DE102010063112A1 - Device for inductive heating of a fuel injection valve - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventil mit einem Parallelschwingkreis aus einer eine Heizwicklung bildenden Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) und einem Kondensator (C1) wobei die Verbindungspunkte der Spule und des Kondensators (C1) einen ersten (A1) und einen zweiten (A2) Schwingkreisanschluss bilden. Der erste Schwingkreisanschluss (A1) ist dabei über einen ersten steuerbaren Schalter (T1) und der zweite Schwingkreisanschluss (A2) über einen zweiten steuerbaren Schalter (T2) mit dem Bezugspotentialanschluss (A3) verbunden. Der Steueranschluss des ersten steuerbaren Schalters (T1) ist über eine in Durchlassrichtung gepolte erste Diode (D1) mit dem zweiten Schwingkreisanschluss (A2) und der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters (T2) über eine in Durchlassrichtung gepolte zweite Diode (D2) mit dem ersten Schwingkreisanschluss (A1) verbunden ist. Ein Mittenabgriff der Schwingkreisspule ist über eine Drosselspule (L2) und die Steuereingänge der steuerbaren Schalter (T1, T2) sind mit einem Versorgungsspannungsanschluss (V0) zur Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung verbunden. In erfindungsgemäßer Weise bildet die Schwingkreisspule eine Heizwicklung zum induktiven Heizen des Kraftstoffeinspritzventils.The invention relates to a device for inductive heating of a fuel injection valve with a parallel resonant circuit comprising a resonant circuit coil (L1; L11; L12; L21; L22) forming a heating winding and a capacitor (C1), the connection points of the coil and the capacitor (C1) having a first ( A1) and form a second (A2) resonant circuit connection. The first resonant circuit connection (A1) is connected to the reference potential connection (A3) via a first controllable switch (T1) and the second resonant circuit connection (A2) via a second controllable switch (T2). The control connection of the first controllable switch (T1) is connected to the second resonant circuit connection (A2) via a first diode (D1) polarized in the forward direction and the control connection of the second controllable switch (T2) is connected to the first via a second diode (D2) polarized in the forward direction Resonant circuit connection (A1) is connected. A center tap of the resonant circuit coil is connected via a choke coil (L2) and the control inputs of the controllable switches (T1, T2) are connected to a supply voltage connection (V0) for applying a supply voltage. In a manner according to the invention, the resonant circuit coil forms a heating winding for inductive heating of the fuel injection valve.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Heizen eines induktiven Kraftstoffeinspritzventils in einem Kraftfahrzeug mit einem Parallelschwingkreis aus einer eine Heizwicklung bildenden Schwingkreisspule und einem Kondensator, wobei die Verbindungspunkte der Schwingkreisspule und des Kondensators einem ersten und einem zweiten Schwingkreisanschluss bilden, wobei der erste Schwingkreisanschluss über einen ersten steuerbaren Schalter mit einem Bezugspotentialanschluss und der zweite Schwingkreisanschluss über einen zweiten steuerbaren Schalter mit dem Bezugspotentialanschluss verbunden sind. Der Steueranschluss des steuerbaren Schalters ist über eine in Durchlass gepolte erste Diode mit dem zweiten Schwingkreisanschluss und der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters über eine in Durchlass gepolte zweite Diode mit dem ersten Schwingkreisanschluss verbunden. Ein Mittenabgriff der Schwingkreisspule ist über eine Drosselspule und die Steuereingänge der steuerbaren Schalter sind mit einem Versorgungsspannungsanschluss zur Beaufschlagung der Vorrichtung mit einer Versorgungsspannung verbunden.The invention relates to a device for inductive heating of an inductive fuel injection valve in a motor vehicle with a parallel resonant circuit of a heating coil forming a resonant circuit coil and a capacitor, wherein the connection points of the resonant circuit coil and the capacitor form a first and a second resonant circuit connection, wherein the first resonant circuit connection via a first controllable switch with a reference potential terminal and the second resonant circuit terminal are connected via a second controllable switch to the reference potential terminal. The control terminal of the controllable switch is connected to the second resonant circuit connection via a first diode poled in forward-polarity with the second resonant circuit connection and the control connection of the second controllable switch via a second diode poled in forward conduction. A center tap of the resonant circuit coil is connected via a choke coil and the control inputs of the controllable switches are connected to a supply voltage connection for applying a supply voltage to the device.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US 2007/200006 A1 bekannt. Diese Vorrichtung bildet einen Oszillator, der hochfrequente elektromagnetische Energie in der Schwingkreisspule erzeugt. Bei der Vorrichtung der US 2007/200006 A1 ist jedoch die Schwingkreisspule als Primärwicklung eines Transformators ausgebildet, dessen Sekundärwicklung zusammen mit einem in Serie zur Sekundärwicklung geschalteten Filterkondensator parallel zum Solenoidantrieb eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils geschaltet ist, zu dem außerdem die Serienschaltung aus einer Heizwicklung und einem weiteren Filterkondensator parallel geschaltet sind. Hierbei bilden die Sekundärwicklung des Transformators, die beiden Filterkondensatoren und die Heizwicklung einen Schwingkreis, in den über den Transformator hochfrequente elektromagnetische Energie übertragen wird, um diese in der Heizwicklung in Verbindung mit dem ferromagnetischen Material des Ventilgehäuses in Wärme umzusetzen. Der Vorteil der dortigen aufwändigen Konstruktion ist, dass nur zwei Verbindungsleitungen zum Einspritzventil geführt werden müssen.Such a device is from the US 2007/200006 A1 known. This device forms an oscillator that generates high-frequency electromagnetic energy in the resonant circuit coil. In the device of US 2007/200006 A1 However, the resonant circuit coil is formed as a primary winding of a transformer whose secondary winding is connected in parallel with a filter capacitor connected in series with the secondary winding parallel to the solenoid drive of an electromagnetic fuel injection valve, to which also the series connection of a heating coil and another filter capacitor are connected in parallel. In this case, the secondary winding of the transformer, the two filter capacitors and the heating coil form a resonant circuit in which high-frequency electromagnetic energy is transmitted through the transformer to convert it into heat in the heating coil in conjunction with the ferromagnetic material of the valve housing. The advantage of the elaborate construction there is that only two connecting lines to the injection valve must be performed.

