DE102012212113B4

DE102012212113B4 - Heizelement-Energiesteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102012212113B4
Application number: DE102012212113.7A
Authority: DE
Inventors: Naoto Hayashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: JP2013019612A; JP5720452B2; DE102012212113A1

Abstract

Heizelement-Energiesteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit:einem Heizelement (10 bis 10g), das in der Maschine angebracht ist und Wärme erzeugt, wenn Energie von einer Energiequelle (40) zugeführt wird;einem Halbleiterschaltelement (110) zum Ein- und Ausschalten einer Energiezufuhr zu dem Heizelement (10 bis 10g) gemäß einem daran angelegten Ansteuersignal; undeinem Energiesteuermodul (11 bis 11g) mit einem Ansteuersignalanschluss (113 bis 113g) und einem Masseanschluss (116 bis 116g), die vorstehen, um das Ansteuersignal aufzunehmen bzw. das Energiesteuermodul (11 bis 11g) zu erden, gekennzeichnet durchein Gehäuse (12 bis 12g), das aus Metall besteht und in einer mit Boden versehenen zylindrischen Form ausgebildet ist, um das Energiesteuermodul (11 bis 11g) und das Heizelement (10 bis 10g) darin aufzunehmen, undeinem Metallblock (117c), der in Kontakt mit einer inneren Umfangswand des Gehäuses (12) bereitgestellt ist, und das Energiesteuermodul (11) darin angebracht ist,wobei das Gehäuse (12 bis 12g) das Energiesteuermodul (11 bis 11g) und das Heizelement (10 bis 10g) an der Brennkraftmaschine erdet, undder Masseanschluss (116c), der von dem Energiesteuermodul (11) vorsteht, mit dem Metallblock (117c) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizelement- Energiesteuervorrichtung, wie etwa eine Energiesteuervorrichtung einer Glühkerze, die ein Heizelement und eine Steuereinheit für elektrische Energie integriert.
Glühkerzen, die Heizelemente umfassen, werden in Dieselmotoren verwendet, um ein Zünden von Kraftstoff zu unterstützen, ein Motorklopfen zu unterdrücken und eine Abgasreinigungsvorrichtung wiederherzustellen. Die Glühkerze integriert darin das Heizelement, wie etwa ein metallisches Widerstandselement oder ein keramisches Widerstandselement, und ist an einem Motorkopf angebracht, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in einer Verbrennungskammer des Motors aufzuheizen. Ein Einlassheizelement wird ebenso als eine Hilfsheizvorrichtung für eine Brennkraftmaschine verwendet. Das Einlassheizelement umfasst gleichermaßen darin ein Heizelement, das in einem Einlassstutzen der Maschine angebracht ist, um in den Einlassstutzen angesaugte Luft als Antwort auf eine Energiezufuhr aufzuheizen. Verschiedene Heizelement- Energiesteuervorrichtungen, die eine Stromzufuhr zu Heizelementen steuern, sind beispielsweise in der JP 2004 - 108189A , der JP 2009-168319A und der JP 2010-65980A vorgeschlagen. Für ein schnelles Aufheizen und eine kontinuierliche Stromzufuhr wird ein Strom von mehreren Ampere bis mehreren zehn Ampere der Glühkerze zugeführt, und daher tendiert eine Halbleiterschaltvorrichtung, die die Stromzufuhr steuert, dazu, mehr Wärme zu erzeugen. In der herkömmlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung werden demzufolge mehrere an mehreren Maschinenzylindern angebrachte Glühkerzen nacheinander mit Strömen versorgt, um zu vermeiden, dass große Ströme gleichzeitig zu den mehreren Glühkerzen fließen.
Gemäß der in den vorstehend genannten Patentdokumenten offenbarten herkömmlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung sind mehrere Halbleiterschalt- vorrichtungen in jeder Steuervorrichtung bereitgestellt. Wenn durch die Halbleiterschaltvorrichtungen erzeugte Wärme einander überlagern, tendieren die Halbleiterschaltvorrichtungen dazu, fehlerhaft zu arbeiten oder auszufallen. Um dieser Möglichkeit zu begegnen, sind die Halbleiterschaltvorrichtungen zueinander beabstandet angeordnet, oder es ist eine Wärmesenke zusätzlich bereitgestellt. Diese Anordnung oder Konfiguration ist hinderlich bei einer Reduktion der Größe der Heizelement- Energiesteuervorrichtung.
In der herkömmlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung werden eine Kerzenspannung (VGP), die an die Glühkerze angelegt wird, und ein der Glühkerze zugeführter Kerzenstrom (IGP) erfasst, sodass die erfasste Spannung und der erfasste Strom für eine Temperatursteuerung der Glühkerze oder einer Abnormitätserfassung des Überstroms verwendet werden können. Die Glühkerze ist an dem Maschinenkopf geerdet, wenn diese an dem Maschinenkopf angebracht ist. Die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung befindet sich in einem vorderen Armaturenbrett und ist über eine Erdungsleitung oder durch direkte Kopplung mit dem Chassis mit einem Fahrzeugchassis (Körperrahmen) geerdet. Als eine Folge werden Massenpotentiale der Glühkerze und der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung aufgrund eines Steuerstroms und einer Leitungsimpedanz unterschiedlich.
