DE102012209774A1 - Control unit for supplying voltage to e.g. heating system installed in engine of motor vehicle, has output terminals that provide respective positive and negative output voltage that is less than/equal to hazard voltage - Google Patents

Control unit for supplying voltage to e.g. heating system installed in engine of motor vehicle, has output terminals that provide respective positive and negative output voltage that is less than/equal to hazard voltage Download PDF

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Abstract

The control unit (SG) has supply connections (VA1,VA2) that supplies energy from battery of motor vehicle. The terminal (VA1) is connected to ground (GND), and output terminals(AA11,AA12,AA21,AA22) provide respective positive and negative output voltage (U1,U2) that is less than/equal to hazard voltage. Negative potential of positive output voltage (U1) is connected to positive potential of negative output voltage (U2) and ground (GND). Positive and negative potential of respective positive and negative output voltage is connected to respective terminal of load.

Description

In Kraftfahrzeugen wird eine Vielzahl von Lasten betrieben, die oft Versorgungsspannungen erfordern, die größer als die Spannung der Kraftfahrzeugbatterie von derzeit etwa 12V sind. Eine solche Last kann beispielsweise eine Heizung sein aber auch ein Kraftstoffeinspritzventil. In motor vehicles, a large number of loads are operated, which often require supply voltages that are greater than the voltage of the motor vehicle battery of currently about 12V. Such a load may for example be a heater but also a fuel injection valve.

Kraftstoffeinspritzventile für Kraftfahrzeugmotoren werden zumeist mittels eines Aktuators gegen die Schließkraft einer Feder geöffnet. Als Aktuatoren kommen einerseits Piezoaktuatoren in Frage, in den meisten Fällen werden jedoch derzeit magnetisch betriebene Aktuatoren verwendet. Bei diesen wird eine Magnetspule durch einen aufgrund einer anliegenden Spannung fließenden Strom erregt, wodurch aufgrund des erzeugten Magnetfeldes und der durch dieses hervorgerufenen Kraft das Ventil gegen die Schließkraft der Feder geöffnet wird. Üblicherweise wird die Magnetspule zunächst mit einer hohen Spannung beaufschlagt, so dass der hierdurch hervorgerufene größere Strom das Magnetventil gegen die Federkraft aufdrücken kann. In der geöffneten Position des Magnetventils reicht allerdings eine geringere Haltekraft aus, um das Ventil geöffnet zu halten, weshalb an die Magnetspule eine geringere Spannung angelegt wird, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen. Um definierte Stromund Spannungsverhältnisse zu schaffen, muss nach einem Einspritzvorgang das Magnetfeld in der Magnetspule idealerweise vollständig abgebaut werden. Fuel injection valves for motor vehicle engines are usually opened by means of an actuator against the closing force of a spring. As actuators on the one hand piezoactuators come into question, but in most cases currently magnetically operated actuators are used. In these, a solenoid is energized by a current flowing due to an applied voltage, whereby due to the generated magnetic field and the force caused by this, the valve is opened against the closing force of the spring. Usually, the solenoid coil is first subjected to a high voltage, so that the larger current caused thereby can press the solenoid valve against the spring force. In the open position of the solenoid valve, however, a smaller holding force is sufficient to keep the valve open, which is why a lower voltage is applied to the magnet coil in order to generate the required magnetic field. To create defined current and voltage conditions, the magnetic field in the magnet coil must ideally be completely degraded after an injection process.

Die DE 10 2008 040 860 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Betreiben solcher Kraftstoffeinspritzventile. Dort wird aus der Spannung der Kraftfahrzeugbatterie mittels eines DC/DC-Wandlers eine gegenüber der Spannung der Kraftfahrzeugbatterie von etwa 12V höhere Spannung erzeugt und der Spannung der Kraftfahrzeugbatterie durch Serienschaltung des die höhere Spannung zur Verfügung stellenden Ausgangskondensators des DC/DC-Wandlers mit der Kraftfahrzeugbatterie hinzuaddiert. The DE 10 2008 040 860 A1 describes a circuit arrangement for operating such fuel injection valves. There is generated from the voltage of the motor vehicle battery by means of a DC / DC converter with respect to the voltage of the motor vehicle battery of about 12V higher voltage and the voltage of the motor vehicle battery by series connection of the higher voltage available output capacitor of the DC / DC converter with the motor vehicle battery added.

Die Magnetspulen der Kraftfahrzeugeinspritzventile sind bei der dortigen Schaltungsanordnung jeweils einerseits über ein erstes Schaltmittel mit dem positiven Potential der höheren Spannung am Ausgang des DC/DC-Wandlers und über ein zweites Schaltmittel mit dem negativen Potential der Kraftfahrzeugbatterie, das üblicherweise die Fahrzeugmasse bildet, verbunden. The magnetic coils of the motor vehicle fuel injection valves are in the local circuit respectively on the one hand via a first switching means connected to the positive potential of the higher voltage at the output of the DC / DC converter and a second switching means to the negative potential of the motor vehicle battery, which usually forms the vehicle mass.