Allerdings ist für die hierfür erforderliche drahtlose Einkopplung der hochfrequenten elektromagnetischen Energie des Oszillators der Transformator erforderlich, der bei der geforderten Leistung von ca. 1 kW und den typischen Werten für die Frequenz von 50 kHz bis 100 kHz sehr teuer ist, zumal er aus mehreren teil angezapften Wicklungen aufgebaut sein muss, die zudem gegeneinander isoliert sind. Wegen des bei den hohen Frequenzen auftretenden Skineffetes müssen die Wicklungen zudem aus Litze mit Einzeladerisolierung – sog. HF-Litze – angefertigt werden, was die Kosten weiter erhöht.However, for the necessary wireless coupling of the high-frequency electromagnetic energy of the oscillator transformer is required, which is very expensive at the required power of about 1 kW and the typical values for the frequency of 50 kHz to 100 kHz, especially since it consists of several tapped windings must be constructed, which are also isolated from each other. Due to the skin effect occurring at high frequencies, the windings also have to be made of stranded wire with single wire insulation - so-called HF strand - which further increases costs.

Sollen nun, wie bei einem üblichen Vierzylindermotor naheliegend, mehrere Kraftstoffeinspritzventile induktiv geheizt werden, so führt eine funktional, technisch und kostenmäßig vorteilhafte Ausgestaltung sehr leicht zu einer Mehrzahl von Induktivitäten und Transformatoren.If now, as in a conventional four-cylinder engine obvious, several fuel injection valves are heated inductively, so performs a functional, technical and cost advantageous embodiment very easily to a plurality of inductors and transformers.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die kostengünstiger ist.It is therefore the object of the invention to provide a device that is less expensive.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der gemäß Patentanspruch 1 die mittenangezapfte Schwingkreisspule selbst als Heizwicklung zum induktiven Heizen des Kraftstoffeinspritzventils verwendet wird. Die Heizwicklung ist dabei im Prinzip als Spartransformator ausgeführt, also nur mit der Primärwicklung mit Mittenanzapfung.The object is achieved by a generic device in which according to claim 1, the mittertenzapfte resonant circuit coil itself is used as a heating coil for inductive heating of the fuel injection valve. The heating coil is designed in principle as an autotransformer, ie only with the primary winding with center tap.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Steuereingänge der steuerbaren Schalter jeweils über einen Widerstand mit dem Versorgungsanschluss verbunden. Durch diese Widerstände wird der Strom durch die erste und die zweite Diode begrenzt.In an advantageous embodiment of the invention, the control inputs of the controllable switches are each connected via a resistor to the supply connection. These resistances limit the current through the first and second diodes.