Eine Genauigkeit einer Erfassung des Kerzenstroms IGP und der Kerzenspannung VGP tendiert daher dazu, abzusinken.
Gemäß der herkömmlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung ist eine Energiezufuhrsteuereinheit mit einer Steuerenergiequelle (+B) zusammen mit anderen Steuervorrichtungen, wie etwa einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, verbunden. Dessen Heizelement ist mit einem in der Energiesteuervorrichtung bereitgestellten Halbleiterschaltelement über einen Kabelbaum und weiterhin mit einer Energiequelle (BAT), wie etwa einer in einem Fahrzeug angebrachten Batterie, verbunden. Die Energiesteuereinheit in der Energiesteuervorrichtung empfängt möglicherweise durch andere Steuervorrichtungen erzeugte elektromagnetische Störsignale. Diese empfängt ebenso möglicherweise Störsignale, die durch Änderung eines Stroms zum Zeitpunkt eines Steuerns einer Energiezufuhr deren Heizelement erzeugt wird, und durch eine Leitungsimpedanz und eine Überlagerung der Energiequellenspannung erhöht wird. Wenn das Störsignal zunimmt oder eine Differenz zwischen einem Massepotential der Energiesteuereinheit und einem Massepotential des Heizelements ansteigt, nimmt eine Genauigkeit des durch die Energiesteuervorrichtung erfassten Glühkerzenstroms IGP und der Kerzenspannung VGP ab. Als eine Folge nimmt eine Genauigkeit der Steuerung der Glühkerzenheizelementtemperatur ab und führt dazu, dass eine Abnormität fälschlicherweise erfasst wird.
Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2011 077 414 A1 zeigt ein, Glühker- zen-Stromzufuhrsteuersystem in dem Glühkerzen-Stromzufuhrsteuereinheiten für entsprechende Glühkerzen einer Vielzahl von Zylindern in einer Dieselbrennkraftmaschine bereitgestellt sind, um eine Stromzufuhr für die Glühkerzen zu steuern, so dass jede Glühkerzen-Stromzufuhrsteuereinheit dazu fähig ist, dessen Zylinderposition für die individuelle Stromzufuhrsteuerung und Selbstdiagnose zu erfassen.
Ferner offenbart die Druckschrift WO 2006/025803 A1 eine Glühkerze mit einem integrierten Steuergerät, wobei das Steuergerät den Betrieb der Kerze so regelt, dass konstante oder zeitabhängige Referenzwerte eines oder mehrerer physikalischer Parameter, die den Betrieb der Kerze, des Motors oder des gesamten Fahrzeugs beeinflussen, erreicht und aufrechterhalten werden.
Weiterer Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus den Druckschriften EP 1 669 675 A1 und DE 199 44 193 A1 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizelement- Energiesteuervorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist, eine Heizelementtemperatur genau zu steuern, und die leicht an einem Fahrzeug anbringbar ist, durch Integrieren eines Heizelements und einer Energiezufuhrsteuereinheit für das Heizelement, wodurch eine Differenz zwischen Massepotentialen der Energiesteuereinheit und des Heizelements vermindert wird.
Eine Heizelement- Energiesteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine umfasst ein Heizelement, ein Halbleiterschaltelement und ein Energiesteuermodul. Das Heizelement ist in der Maschine angebracht und erzeugt Wärme, wenn Energie von einer Energiequelle zugeführt wird. Das Halbleiterschaltelement schaltet eine Energiezufuhr zu dem Heizelement gemäß einem daran angelegten Ansteuersignal ein und aus. Das Energiesteuermodul weist einen Ansteuersignalanschluss und einen Masseanschluss auf, die vorstehen, um das Ansteuersignal bzw. eine Erdung des Energiesteuermoduls zu empfangen. Die Heizelement-Energiesteuervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin ein Gehäuse, das aus Metall besteht und in einer mit einem Boden versehenen zylindrischen Form ausgebildet ist, um sowohl das Energiesteuermodul als auch das Heizelement darin aufzunehmen, und einen Metallblock, der in Kontakt mit einer inneren Umfangswand des Gehäuses bereitgestellt ist, und das Energiesteuermodul darin angebracht ist, aufweist. Das Gehäuse erdet das Energie- steuermodul und das Heizelement an der Brennkraftmaschine, und der Masseanschluss, der von dem Energiesteuermodul vorsteht, ist mit dem Metallblock verbunden.