Durch geeignetes, zeitlich aufeinander folgendes Ansteuern der beiden Schalter kann zum Beispiel durch das Schließen beider Schalter die hohe Spannung an die Magnetspule angelegt werden, so dass zunächst ein hoher Strom durch die Magnetspule fließt wodurch das Kraftstoffeinspritzventil gegen die Schließkraft der Feder geöffnet wird, indem eine Düsennadel eine Düsenöffnung freigibt. Anschließend wird das zweite Schaltmittel geöffnet, wodurch das Magnetfeld in der Magnetspule verringert wird, indem ein Strom über eine Freilaufdiode zurück in den Kondensator des DC/DC-Wandlers gespeist wird. Bei Erreichen eines Stromniveaus, das für das Aufrechterhalten der Offenstellung des Kraftstoffeinspritzventils nötig ist, wird der erste Schalter geöffnet und der zweite Schalter wieder geschlossen, so dass nun die Magnetspule durch die Kraftfahrzeugbatterie gespeist wird. Zum Beendigen des Einspritzvorganges wird auch der zweite Schalter geschlossen, so dass sich das Magnetfeld in der Magnetspule wieder durch einen Stromfluss über eine Freilaufdiode zurück in den Kondensator des DC/DC-Wandlers abbauen kann. By suitably, timed driving the two switches, the high voltage can be applied to the solenoid, for example, by closing both switches, so that first a high current flows through the solenoid, whereby the fuel injection valve is opened against the closing force of the spring by a Nozzle needle releases a nozzle opening. Subsequently, the second switching means is opened, whereby the magnetic field in the magnetic coil is reduced by supplying a current via a freewheeling diode back into the capacitor of the DC / DC converter. Upon reaching a current level, which is necessary for maintaining the open position of the fuel injection valve, the first switch is opened and the second switch closed again, so that now the solenoid is powered by the motor vehicle battery. To terminate the injection process and the second switch is closed, so that the magnetic field in the solenoid again by a current flow through a freewheeling diode back into the capacitor of the DC / DC converter can degrade.

Üblicherweise wird zum Einsparen von Transistoren, die die Schaltmittel bilden, das sogenannte Bankprinzip angewendet, bei dem jeweils zwei Magnetspulen zweier Kraftstoffeinspritzventile über nur einen gemeinsamen Schalter mit dem positiven Potential der hohen Spannung und über jeweils den einzelnen Magnetspulen zugeordnete zweite Schalter, die als Auswahlschalter fungieren, mit der Fahrzeugmasse verbunden sind. Allerdings ist es hierdurch nicht möglich, diese beiden, jeweils einem ersten Schaltmittel zugeordneten Kraftstoffventile während der gesamten zwei Umdrehungen eines Arbeitstaktes eines Viertaktverbrennungsmotors zu betreiben. Um auch dies zu ermöglichen, schlägt die DE 10 2008 040 860 A1 ebenfalls vor, jeder Magnetspule – also jedem Kraftstoffeinspritzventil – ein nur dieser zugeordnetes erstes Schaltmittel vorzusehen. Usually, the so-called bank principle is used for saving transistors, which form the switching means, in which two magnetic coils of two fuel injection valves via only one common switch with the positive potential of the high voltage and via each of the individual magnetic coils associated second switch, which act as a selector switch , are connected to the vehicle mass. However, this does not make it possible to operate these two fuel valves, each associated with a first switching means, during the entire two revolutions of a working cycle of a four-stroke internal combustion engine. To make this possible, the DE 10 2008 040 860 A1 also before, each solenoid - so each fuel injection valve - only provide this associated first switching means.

Die für das Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils erforderliche hohe Spannung beträgt üblicherweise 65–70 Volt, wobei diese in den bekannten Schaltungen gegenüber Fahrzeugmasse vorliegt. Durch diese hohe Spannung liegt jedoch gemäß der technischen Regeln der Betriebssicherheit TRBS2131 eine Gefährdung vor, da durch das Arbeitsmittel oder Arbeiten aktive Teile direkt berührt oder unterschiedliche Potentiale überbrückt werden können und die Spannung zwischen einem aktiven Teil und Erde oder die Spannung zwischen aktiven Teilen höher als 60 Volt Gleichspannung ist und der Kurzschlussstrom an der Arbeitsstelle größer 12 Milliampere Gleichstrom und die Energie mehr als 350 Millijoule beträgt. The high voltage required for opening the fuel injection valve is usually 65-70 volts, which is present in the known circuits with respect to vehicle mass. Due to this high voltage, however, according to the technical rules of safety TRBS2131 there is a danger because the working medium or working active parts touched directly or different potentials can be bridged and the voltage between an active part and earth or the voltage between active parts higher than 60 VDC and the short-circuit current at the workstation is greater than 12 milliamperes DC and the power is more than 350 millijoules.