Für den Fall, dass weitere Einspritzventile beheizt werden sollen, können die hierfür erforderlichen Heizwicklungen – ebenfalls als Spartrafo ausgebildet – parallel zur Schwingkreisspule geschaltet werden und somit ebenfalls von dem Oszillator mit elektromagnetischer Energie versorgt werden.In the event that additional injectors are to be heated, the heating coils required for this purpose - also designed as a Spartrafo - can be connected in parallel to the resonant circuit coil and thus also be supplied by the oscillator with electromagnetic energy.

In vorteilhafter Weise sind die Heizwicklungen bifilar ausgeführt, um eine gute magnetische Kopplung beider Teilwicklungen zu ermöglichen, was wiederum die Belastung der ansteuernden Schalter ausgleicht. Durch geeignete Wahl der Windungszahl und der Kapazität des Schwingkreiskondensators lassen sich sowohl die Schwingfrequenz als auch die Heizleistung einstellen. Des Weiteren reduziert die bifilare Wicklungsweise Unterschiede im magnetischen Fluss im Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils, so dass Querwirkungen auf den nahebefindlichen Solenoidantrieb des Kraftstoffeinspritzventils vermieden werden.Advantageously, the heating coils are bifilar designed to allow a good magnetic coupling of both partial windings, which in turn compensates the load of the driving switch. By suitable choice of the number of turns and the capacity of the resonant circuit capacitor, both the oscillation frequency and the heating power can be adjusted. Furthermore, the bifilar winding reduces differences in the magnetic flux in the housing of the fuel injector, thus avoiding cross-reactions to the near solenoid drive of the fuel injector.

Für den Fall, dass eine Kompensation der Gleichstromanteile in den Teilwicklungen der Heizwicklung nicht erforderlich ist, so kann auf eine bifilare Wicklung verzichtet werden. Die Zusammenschaltung von mehreren Heizwicklungen erfolgt dann in einfacher Weise. Dies spart zudem Kosten für Verbindungsleitungen und Steckverbindungen.In the event that a compensation of the DC components in the partial windings of the heating coil is not required, it can be dispensed with a bifilar winding. The interconnection of several heating coils is then done in a simple manner. This also saves costs for connecting cables and connectors.

Um die Heizung der Kraftstoffeinspitzventile ein- und ausschalten zu können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung das Bezugspotential über einen Ein-/Ausschalter mit einem Massepotential verbunden.In order to switch the heating of the fuel injection valves on and off, is in one Development of the invention, the reference potential via an on / off switch connected to a ground potential.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigenThe invention will be described below with reference to exemplary embodiments with the aid of figures. Show

1 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung, 1 a first device according to the invention,

2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Heizwicklungen und 2 a device according to the invention with a plurality of heating coils and

3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit vereinfachtem Wicklungsaufbau der Schwingkreisspule. 3 an inventive device with a simplified winding structure of the resonant circuit coil.

1 zeigt einen Parallelschwingkreis aus einem Schwingkreiskondensator C1 und einer Schwingkreisspule L1. Die Verbindungspunkte des Schwingkreiskondensators C1 und der Schwingkreisspule L1 bilden einen ersten Schwingkreisanschluss A1 und einen zweiten Schwingkreisanschluss A2. Der erste Schwingkreisanschluss A1 ist über einen ersten steuerbaren Schalter, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als MOSFET realisiert ist, mit einem Bezugspotentialanschluss A3 verbunden. Desgleichen ist der zweite Schwingkreisanschluss A2 über einen zweiten steuerbaren Schalter T2, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als MOSFET realisiert ist, ebenfalls mit dem Bezugspotentialanschluss A3 verbunden. 1 shows a parallel resonant circuit of a resonant capacitor C1 and a resonant circuit coil L1. The connection points of the oscillation circuit capacitor C1 and the oscillation circuit coil L1 form a first oscillation circuit terminal A1 and a second oscillation circuit terminal A2. The first resonant circuit terminal A1 is connected to a reference potential terminal A3 via a first controllable switch, which is realized in the illustrated embodiment as a MOSFET. Similarly, the second resonant circuit terminal A2 is also connected to the reference potential terminal A3 via a second controllable switch T2, which is also realized in the illustrated embodiment as a MOSFET.