Das Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung, die auf die anhängenden Zeichnungen Bezug nimmt, besser ersichtlich.

1 ist ein Blockdiagramm einer Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Ansicht der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt schematische Ansichten, die (a) eine Draufsicht, (b) eine Teilansicht und (c) eine perspektivische Ansicht eines in der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Energiesteuermoduls umfassen.
4 zeigt schematische Ansichten, die (a) eine Draufsicht, (b) eine Teilansicht eines Kabelbaums eines entsprechenden Verbindungselements, (c) eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in (a), (d) eine Schnittansicht entlang einer Linie B-B in (c) und (e) eine Ansicht von unten von in der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Verbindungselementen umfasst.
5 zeigt Teilansichten eines teilweisen Herstellprozesses eines Teils der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend (a) ein Zusammensetzen des Verbindungselements und des Energiesteuermoduls und (b) Verbinden des Verbindungselements und des Energiesteuermoduls.
6 zeigt Teilansichten eines teilweisen Herstellprozesses von Teilen der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend (a) ein Gehäuse und (b) ein Zusammensetzen des Energiesteuermoduls in das Gehäuse.
7 zeigt Teilansichten eines in der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Heizelements, umfassend (a) eine Teilansicht eines metallischen Heizelements, (b) eine Teilansicht eines keramischen Heizelements und (c) eine Teilansicht einer Baugruppe des Heizelements und eines Halteelements.
8 zeigt Teilansichten eines Herstellprozesses der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend (a) ein Zusammensetzen des Heizelements und des Gehäuses und (b) eine Teilansicht der letztendlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung.
9 zeigt Blockdiagramme der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend (a) ein Schaltungsdiagramm einer Zylinderpositionsbestimmungseinheit in einem Zylinderpositionsbestimmungsmodus, (b) ein Schaltungsdiagramm einer Ansteuerschaltungseinheit in einem Ansteuermodus und (c) ein Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseeinheit in einem Abnormitätsdiagnosemodus.
10 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung als ein Vergleichsbeispiel.
11 zeigt Graphen von Eigenschaften der herkömmlichen Glühkerzenenergiesteuervorrichtung, umfassend (a) einen Graphen, der Änderungen des Massepotentials der herkömmlichen Vorrichtung bezüglich des Massepotentials der Glühkerze zeigt, und (b) einen Graphen, der Beziehungen einer Potentialdifferenz und eines Temperaturerfassungsfehlers bezüglich eines Leitungswiderstands zwischen der herkömmlichen Vorrichtung und der Glühkerze zeigt.
12 zeigt Teilansichten von unterschiedlichen Erdungsverfahren der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, umfassend (a1) eine Seitenteilansicht, (a2) dessen Längsteilansicht, (b1) eine Seitenansicht eines weiteren Beispiels und (b2) eine Längsansicht eines weiteren Beispiels.
13 zeigt Teilansichten von unterschiedlichen Erdungsverfahren einer Glühkerzenenergiesteuervorrichtung gemäß weiteren Vergleichsbeispielen, umfassend (a1) eine Seitenteilansicht, (a2) dessen Längsteilansicht, (b1) eine Seitenansicht noch eines weiteren Beispiels und (b2) eine Längsansicht des noch weiteren Beispiels.
14 zeigt schematische Ansichten eines weiteren Beispiels eines in der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung verwendeten Verbindungselements, umfassend (a) eine Explosionsansicht von verschiedenen Komponenten, die für eine Verbindung mit einem externen Teil verwendet werden, und (b) eine Teilansicht von zusammengesetzten Hauptteilen.