Durch ein Berühren des positiven Potentials der hohen Spannung bei gleichzeitigem Kontakt zur Fahrzeugmasse, was in einer Werkstatt durchaus vorkommen kann, wäre also eine Gefährdung der arbeitenden Person gegeben. Es müssten folglich aufwändige Schutzmaßnahmen vorgesehen werden. By touching the positive potential of the high voltage with simultaneous contact with the vehicle mass, which may well occur in a workshop, so would be a danger to the working person. Consequently, costly protective measures would have to be provided.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Steuergerät zur Versorgung einer Last in einem Kraftfahrzeug mit einer Spannung und eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Steuergerät anzugeben, das oder die ohne besondere Schutzmaßnahmen auskommt. It is the object of the invention, a control device for supplying a load in a motor vehicle with a voltage and a To provide circuit arrangement with such a control device, which manages or without special protective measures.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuergerät gemäß Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. The object is achieved by a control device according to claim 1 and a circuit arrangement according to claim 5. Advantageous developments are specified in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Steuergerät zur Versorgung einer Last in einem Kraftfahrzeug mit einer Spannung weist Versorgungsanschlüsse zur Versorgung mit Energie aus einer Kraftfahrzeugbatterie auf, wobei einer der Anschlüsse mit Fahrzeugmasse verbunden ist. In erfindungsgemäßer Weise weist das Steuergerät erste Ausgangsanschlüsse zur Bereitstellung einer gegenüber der Fahrzeugmasse positiven Ausgangsspannung, die kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung nach TRBS2131 von 60 Volt Gleichspannung ist, auf. Es weist außerdem zweite Ausgangsanschlüsse zur Bereitstellung einer gegenüber der Fahrzeugmasse negativen Ausgangsspannung, die betragsmäßig kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung ist, auf, wobei eine hohe Spannung zur Versorgung der Last durch Serienschaltung der positiven und der negativen Spannung gewonnen wird. The control unit according to the invention for supplying a load in a motor vehicle with a voltage has supply connections for supplying energy from a motor vehicle battery, one of the connections being connected to vehicle ground. In accordance with the invention, the control unit has first output connections for providing a positive output voltage which is greater than the vehicle ground and which is less than or equal to the danger voltage according to TRBS2131 of 60 VDC. It also has second output terminals for providing a relation to the vehicle ground negative output voltage, the amount is equal to or less than the hazard voltage, wherein a high voltage for supplying the load by series connection of the positive and the negative voltage is obtained.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme des Vorsehens einer positiven und einer negativen Ausgangsspannung, die jeweils betragsmäßig kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung sind, weist keine der Spannungen für sich gegenüber der Fahrzeugmasse einen höheren Betrag als die Gefährdungsspannung auf, trotzdem ist die Summe der beiden Spannungen, die an eine Last angelegt werden kann, ausreichend groß genug, um bestimmte Lasten zu betreiben. By the measure according to the invention of providing a positive and a negative output voltage, each of which is less than or equal to the hazard voltage, none of the voltages has a higher magnitude than the hazardous voltage to the vehicle mass, nevertheless, the sum of the two voltages, the a load can be applied, sufficiently large enough to operate certain loads.

In besonders vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Steuergerät bei Kraftstoffeinspritzventilen Verwendung finden, da diese in der Öffnungsphase eine hohe Spannung erfordern und in der Haltephase eine dazu im Vergleich geringere Spannung, welche durch die positive Spannung allein ebenfalls zur Verfügung steht. In a particularly advantageous manner, the control unit according to the invention can be used in fuel injection valves, since they require a high voltage in the opening phase and in the holding phase to a lower voltage compared to this, which is also available by the positive voltage alone.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die positive Spannung etwa 12 Volt, also die stabilisierte Spannung der Kraftfahrzeugbatterie ist und die negative Spannung etwa –53 Volt bis –58 Volt beträgt, um in Summe eine hohe Spannung von etwa 65 Volt bis 70 Volt zur Verfügung stellen zu können. It is particularly advantageous if the positive voltage is about 12 volts, so the stabilized voltage of the motor vehicle battery and the negative voltage is about -53 volts to -58 volts, to sum a high voltage of about 65 volts to 70 volts available to be able to make.