Der Steueranschluss des ersten steuerbaren Schalters T1 ist über einen ersten Widerstand R1 mit einem Versorgungspotentialanschluss V0 und über eine erste in Durchlassrichtung gepolte Diode D1 mit dem zweiten Schwingkreisanschluss A2 verbunden. Der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters T2 ist in gleicher Weise über einen zweiten Widerstand R2 mit dem Versorgungspotentialanschluss V0 und über eine in Durchlassrichtung gepolte zweite Diode D2 mit dem ersten Schwingkreisanschluss A1 verbunden. Der Bezugspotentialanschluss A3 ist über einen dritten steuerbaren Ein-/Ausschalt-Schalter T3 mit Massepotential GND verbunden. Der Ein-/Ausschaltschalter T3 ist mit seinem Steueranschluss mit einem Einschalt-/Ausschaltanschluss E/A verbunden.The control terminal of the first controllable switch T1 is connected via a first resistor R1 to a supply potential terminal V 0 and via a first forward-biased diode D1 to the second resonant circuit terminal A2. The control terminal of the second controllable switch T2 is connected in the same way via a second resistor R2 to the supply potential terminal V 0 and via a forward-biased second diode D2 to the first resonant circuit terminal A1. The reference potential terminal A3 is connected via a third controllable on / off switch T3 to ground potential GND. The on / off switch T3 has its control terminal connected to a power on / off terminal I / O.

In erfindungsgemäßer Weise bildet die Schwingkreisspule L1 direkt die Heizwicklung der induktiven Heizung eines Kraftstoffeinspritzventils. Hierdurch kann ein kostenintensiver Transformator zur nichtgalvanischen Einkopplung hochfrequenter elektromagnetischer Energie in den Stromkreis des Solenoidantriebs des Kraftstoffeinspritzventils vermieden werden.In accordance with the invention, the oscillating circuit coil L1 directly forms the heating coil of the inductive heating of a fuel injection valve. As a result, a costly transformer for non-galvanic coupling high-frequency electromagnetic energy can be avoided in the circuit of the solenoid drive of the fuel injection valve.

2 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Um mehrere Kraftstoffeinspritzventile induktiv heizen zu können, sind gemäß 2 mehrere Heizwicklungen L11, L12 vorgesehen, wobei durch Punkte weitere mögliche Heizwicklungen angedeutet sind. Durch diese vorteilhafte Parallelschaltung der Heizwicklungen kann die Energie für sämtliche Heizwicklungen aus nur einem Oszillator bezogen werden. Dabei müssen lediglich die Werte für die Schwingkreisspulen und den Schwingkreiskondensator C1 entsprechend angepasst werden, um die erforderliche Heizleistung und die gewünschte Frequenz einzustellen. 2 shows a development of the device according to the invention, in which the same parts are provided with the same reference numerals. In order to heat several fuel injection valves inductively, are according to 2 a plurality of heating coils L11, L12 provided, which are indicated by points further possible heating coils. This advantageous parallel connection of the heating coils, the energy for all heating coils can be obtained from only one oscillator. In this case, only the values for the oscillating circuit coils and the resonant circuit capacitor C1 need to be adjusted accordingly in order to set the required heating power and the desired frequency.

In vorteilhafter Weise sind die Schwingkreisspulen L1, L11, L12 bifilar gewickelt, um Streuinduktivitäten zu vermeiden, die gegebenenfalls den Solenoidantrieb beeinflussen könnten. Bei entsprechendem Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils ist dies jedoch gegebenenfalls nicht nötig, so dass in vorteilhafter Weise eine einfache Wicklung verwendet werden kann und gemäß 3 die Schwingkreisspule durch zwei in Serie geschaltete einfache Teilspulen L21 und L22 realisiert werden kann. Auch zu dieser Ausbildung einer Schwingkreisspule können in gleicher Weise wie in 2 gezeigt, entsprechend weitere durch Teilwicklungen realisierte Heizwicklungen parallel geschaltet werden.Advantageously, the resonant circuit coils L1, L11, L12 are bifilar wound to avoid stray inductances that could possibly affect the solenoid drive. With a corresponding structure of the fuel injection valve, however, this may not be necessary, so that advantageously a simple winding can be used and according to 3 the resonant circuit coil can be realized by two series-connected simple partial coils L21 and L22. Also in this embodiment of a resonant circuit coil can in the same way as in 2 shown, according to further realized by partial windings heating coils are connected in parallel.