15 zeigt Ansichten einer Einlass- Heizelement- Energiesteuervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, umfassend (a) eine Teilansicht eines Heizelements und (b) eine schematische Ansicht einer Installation der Steuervorrichtung in einem Maschinensystem

(Erstes Ausführungsbeispiel)
Mit Bezugnahme auf 1 bis 8 wird ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei eine Heizelement- Energiesteuervorrichtung als eine Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 implementiert ist, die eine Energiezufuhr zu einer Glühkerze 10 steuert, die als ein Heizelement an jedem von mehreren Zylindern einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine E/G, wie etwa einem Dieselmotor, angebracht ist. Die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 dient zum Steuern einer Energiezufuhr zu der entsprechenden Glühkerze 10. Ein Energiesteuermodul 11, das eine elektronische Steuerschaltungseinheit (GCU) für eine Energiezufuhrsteuerung ist, ist integral mit der entsprechenden Glühkerze 10 innerhalb eines Metallgehäuses 12 beherbergt und mit einem Maschinenkopf der Maschine E/G über das Metallgehäuse 12 geerdet. Daher sind die Glühkerze 10 und das Energiesteuermodul 11 in jeder Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 mit dem gleichen durch die Maschine E/G bereitgestellten Massepotential verbunden. Weiterhin sind alle der Glühkerzenenergiesteuervorrichtungen 1 mit dem gleichen durch die Maschine E/G bereitgestellten Massepotential verbunden. Daher kann eine Temperatursteuerung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Jede Glühkerze 10 wird unabhängig von den anderen Glühkerzen 10 der anderen Zylinder durch das entsprechende Modul 11 gesteuert. Daher wird die Energiezufuhr zu einer Glühkerze 10 nicht durch eine Störung der anderen Glühkerzen 10 beeinflusst, und nicht durch eine Wärmeerzeugung der anderen Energiesteuermodule 11 beeinträchtigt.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 die Glühkerze 10 und das Energiesteuermodul 11, das innerhalb des Metallgehäuses 12 beherbergt ist. Die Glühkerze 10 erzeugt Wärme, wenn Energie von einer Energiequelle 40, wie etwa einer Batterie, gemäß einem Ansteuersignal SI zugeführt wird, das von einer Maschinensteuereinheit (ECU) 3 gemäß Betriebszuständen der Maschine E/G ausgegeben wird. Das Energiesteuermodul 11 steuert eine Energiezufuhr zu der entsprechenden Glühkerze 10. Die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 ist an dem entsprechenden Zylinder der Maschine E/G angebracht. Das Energiesteuermodul 11 und die Kerze 10 sind über das Metallgehäuse 12 mit der Maschine geerdet. Das Energiesteuermodul 11 umfasst ein Halbleiterschaltelement (P-Kanal MOSFET) 110 und eine Steuereinheit 111. Die Energiesteuereinheit 111 besteht aus einer Zylinderidentifikationseinheit IDU, einer Ansteuerschaltungseinheit DRV und einer Selbstdiagnoseeinheit DIU.
Ein P-Kanal-Leistungs-MOSFET (p-MOSFET) wird als das Halbleiterschaltelement 110 verwendet, sodass die Schaltungskonfiguration vereinfacht wird. Die Quelle bzw. Source des Halbleiterschaltelements 110 ist direkt mit der Energiequelle 40 über einen Batteriespannungsanschluss BAT, ein Anschlusselement 13, einen Energiezufuhrkabelbaum 17 und eine Sicherung 175 verbunden. Die Sicherung 175 ist die gleiche für alle der Steuervorrichtungen 1. Der Drain des Halbleiterschaltelements 110 ist mit einer Seite hohen Potentials (high- Seite) der entsprechenden der Kerzen 10 verbunden. Die Glühkerze 10 ist über das Metallgehäuse 12 an der Maschine geerdet. Der P-Kanal-Energie-MOSFET weist einen größeren Ein-Widerstand und eine langsamere Schaltgeschwindigkeit auf, als ein N-Kanal-Leistungs-MOSFET aufweist. Jedoch ist dieser zufriedenstellend verwendbar, wenn die Energiezufuhr zu der Glühkerze 10 durch eine PWM-Steuerung oder dergleichen gesteuert wird. Wenn eine schnellere Schaltgeschwindigkeit notwendig ist, kann alternativ ein N-Kanal-Leistungs-MOSFET als das Halbleiterschaltelement 110 verwendet werden. Es ist notwendig, eine Ladungspumpenschaltung oder dergleichen bereitzustellen, die eine Ansteuerspannung VGG in der Ansteuerschaltung DRV erzeugt, die höher als eine Sourcespannung VSS ist, um ein Schalten des N-Kanal-Leistungs-MOSFET anzusteuern.
Ein Steuerspannungsanschluss +B der Energiesteuereinheit 111 ist mit der Energiequelle 40 über den Energiequellenanschluss BAT, den Kabelbaum 17 und die Sicherung 175 verbunden. Die Energiesteuereinheit 111 ist an dem Maschinenkopf zusammen mit der Glühkerze 10 über das Metallgehäuse 12 geerdet. Eine Schutzschaltung Dp, wie etwa eine Diode, ist zwischen dem Steuerspannungsanschluss +B und dem Masseanschluss GND der Energiesteuereinheit 111 bereitgestellt, um die Energiesteuereinheit 111 vor einem Stromstoß zu schützen.
Die Zylinderidentifikationsbestimmungseinheit IDU, die für jede Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 angebracht ist, bestimmt die entsprechende Zylinderidentifikation. Die Zylinderidentifikation kann durch Bereitstellen von Widerständen mit unterschiedlichen Widerstandswerten unter den Zylindern und Erfassen eines Spannungsabfalls des entsprechenden Widerstands bestimmt werden. Diese kann ebenso durch Bereitstellen von Widerständen des gleichen Widerstandswertes in einem Ansteuersignalkabelbaum 18 oder einem Selbstdiagnosekabelbaum 19, der die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 überbrückt und eine durch einen zusammengesetzten Widerstandswert von Widerständen produzierte Spannung erfasst, bestimmt werden. Diese Positionsbestimmung wird später mit Bezugnahme auf (a) von 9 beschrieben.