Die negative Spannung kann in dem Steuergerät durch einen DC/DC-Wandler aus der Versorgungsspannung der Kraftfahrzeugbatterie gewonnen werden. The negative voltage can be obtained in the control unit by a DC / DC converter from the supply voltage of the motor vehicle battery.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteuerung zumindest eines eine Magnetventilspule aufweisenden Kraftstoffeinspritzventils weist ein erfindungsgemäßes Steuergerät auf, wobei in erfindungsgemäßer Weise eine erster Anschluss der Magnetventilspule über die Schaltstrecke eines ersten steuerbaren Schaltmittels mit dem positiven Potential der positiven Spannung verbunden ist und ein zweiter Anschluss der Magnetspule über die Schaltstrecke eines zweiten steuerbaren Schaltmittels mit dem negativen Potential der negativen Spannung verbunden ist. Die Schaltungsanordnung weist außerdem eine erste Freilaufdiode auf, die in Flussrichtung zwischen dem zweiten Anschluss der Magnetventilspule und dem Fahrzeugmasseanschluss des Steuergeräts angeordnet ist, sowie eine zweite Freilaufdiode, die in Sperrrichtung zwischen dem ersten Anschluss der Magnetventilspule und dem negativen Potential der negativen Spannung angeordnet ist. Die Steueranschlüsse des ersten und des zweiten steuerbaren Schaltmittels sind mit dem Steuergerät zur Ansteuerung der Schaltmittel verbunden, um verschiedene Betriebszustände einstellen zu können. Die Freilaufdioden sorgen dafür, dass bei Öffnen eines oder beider Schalter die Energie in der Magnetventilspule abgebaut werden kann. A circuit arrangement according to the invention for controlling at least one fuel injector having a solenoid valve coil has a control device according to the invention, wherein in accordance with the invention a first connection of the solenoid valve coil is connected to the positive potential of the positive voltage via the switching path of a first controllable switching means and a second connection of the magnetic coil via the Switching path of a second controllable switching means is connected to the negative potential of the negative voltage. The circuit arrangement also has a first freewheeling diode, which is arranged in the flow direction between the second terminal of the solenoid valve coil and the vehicle ground terminal of the controller, and a second freewheeling diode, which is arranged in the reverse direction between the first terminal of the solenoid valve coil and the negative potential of the negative voltage. The control terminals of the first and the second controllable switching means are connected to the control device for controlling the switching means in order to be able to set different operating states. The freewheeling diodes ensure that when one or both switches are opened, the energy in the solenoid valve coil can be dissipated.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt die Figur ein detailliertes Schaltbild für die Ansteuerung einer als Magnetventilspule ausgebildeten Last und ein Prinzipschaltbild für das erfindungsgemäße Steuergerät. The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to a figure. The figure shows a detailed circuit diagram for the control of a designed as a solenoid valve coil load and a block diagram for the control device according to the invention.

Die Figur zeigt ein Steuergerät SG, das zwei Versorgungsanschlüsse VA1, VA2 zur Verbindung mit einer Kraftfahrzeugbatterie mit einer Betriebsspannung von etwa 12 Volt aufweist. Üblicherweise werden hierzu Bleisäureakkumulatoren verwendet, die im vollaufgeladenen Zustand eine Leerlaufspannung von über 13 Volt haben, zumeist jedoch als 12 Volt-Batterien bezeichnet werden. Das negative Potential der Kraftfahrzeugspannung ist mit der Fahrzeugmasse GND verbunden. The figure shows a control unit SG, which has two supply connections VA1, VA2 for connection to a motor vehicle battery with an operating voltage of about 12 volts. Usually lead acid accumulators are used, which have a no-load voltage of more than 13 volts when fully charged, but are usually referred to as 12 volt batteries. The negative potential of the motor vehicle voltage is connected to the vehicle ground GND.

Das Steuergerät SG weist ferner erste Ausgangsanschlüsse AA11 und AA12 auf zur Bereitstellung einer gegenüber der Fahrzeugmasse GND positiven Ausgangsspannung U1, die kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung nach TRBS2131 von 60 Volt Gleichspannung ist. Die positive Ausgangsspannung U1 wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass sie ausreichend ist, um den Haltestrom für ein bereits geöffnetes Kraftfahrzeugeinspritzventil zu ermöglichen. Die erste Versorgungsspanne U1 wird dabei vorzugsweise am Ausgang eines ersten DC/DC-Wandlers SN1 bereitgestellt, der diese Spannung aus der Kraftfahrzeugbatteriespannung von 12 Volt durch DC/DC-Wandlung generiert oder, im einfachsten Fall, die Kraftfahrzeugbatteriespannung von 12 Volt lediglich stabilisiert. The control unit SG also has first output terminals AA11 and AA12 for providing a positive voltage U1 which is positive with respect to the vehicle ground GND and which is less than or equal to the danger voltage according to TRBS2131 of 60 VDC. The positive output voltage U1 is preferably chosen so that it is sufficient to allow the holding current for an already opened motor vehicle injection valve. The first supply span U1 is preferably provided at the output of a first DC / DC converter SN1, which generates this voltage from the motor vehicle battery voltage of 12 volts by DC / DC conversion or, in the simplest case, the vehicle battery voltage of 12 volts only stabilized.