Durch die Einsparungen des bzw. der teuren Transformatoren gelingt es, ein System zur induktiven Kraftstoffheizung herzustellen, das wirtschaftlich konkurrenzfähig ist und zugleich noch wesentliche, für den Nutzer wahrnehmbare Vorteile bietet.The savings of the expensive transformer (s) make it possible to produce a system for inductive fuel heating that is economically competitive and at the same time still offers significant advantages perceivable to the user.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2007/200006 A1 [0002, 0002] US 2007/200006 A1 [0002, 0002]

Claims (6)

Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventils – mit einem Parallelschwingkreis aus einer eine Heizwicklung bildenden Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) und einem Kondensator (C1) wobei die Verbindungspunkte der Spule (L1; L11; L12; L21; L22) und des Kondensators (C1) einen ersten (A1) und einen zweiten (A2) Schwingkreisanschluss bilden, – wobei der erste Schwingkreisanschluss (A1) über einen ersten steuerbaren Schalter (T1) mit einem Bezugspotentialanschluss (A3) verbunden ist, – wobei der zweite Schwingkreisanschluss (A2) über einen zweiten steuerbaren Schalter (T2) mit dem Bezugspotentialanschluss (A3) verbunden ist, – wobei der Steueranschluss des ersten steuerbaren Schalters (T1) über eine in Durchlassrichtung gepolte erste Diode (D1) mit dem zweiten Schwingkreisanschluss (A2) und der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters (T2) über eine in Durchlassrichtung gepolte zweite Diode (D2) mit dem ersten Schwingkreisanschluss (A1) verbunden ist und – wobei sowohl ein Mittenabgriff der Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) über eine Drosselspule (L2) als auch die Steuereingänge der steuerbaren Schalter (T1, T2) mit einem Versorgungsspannungsanschluss (V0) zur Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) eine Heizwicklung zum induktiven Heizen des Kraftstoffeinspritzventils bildet.A device for inductive heating of a fuel injection valve - comprising a parallel resonant circuit of a heating coil forming resonant circuit coil (L1; L11; L12; L21; L22) and a capacitor (C1) wherein the connection points of the coil (L1; L11; L12; L21; L22) and of the capacitor (C1) form a first (A1) and a second (A2) oscillating circuit connection, - the first oscillating circuit connection (A1) being connected to a reference potential connection (A3) via a first controllable switch (T1), - the second oscillating circuit connection ( A2) via a second controllable switch (T2) to the reference potential terminal (A3) is connected, - wherein the control terminal of the first controllable switch (T1) via a forward-biased first diode (D1) with the second resonant circuit terminal (A2) and the control terminal of the second controllable switch (T2) via a forward biased second diode (D2) verbu with the first resonant circuit terminal (A1) nden and - wherein both a center tap of the resonant circuit coil (L1; L11; L12; L21; L22) via a choke coil (L2) and the control inputs of the controllable switch (T1, T2) are connected to a supply voltage terminal (V 0 ) for application to a supply voltage, characterized in that the resonant circuit coil (L1; L11; L12; L21; L22) forms a heating coil for inductive heating of the fuel injection valve. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereingänge der steuerbaren Schalter (T1, T2) jeweils über einen Widerstand (R1, R2) mit dem Versorgungspotentialanschluss (V0) verbunden sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the control inputs of the controllable switch (T1, T2) are each connected via a resistor (R1, R2) to the supply potential terminal (V 0 ). Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreisspule (L1) weitere Spulen (L11; L12) als Heizwicklungen für weitere Einspritzventile parallel geschaltet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the resonant circuit coil (L1) further coils (L11; L12) are connected in parallel as heating coils for further injection valves. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspule (L1) und gegebenenfalls die weiteren Heizwicklungen (L11, L12) als Serienschaltung aus zwei Spulen (L21, L22) gebildet sind und der Verbindungspunkt der Spulen den Mittenabgriff bildet.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the resonant circuit coil (L1) and optionally the other heating coils (L11, L12) are formed as a series circuit of two coils (L21, L22) and the connection point of the coils forms the center tap. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspule bzw. die Schwingkreisspulen (L1; L11, L12; L21, L22) bifilar gewickelt sind.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the oscillating circuit coil or the oscillating circuit coils (L1, L11, L12, L21, L22) are wound bifilar. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspotentialanschluss (A3) über einen Einschalt-/Ausschaltschalter (T3) mit einem Massepotential (GND) verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference potential terminal (A3) via a switch-on / off switch (T3) is connected to a ground potential (GND).
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