Die Ansteuerschaltungseinheit DRV legt die Ansteuerspannung VGG an das Gate des Halbleiterschaltelements 110 an, um das Halbleiterschaltelement 110 basierend auf dem von der ECU 3 produzierten Ansteuersignal SI ein- und auszuschalten. Das Ansteuersignal SI wird einem nach dem anderem gemäß der Zylinderidentifikation (1) bis (n) geschaltet, sodass große Einschaltströme nicht gleichzeitig zu den Glühkerzen 10 fließen. Diese Zeitsteuerung wird später mit Bezugnahme auf (b) von 9 beschrieben.
Die Selbstdiagnoseeinheit DIU erfasst einen Widerstand der Glühkerze 10 basierend auf einem in der Glühkerze 10 fließenden Kerzenstrom IGP und einer an die Glühkerze 10 angelegten Kerzenspannung VGP, und erfasst eine Abnormität, wie etwa einen Kabelbruch oder ein Überstrom, basierend auf einer Widerstandsänderung. Es ist möglich, den Kerzenstrom IGP durch Bilden einer Stromspiegelschaltung durch Verwenden eines Teils einer Halbleiterzelle des Halbleiterschaltelements 110 und Erfassen eines Spiegelstroms zu erfassen. Dieses Erfassungsverfahren dient dazu, einen Verlust von zu der Glühkerze 10 zugeführtem Strom zu reduzieren. Wie in 2 gezeigt ist, ist das Energiesteuermodul 11 innerhalb des Metallgehäuses 12 kompakt beherbergt, und daher kann die Steuervorrichtung 1 an dem Zylinderkopf leicht befestigt werden.
Das Energiesteuermodul 11 wird weiterhin mit Bezugnahme auf 3 detailliert beschrieben. Das Halbleiterschaltelement 110 verwendet den P-Kanal-Leistungs-MOSFET. Das Halbleiterschaltelement 110 und die Energiesteuereinheit 111 sind Seite an Seite, wie in (a) und (b) von 3 gezeigt, angeordnet. Wie in (b) gezeigt ist, ist ein Drain-Anschlusselement 112 in einer im Wesentlichen flachen Plattenform bereitgestellt, um zu dem Drain D des Halbleiterschaltelements 110 leitfähig zu sein, und wird als ein Substrat zum Anbringen eines freiliegenden Chips verwendet, der die Energiesteuereinheit 111 bildet. Das Source S, das Gate G und der Abtastanschluss SEN des Halbleiterschaltelements 110 sind mit einem Energieeingabeleitungsrahmen bzw. Leadframe 114, einem Gate-Spannungsausgangsanschluss VGG und einem Abtaststromeingangsanschluss IGP, VGP der Energiesteuereinheit 111 über Bonddrähte WRBND entsprechend verbunden. Der Ansteuersignalanschluss SI, der Energieeingangsanschluss +B, der Selbstdiagnoseausgangsschluss DI und der Masseanschluss GND der Energiesteuereinheit 111, die an dem Drainanschlusselement 112 angebracht sind, sind mit einem Ansteuersignaleingangs-Leadframe 113, dem Energieeingangs-Leadframe 114, einem Selbstdiagnosesignalausgangs-Leadframe 115 und einem Masse-Leadframe 116 über die Bonddrähte WRBND entsprechend verbunden. Das Halbleiterschaltelement 110 und die Energiesteuereinheit 111 werden durch Harz als ein Harzformguss 118 formgegossen. Daher wird das Energiesteuermodul 11 wie in (c) von 3 gebildet, sodass nur ein Endabschnitt der Leadframes 112 bis 116 aus dem Harzformguss 118 hervorstehen. Obwohl das Halbleiterschaltelement 110 und die Energiesteuereinheit 111 als separate durch Bonddrähte verbundene Halbleiterelemente veranschaulicht sind, können das Element und die Energiesteuereinheit 111 in einem einzelnen Halbleiterschaltungschip integriert sein.