Das Steuergerät SG weist ferner zweite Ausgangsanschlüsse AA12 und AA22 auf, an denen eine gegenüber der Fahrzeugmasse GND negative Ausgangsspannung U2 anliegt. Auch diese ist betragsmäßig kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung nach TRBS2131. Die negative Ausgangsspannung U2 wird ebenfalls in vorteilhafter Weise durch einen zweiten DC/DC-Wandler SN2 erzeugt, wobei das positive Potential dessen Ausgangsspannung mit der Fahrzeugmasse GND verbunden ist. The control unit SG further has second output terminals AA12 and AA22, to which a negative voltage relative to the vehicle ground GND output voltage U2 is applied. In terms of amount, this too is less than or equal to the hazard voltage according to TRBS2131. The negative output voltage U2 is also advantageously generated by a second DC / DC converter SN2, wherein the positive potential of its output voltage is connected to the vehicle ground GND.

Durch diese Maßnahme wird in erfindungsgemäßer Weise erreicht, dass gegenüber Fahrzeugmasse GND keine Spannung betragsmäßig größer als die Gefährdungsspannung ist. Gleichwohl kann die Summe der beiden Ausgangsspannungen U1, U2 größer als die Gefährdungsspannung sein und damit ausreichend, um den erforderlichen höheren Strom zum Öffnen eines Kraftstoffeinspritzventils oder zur Versorgung einer anderen Last erzeugen zu können. By this measure is achieved in accordance with the invention that compared to vehicle ground GND no voltage is greater in magnitude than the hazardous voltage. However, the sum of the two output voltages U1, U2 may be greater than the hazard voltage and thus sufficient to generate the required higher current to open a fuel injector or to supply another load.

Das erfindungsgemäße Steuergerät SG ist in erster Linie dazu eingerichtet, eine positive und eine negative Ausgangsspannung U1, U2 bereitzustellen, deren Summe größer als die Gefährdungsspannung ist, es hat jedoch den Vorteil, dass im Bedarfsfall ohne besondere Änderungen auch kleinere Spannungen zur Verfügung gestellt werden können. The control unit SG according to the invention is primarily adapted to provide a positive and a negative output voltage U1, U2, the sum of which is greater than the hazard voltage, but it has the advantage that, if necessary, smaller voltages can be provided without any special changes ,

Die Figur zeigt außerdem eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung zumindest eines eine Magnetventilspule L1 aufweisenden Kraftstoffeinspritzventils mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät SG. The figure also shows a circuit arrangement for controlling at least one solenoid valve coil L1 having a fuel injection valve with a control device SG according to the invention.

Die Schaltungsanordnung weist hierzu ein erstes steuerbares, im dargestellten Ausführungsbeispiel als n-Kanal-MOSFET ausgebildetes Schaltmittel S1 auf, über dessen Laststrecke ein erster Anschluss einer Magnetventilspule L1 eines Kraftstoffeinspritzventils mit dem positiven Potential der positiven Ausgangsspannung U1, nämlich dem Ausgangsanschluss AA1 verbunden ist. Der zweite Anschluss der Magnetventilspule L1 ist über eine erste in Durchlassrichtung gepolte Diode D1 mit dem negativen Potential der ersten Ausgangsspannung U1 durch Verbindung mit dem zweiten Ausgangsanschluss AA12 verbunden. Dieser Ausgangsanschluss AA12 ist mit der Fahrzeugmasse GND verbunden, so dass die Magnetventilspule L1 durch Anlegen der positiven Ausgangsspannung U1 durch Betätigen des ersten Schaltmittels S1 bestromt werden kann. For this purpose, the circuit arrangement has a first controllable switching means S1 embodied as an n-channel MOSFET in the illustrated embodiment, via the load path of which a first terminal of a solenoid valve coil L1 of a fuel injection valve is connected to the positive potential of the positive output voltage U1, namely the output terminal AA1. The second terminal of the solenoid valve coil L1 is connected via a first forward-biased diode D1 to the negative potential of the first output voltage U1 by connection to the second output terminal AA12. This output terminal AA12 is connected to the vehicle ground GND, so that the solenoid valve coil L1 can be energized by applying the positive output voltage U1 by operating the first switching means S1.

Zum Betätigen des ersten Schaltmittels S1 ist dessen Steueranschluss über einen ersten Widerstand R1 mit einem ersten Steuerausgang ST1 des Steuergeräts ST verbunden. Das Steuergerät SG weist zur Ansteuerung des ersten Schaltmittels S1 eine Steuerlogikschaltung beispielsweise in Form eines programmgesteuerten Mikroprozessors auf, was jedoch Stand der Technik ist und in der Figur nicht näher dargestellt ist.To actuate the first switching means S1 whose control terminal is connected via a first resistor R1 to a first control output ST1 of the control unit ST. The control unit SG has to control the first switching means S1 on a control logic circuit, for example in the form of a program-controlled microprocessor, which however is state of the art and is not shown in detail in the figure.

