingangsspannung mit der Schwellenspannung und Erzeugung eines Kurzschluss-Detektionssignals bei einer unter der Schwellenspannung liegenden Eingangsspannung aufweist, wobei der Pegel der von der Spannungsteilerschaltung (41) erzeugten Schwellenspannung höher als die Eingangsspannung bei einem Zustand eingestellt ist, bei dem das Potential des Masseanschlusses auf Grund einer Unterbrechung der Masseleitung angehoben ist.
Antriebseinrichtung für ein Sekundärluft-Einblassystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die das Diagnosesignal für das übergeordnete System erzeugende Signalzuführungseinrichtung (32) eine Funktionsänderungseinrichtung (33f, 43f) aufweist, die zwangsweise ein Diagnosesignal mit einem Tastverhältnis von 100 oder 0% erzeugt, wenn das Kurzschluss- Detektionssignal von der Signalverarbeitungseinrichtung (21d) abgegeben wird.