Das Verbindungselement 13 ist wie in 4 gezeigt aufgebaut. Wie in (a), (c), (d) und (e) von 4 gezeigt ist, sind Anschlusselementanschlüsse 172, 182, 192, 203 einstückig in einem Harzformguss 130 durch Einlegeformgießen oder Einpassen bereitgestellt, um eine Innenseite und eine Außenseite des Harzformgusses 130 zu verbinden. An einer Basisseite des Verbindungselements 13 nimmt ein im Wesentlichen zylindrisches Einpassteil 131 ein Gegenkabelbaumanschlusselement 20, wie in (b) von 4 gezeigt ist, passend auf. Ein Führungsstiftteil 135 ist an einem Außenabschnitt des Einpassteils 131 ausgebildet, sodass sich das Gegenanschlusselement 20 nicht von dem Anschlusselement 13 löst. An einer oberen Endseite des Verbindungselements 13 ist ein Aufnahmeraum 133 bereitgestellt, um das Energiesteuermodul 11 darin aufzunehmen. An der Basisseite liegt eines der Enden 173, 183, 193 und 203 von Anschlusselementanschlüssen 172, 182, 192 und 202 frei. Eine Arbeitsöffnung 134 ist bereitgestellt, um die Anschlusselementanschlüsse 173, 183, 193 und 203 mit den Leadframes 112 bis 116 des Energiesteuermoduls 11 entsprechend zu verbinden. Wie in (b) von 2 gezeigt ist, hält und beherbergt darin das Gegenkabelbaumverbindungselement 20, das das Energiesteuermodul 11 mit der Energiequelle 40 und der ECU 3 verbindet, einen Energieverbindungselementanschluss 171, ein Ansteuersignalverbindungselementanschluss 181 und einen Selbstdiagnoseverbindungselementanschluss 191, die mit dem Energiezufuhrkabelbaum 170, dem Ansteuersignalkabelbaum 180 bzw. dem Selbstdiagnosekabelbaum 190 verbunden sind. Daher ist das Anschlusselement 20 passend mit dem Verbindungselement 13 der Energiesteuereinheit 11 ausgebildet.
Das Energiesteuermodul 11 ist innerhalb des Verbindungselements 13 aufgenommen und mit zugewiesenen Teilen verbunden, wie in 5 gezeigt ist. Ein Drain-Anschluss 112 des Energiesteuermoduls 11 ist mit einem im Wesentlichen zylindrischen Anschlusselement 141 passend ausgebildet, das an der Basisseite eines Energiezufuhrzwischenstabs 14 bereitgestellt ist. Der Zwischenstab 14 weist eine gestreckte Form auf und besteht aus Metall mit hoher Leitfähigkeit. Der Drain-Anschluss 112 ist elektrisch mit dem Anschlussverbindungselement 141 durch Presspassen, Hartlöten, Löten, Schweißen oder anderen Verbindungsverfahren verbunden. Das Energiesteuermodul 11, das den Zwischenstab 14 enthält, ist in einem Modulaufnahmeraum 133 des Verbindungselements 13, wie in (a) von 5 gezeigt, aufgenommen. Wenn das Energiesteuermodul 11 in dem Modulaufnahmeraum 133 aufgenommen ist, wie in (b) von 5 gezeigt ist, kontaktieren die Leadframes 113 bis 116 des Energiesteuermoduls 11 die Verbindungselementanschlüsse 173, 183, 193 und 203, die in dem Verbindungselement 13 aufgenommen sind, und liegen in der Arbeitsöffnung 134 frei. Die Leadframes 113 bis 116 und die Verbindungselementanschlüsse 173, 183, 193 und 203 sind wie durch X-Zeichen über ein herkömmliches Verfahren, wie etwa Löten oder Laserschweißen, verbunden.
Eine integrierte Einheit des Energiesteuermoduls 11, des Verbindungselements 13 und des Energiezufuhrzwischenstabs 14 ist innerhalb des Metallgehäuses 12, wie in 6 gezeigt, beherbergt. Das Metallgehäuse 12 weist einen Gehäusebasiskörper 120 auf, der aus Metall besteht und in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet ist. Ein Gewinde 121 ist um den Außenumfang der oberen Endseite des Gehäusebasiskörpers 120 ausgebildet, um in einem Gewindeteil des Maschinenkopfs eingeschraubt zu werden. Das Metallgehäuse 12 weist weiterhin einen hexagonalen Kopf 126 an einem Außenumfang der Basisendseite auf, sodass der hexagonale Kopf 126 bei einem Verschrauben des Metallgehäuses 12 in den Maschinenkopf verwendet wird. Das Metallgehäuse 12 weist weiterhin eine an dessen Basisendseite ausgebildete Nabe 127 auf, sodass ein im Wesentlichen in einer zylindrischen Form ausgebildeter Kranz 16 das Verbindungselement 13 hält, nachdem dieses aufgenommen ist. Das Metallgehäuse 12 weist weiterhin ein zylindrisches Rohr 122 an der oberen Endseite zum Einfügen und Fixieren eines Heizelementhalteelements 15 auf, das die Glühkerze 10, wie in (c) von 7 gezeigt ist, fixiert. Der Gehäusebasiskörper 120 weist eine Bohrung auf, um ein abgestuftes Durchgangsloch bereitzustellen, das einen Verbindungselementaufnahmeraum 125 eines großen Durchmessers und ein Energiezufuhrzwischenstabeinführloch 123 eines kleinen Durchmessers bildet. Eine Stufe 124 zwischen dem Verbindungselementaufnahmeraum 125 und dem Einführloch 123 hält daran ein elastisches Halteelement 143.