Der zweite Anschluss der Magnetventilspule L1 ist außerdem über ein zweites steuerbares, ebenfalls im dargestellten Ausführungsbeispiel als n-Kanal-MOSFET ausgebildetes Schaltmittel S2 sowie einen zur Messung des Stroms durch die Magnetventilspule L1 dienenden Shuntwiderstand R4 mit dem Ausgangsanschluss AA22 des Steuergeräts SG verbunden, an dem das negative Potential der negativen Ausgangsspannung U2 anliegt. Das positive Potential der negativen Ausgangsspannung U2 ist ebenfalls mit der Fahrzeugmasse GND und damit mit dem Ausgangsanschluss AA12 verbunden, der auch den Ausgangsanschluss AA21 bildet. The second terminal of the solenoid valve coil L1 is also connected to the output terminal AA22 of the control unit SG via a second controllable switching means S2, also designed as an n-channel MOSFET in the illustrated embodiment, and a shunt resistor R4 serving to measure the current through the solenoid valve coil L1 the negative potential of the negative output voltage U2 is applied. The positive potential of the negative output voltage U2 is also connected to the vehicle ground GND and thus to the output terminal AA12, which also forms the output terminal AA21.

Der Steueranschluss des zweiten Schaltmittels S2 ist über die Parallelschaltung eines zweiten Widerstands R2 sowie der Serienschaltung aus einem dritten Widerstand R3 und einer in Durchlassrichtung gepolten Diode D3 mit einem zweiten Steuerausgang ST2 des zweiten Steuergeräts SG verbunden. Der zweite Steuerausgang ST2 wird ebenfalls von der – nicht dargestellten – Steuerlogikschaltung des Steuergeräts SG mit Schaltsignalen beaufschlagt. The control terminal of the second switching means S2 is connected via the parallel connection of a second resistor R2 and the series circuit of a third resistor R3 and a forward-biased diode D3 with a second control output ST2 of the second control device SG. The second control output ST2 is also acted upon by the - not shown - control logic circuit of the control unit SG with switching signals.

Der Steueranschluss des zweiten Schaltmittels S2 ist außerdem über einen ersten Kondensator C1 mit dem zweiten Anschluss der Magnetventilspule L1 und über eine in Sperrrichtung gepolte vierte Diode D4 mit dem dritten Ausgangsanschluss AA22 des Steuergeräts SG verbunden. The control terminal of the second switching means S2 is also connected via a first capacitor C1 to the second terminal of the solenoid valve coil L1 and via a reverse-poled fourth diode D4 to the third output terminal AA22 of the control unit SG.

Außerdem ist der erste Anschluss der Magnetventilspule L1 über eine in Sperrrichtung gepolte zweite Diode D2 mit dem Ausgangsanschluss AA22 des Steuergeräts SG, also dem negativen Potential der negativen Ausgangsspannung U2 verbunden. In addition, the first terminal of the solenoid valve coil L1 is connected via a reverse-biased second diode D2 to the output terminal AA22 of the control unit SG, ie the negative potential of the negative output voltage U2.

Im Folgenden sollen die Ansteuerung und die Strompfade der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erläutert werden: Zum Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils wird dessen Magnetventilspule L1 durch Anlegen einer hohen Spannung, die der Summe der Ausgangsspannungen U1 und U2 des Steuergeräts SG entspricht bestromt. Hierdurch werden durch das Steuergerät SG durch Anlegen von entsprechenden Pegeln an dessen Steuerausgänge ST1 und ST2 das erste Schaltmittel S1 und das zweite Schaltmittel S2 geschlossen, so dass vom Ausgangsanschluss AA11 durch das erste Schaltmittel S1, die Magnetventilspule L1, das zweite Schaltmittel S2 und den vierten Widerstand R4 ein Strom zum Ausgangsanschluss AA22 fließen kann. Wird die Energiezufuhr zur Magnetventilspule L1 durch Öffnen des zweiten Schaltmittels S2 oder auch beider Schaltmittel S1, S2 unterbrochen, so baut sich das in der Magnetventilspule L1 gespeicherte Magnetfeld durch einen Stromfluss durch die Magnetventilspule L1 sowie die erste und zweite Diode D1, D2 ab, wodurch die Energie zurück in den Ausgangskondensator des zweiten DC/DC-Wandlers SN2 gespeist wird. Hierdurch kann ein Teil der zuvor in der Magnetventilspule L1 gespeicherten Energie zurückgewonnen werden. In the following, the control and the current paths of the circuit arrangement according to the invention will be explained: To open the fuel injection valve whose solenoid valve coil L1 is energized by applying a high voltage corresponding to the sum of the output voltages U1 and U2 of the control unit SG. As a result, the first switching means S1 and the second switching means S2 are closed by the control unit SG by applying appropriate levels at its control outputs ST1 and ST2, so that from the output terminal AA11 by the first switching means S1, the solenoid valve coil L1, the second switching means S2 and the fourth Resistor R4, a current can flow to the output terminal AA22. If the power supply to the solenoid valve coil L1 through Opening the second switching means S2 or both switching means S1, S2 interrupted, the magnetic field stored in the solenoid valve coil L1 builds up by a current flow through the solenoid valve coil L1 and the first and second diode D1, D2, whereby the energy back into the output capacitor of the second DC / DC converter SN2 is fed. As a result, a part of the energy previously stored in the solenoid valve coil L1 can be recovered.