Wie in (b) von 6 gezeigt ist, ist die integrierte Einheit des Energiesteuermoduls 11, des Verbindungselements 13 und des Energiezufuhrzwischenstabs 14 in das Metallgehäuse 12 eingeführt und darin fixiert. Ein Dichtungselement 143, das aus wärmebeständigen elastischem Material besteht und in einer ringförmigen Form ausgebildet ist, ist in das Durchgangsloch 123 eingepasst, um den Zwischenstab 14 zu halten, wobei dessen Achse in koaxialer Ausrichtung mit der Achse des Einführlochs 123 ist. Das Metallgehäuse 12 und der Masseanschluss 203 befinden sich in engem Kontakt miteinander. Der Masseanschluss des Energiesteuermoduls 11 ist an dem Metallgehäuse 12 über den Masseanschluss 203 geerdet. Zum Sicherstellen einer Verbindung des Masseanschlusses 203 und des Metallgehäuses 12 werden vorzugsweise die beiden Teile durch Laserschweißen oder Aufheizen der beiden Teile nach Aufbringen einer leitfähigen Paste, Lötpaste oder eines leitfähigen Klebstoffs an dem oberen Ende des Masseanschlusses 203 und Aufnehmen des Energiesteuermoduls 11 und dergleichen innerhalb des Metallgehäuses 12 fixiert.
Die Glühkerze 10 ist in 7 gezeigt. Als Heizelement der Glühkerze 10 können ein in (a) gezeigtes metallisches Heizelement oder ein in (b) gezeigtes keramisches Heizelement verwendet werden. Das metallische Heizelement weist eine Heizelementspule 102 und eine Steuerspule 103 auf, die in Reihe in einer Metallhülse (Schutzhülse) 100 verbunden sind, die in einer mit Boden versehenen zylindrischen Form mit einem offenen Ende an der Basisendseite und einem geschlossenen Ende an der oberen Endseite ausgebildet ist. Die Spulen 102 und 103 bestehen aus metallischen Widerstandsdrähten. Ein Isoliermaterial 104, wie etwa Magnesiumpulver, ist in die Hülse 100 gefüllt. Das metallische Heizelement ist elektrisch mit der Hülse 100 an einem Heizelementmasseteil 101 verbunden, das sich an der oberen Endseite der Heizelementspule 102 befindet, und ist elektrisch mit einem Eingangsanschluss 106 an einer Basisendseite 105 verbunden, die mit dem Energiesteuermodul 11 zu verbinden ist. Die Heizelementspule 102 und die Steuerspule 103 bestehen aus einem Widerstandsmaterial, wie etwa einer Fe-Cr-Legierung oder einer Ni-Cr-Legierung, und weisen entsprechende vorbestimmte Widerstände auf.
Das keramische Heizelement weist ein keramisches Widerstandselement 102a, das im Wesentlichen in einer U-Form ausgebildet ist, ein Paar von Adern 103a und 104a, die das keramische Widerstandselement 102a nach Außen verbinden, und einen Isolierkörper 100a auf, der in einer Rohrform ausgebildet ist, und das keramische Widerstandselement 102a und die Adern 103a, 104a darin aufnimmt oder abdeckt. Ein Ende der mit einem Ende des keramischen Widerstandselements 102a verbundenen Ader 103a erstreckt sich zu der Seitenfläche des keramischen Heizelements 10a, um einen Masseanschluss 101a bereitzustellen. Ein oberes Ende der Ader 104a, das mit dem anderen Ende des keramischen Widerstandselement 102a verbunden ist, erstreckt sich zu dem Basisende des Isolierelements 100a, um einen Eingangsanschluss 105a bereitzustellen. Der Eingangsanschluss 105a ist mit dem Energiesteuermodul 11 über ein Eingangsanschlusselement 106a verbunden. Das keramische Widerstandselement 102a besteht aus einem leitfähigen keramischen Material, wie etwa Siliziumnitrit oder Molybdändisilicid. Die Adern 103a und 104a bestehen aus wärmebeständigem Metallmaterial, wie etwa Wolfram. Der Isolierkörper 100a besteht aus isolierendem keramischen Material, wie etwa Siliziumnitrid.
Die Glühkerze (metallisches Heizelement oder das keramische Heizelement) 10 wird fest durch das im Wesentlichen zylindrische Heizelementhalteelement 15 fixiert und gehalten. Das Heizelementhalteelement 15 besteht aus einem metallischen Material, wie etwa SUS, und ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet, um das metallische Heizelement oder das keramische Heizelement in der Innenseite eines Heizelementeinführlochs 151 festzuhalten. Das Heizelementhalteelement 15 ist elektrisch mit der Metallhülse 100 oder dem Masseanschluss 101a verbunden, sodass ein Ende des metallischen Heizelements oder des keramischen Heizelements geerdet ist. Im Falle des metallischen Heizelements sind die Metallhülse 100 und das Heizelementhalteelement 15 durch Laserschweißen, Hartlöten, Verschrauben oder dergleichen miteinander fixiert. Im Falle des keramischen Heizelements sind das Isolierelement 100a und das Heizelementhalteelement 15 durch Presspassen oder Hartlöten miteinander fixiert.