Um das Kraftstoffeinspritzventil geöffnet zu halten, wird, nachdem der Strom durch die Magnetventilspule bis zum Haltestrom, der erforderlich ist, um das Kraftstoffeinspritzventil geöffnet zu halten, abgesunken ist, das erste Schaltmittel S1 wieder geschlossen, so dass nunmehr die Magnetventilspule L1 nur durch die positive Ausgangsspannung U1 gespeist wird und ein Strom vom Ausgangsanschluss AA11 durch das erste Schaltmittel S1 und die Magnetventilspule L1 über die erste Diode D1 zurück zum negativen Potential der positiven Ausgangsspannung U1 bzw. der Fahrzeugmasse GND fließt. Um das Kraftstoffeinspritzventil zu schließen, wird das erste Schaltmittel S1 wieder geöffnet, so dass sich die in der Magnetventilspule L1 gespeicherte Energie endgültig über die erste und die zweite Diode D1, D2 in den Ausgangskondensator des zweiten DC/DC-Wandlers SN2 entladen kann. In order to keep the fuel injection valve open, after the current through the solenoid valve coil has decreased to the holding current required to keep the fuel injection valve open, the first switching means S1 is closed again, so that now the solenoid valve coil L1 only by the positive Output voltage U1 is fed and a current from the output terminal AA11 through the first switching means S1 and the solenoid valve coil L1 via the first diode D1 flows back to the negative potential of the positive output voltage U1 and the vehicle ground GND. To close the fuel injection valve, the first switching means S1 is opened again, so that the energy stored in the solenoid valve coil L1 can finally discharge via the first and the second diode D1, D2 into the output capacitor of the second DC / DC converter SN2.

In der Figur ist lediglich eine Magnetventilspule L1 eines Kraftstoffeinspritzventils dargestellt, der zwei Schaltmittel S1, S2 zugeordnet sind. Das erfindungsgemäße Steuergerät SG kann jedoch eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzventilen durch Parallelschaltung entsprechender Strompfade ansteuern, wobei üblicherweise eine den Zylindern des Verbrennungsmotors entsprechende Anzahl von Magnetventilspulen vorgesehen sein wird. Das erfindungsgemäße Steuergerät SG ist außerdem dazu ausgebildet, auch Kraftstoffeinspritzventile, die nach dem Bankprinzip mit Schaltmitteln verschaltet sind, anzusteuern. Hierzu können beispielsweise jeweils zwei Magnetventilspulen, die jeweils Kraftstoffeinspritzventilen zugeordnet sind, über nur ein Schaltmittel mit dem Ausgangsanschluss AA11 verbunden sein während jede Magnetventilspule über ein ihr zugeordnetes zweites Schaltmittel mit dem Ausgangsanschluss AA22 verbunden ist. In the figure, only a solenoid valve coil L1 of a fuel injection valve is shown, which are associated with two switching means S1, S2. However, the control unit SG according to the invention can control a plurality of fuel injection valves by parallel connection of corresponding current paths, wherein usually a number of solenoid valve coils corresponding to the cylinders of the internal combustion engine will be provided. The control unit SG according to the invention is also designed to control also fuel injection valves, which are connected according to the banking principle with switching means. For this purpose, two solenoid valve coils, which are each assigned to fuel injection valves, can be connected to the output terminal AA11 via only one switching means, for example, while each solenoid valve coil is connected to the output terminal AA22 via a second switching means assigned to it.

Die in der Figur dargestellte Ansteuerung und Versorgung einer Magnetventilspule eines Kraftstoffeinspritzventils stellt lediglich eine besonders vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Steuergeräts dar, das auch für andere Lasten, die Spannungen zwischen der Gefährdungsspannung von 60V (Gleichspannung) und deren doppeltem Wert erfordern, verwendet werden kann. Es kommt lediglich darauf an, dass in diesem Fall keine Einzelspannung gegenüber Fahrzeugmasse betragsmäßig größer als die Gefährdungsspannung ist.The control and supply shown in the figure of a solenoid valve coil of a fuel injection valve is only a particularly advantageous use of the control device according to the invention, which can also be used for other loads that require voltages between the hazard voltage of 60V (DC) and their double value. It is only important that in this case no individual voltage compared to vehicle mass is greater in magnitude than the hazard voltage.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (5)

Steuergerät (SG) zur Versorgung einer Last in einem Kraftfahrzeug mit einer Spannung, das Versorgungsanschlüsse (VA1, VA2) zur Versorgung mit Energie aus einer Kraftfahrzeugbatterie aufweist, wobei einer der Anschlüsse (VA1) mit Fahrzeugmasse (GND) verbunden ist, das erste Ausgangsanschlüsse (AA11, AA12) zur Bereitstellung einer gegenüber der Fahrzeugmasse (GND) positiven Ausgangsspannung (U1), die kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung nach TRBS2131 von 60 Volt Gleichspannung ist, aufweist, das zweite Ausgangsanschlüsse (AA21, AA22) zur Bereitstellung einer gegenüber der Fahrzeugmasse (GND) negativen Ausgangsspannung (U2), die betragsmäßig kleiner oder gleich der Gefährdungsspannung ist, aufweist, wobei das negative Potential der positiven Ausgangsspannung (U1) mit dem positiven Potential der negativen Ausgangsspannung (U2) und mit der Fahrzeugmasse (GND) verbunden ist und wobei das positive Potential der positiven Ausgangsspannung (U1) mit dem einen Anschluss der Last und das negative Potential der negativen Ausgangsspannung (U2) mit dem anderen Anschluss der Last verbunden ist. Control unit (SG) for supplying a load in a motor vehicle with a voltage, the supply connection (VA1, VA2) for supplying energy from a motor vehicle battery, one of the connections (VA1) being connected to vehicle ground (GND), the first output terminals (AA11, AA12) for providing a positive output voltage (U1) which is positive with respect to the vehicle ground (GND) and which is less than or equal to the danger voltage according to TRBS2131 of 60 VDC, the second output terminals (AA21, AA22) for providing an output voltage (U2) which is negative with respect to the vehicle ground (GND) and whose magnitude is less than or equal to the danger voltage, wherein the negative potential of the positive output voltage (U1) is connected to the positive potential of the negative output voltage (U2) and to the vehicle ground (GND), and wherein the positive potential of the positive output voltage (U1) is connected to one terminal of the load and the negative potential of the negative output voltage (U2) to the other terminal of the load. Steuergerät (SG) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Last die Magnetventilspule (L) eines Kraftstoffeinspritzventils eines Kraftfahrzeugs ist. Control unit (SG) according to claim 1, characterized in that the load is the solenoid valve coil (L) of a fuel injection valve of a motor vehicle. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die positive Spannung (U1) etwa 12 Volt und die negative Spannung (U2) etwa –53 Volt bis –58 Volt beträgt. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the positive voltage (U1) is about 12 volts and the negative voltage (U2) is about -53 volts to -58 volts. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das einen zweiten DC/DC-Wandler (SN2) zur Erzeugung der negativen Spannung (U2) aus der Versorgungsspannung (12 Volt) aufweist. Controller according to one of claims 1 to 3, which has a second DC / DC converter (SN2) for generating the negative voltage (U2) from the supply voltage (12 volts). Schaltungsanordnung zur Ansteuerung zumindest eines eine Magnetventilspule (L1) aufweisenden Kraftstoffeinspritzventils mit einem Steuergerät (SG) gemäß einem der Ansprüche 1–4, mit einem ersten steuerbaren Schaltmittel (S1), über dessen Schaltstrecke das positive Potential der positiven Ausgangsspannung (U1) mit dem ersten Anschluss der Magnetventilspule (L1) verbunden ist, mit einem zweiten steuerbaren Schaltmittel (S2), über dessen Schaltstrecke das negative Potential der negativen Ausgangsspannung (U2) mit dem zweiten Anschluss der Magnetventilspule (L1) verbunden ist, mit einer ersten Freilaufdiode (D1), die in Flussrichtung zwischen dem zweiten Anschluss der Magnetventilspule (L1) und dem Fahrzeugmasseanschluss (GND) des Steuergeräts (SG) angeordnet ist und mit einer zweiten Freilaufdiode (D2), die in Sperrrichtung zwischen dem ersten Anschluss der Magnetventilspule (L1) und dem negativen Potential der negativen Ausgangsspannung (U2) des Steuergeräts angeordnet ist, wobei die Steueranschlüsse des ersten und des zweiten steuerbaren Schaltmittels (S1, S2) mit Steuerausgängen (ST1, ST2) des Steuergeräts (SG) verbunden sind. Circuit arrangement for actuating at least one fuel injection valve having a solenoid valve coil (L1) with a control device (SG) according to one of Claims 1 to 4, with a first controllable switching means (S1), via whose switching path the positive potential of the positive output voltage (U1) is connected to the first terminal of the solenoid valve coil (L1), with a second controllable switching means (S2), via whose switching path the negative potential of the negative output voltage (U2) is connected to the second terminal of the solenoid valve coil (L1), with a first freewheeling diode (D1), which is arranged in the direction of flow between the second terminal of the solenoid valve coil (L1) and the vehicle ground terminal (GND) of the control unit (SG) and with a second freewheeling diode (D2), which in the reverse direction between the first terminal Solenoid valve coil (L1) and the negative potential of the negative output voltage (U2) of the controller is arranged, wherein the control terminals of the first and the second controllable switching means (S1, S2) are connected to control outputs (ST1, ST2) of the control unit (SG).
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