Die Heizelementhalterung 15 ist in dem oberen Endteil 122 des Gehäuses 12, wie in 8 gezeigt, beherbergt und fixiert. Der obere Endteil 122 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet. Ein Gewinde ist an dem oberen Endaußenumfang des Gehäuses 12 ausgebildet, um in die Verbrennungskammer der Maschine geschraubt zu werden. Die Heizelementhalteeinrichtung 15 und das Gehäuse 14 sind miteinander durch Presspassen, Laserschweißen oder Verschrauben fixiert.
Die Glühkerze 10 und das Metallgehäuse 12 werden, wie in 8 gezeigt, zusammengesetzt. Wie in (a) gezeigt ist, wird die Heizelementhalterung 15, die die Glühkerze 10 darin hält, in das Metallgehäuse 12 von der oberen Endseite des Metallgehäuses 12 eingebracht. Wie vorstehend beschrieben, beherbergt das Metallgehäuse 12 darin das Energiesteuermodul 11, das Verbindungselement 13 und die Zwischenstange 14 einstückig. Das Eingangsanschlusselement 106, 106a, das an der Basisendseite der Glühkerze 10 bereitgestellt ist, wird in den an der oberen Endseite des Zwischenstabs 14 zylindrisch ausgebildeten Heizelementeingangsanschlussaufnahmeteil eingepresst. Das Basisende 151 des Heizelementhalteelements 15 ist in dem zylindrischen Teil der oberen Endseite 122 des Metallgehäuses 12 eingepresst. Das Heizelementhaltelemente 15 und das Metallgehäuse 12 sind fest durch Laserschweißen oder dergleichen fixiert. Ein im Wesentlichen in einer zylindrischen Form ausgebildeter Kranz 16 ist auf die Basisendseite des Metallgehäuses 12 eingepasst, und ein oberes Ende 162 des Kranzes 16 ist an einer Nabe 127 des Metallgehäuses 12 fixiert. Ein in einer Ringform ausgebildetes elastisches Element 163 ist zwischen dem Verbindungselement 13 und dem Kranz 16 zwischengeschoben. Das elastische Element 163 presst das Verbindungselement 13 elastisch in der Axialrichtung des Metallgehäuses 12, um eine Luftdichtheit und Wasserdichtheit des Steuermodulaufnahmeraums 133 sicherzustellen.
Das Steuermodul 11 wird bezüglich dessen Konfiguration und Funktion detaillierter mit Bezugnahme auf 9 beschrieben. Die Zylinderidentifikationseinheit IDU des Steuermoduls 11 ist, wie in (a) gezeigt, konfiguriert, wenn das Steuermodul 11 in einem Zylinderidentifikationsmodus arbeitet. In dem Zylinderidentifikationsmodus ist ein leitender Pfad einer Leiterschaltung, umfassend Spannungsteilerwiderstände R1 und R2, zwischen dem DI-Anschluss und dem SI-Anschluss bereitgestellt. Der DI-Anschluss wird auf die Batteriespannung +B an der ECU-Seite 3 angehoben. Der SI-Anschluss wird auf die Masse abgesenkt. Die durch den Widerstand R1 eines vorbestimmten Widerstandswerts, der in dem Selbstdiagnosesignalkabelbaum 19 angebracht ist, oder der Innenwiderstand des Selbstdiagnosesignalkabelbaums 19 und die durch den Widerstand R2 geteilte Spannung variiert gemäß der Position, an welchem Zylinder die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 angebracht ist. Daher kann jede Energiesteuervorrichtung 1 identifizieren, auf welchem Zylinder diese angebracht ist, durch Erfassen der geteilten Spannung und Vergleichen dieser mit einem vorbestimmten Schwellenpegel durch einen Komparator OP. Der Zylinderidentifikationsmodus kann beispielsweise nur durchgeführt werden, wenn die Energiezufuhr eingeschaltet ist, und das Erfassungsergebnis kann in einem Speicher gespeichert werden. Das gespeicherte Erfassungsergebnis wird anschließend in dem nachfolgenden Ansteuermodus verwendet. Ein Schalter SW ist in der IDU bereitgestellt, um den DI-Anschluss und den SI-Anschluss in anderen Modi als dem Zylinderidentifikationsmodus zu unterbrechen.
Die Ansteuerschaltungseinheit DRV des Steuermoduls 11 ist, wie in (b) gezeigt, konfiguriert, wenn das Steuermodul 11, insbesondere die Energiezufuhrsteuereinheit 111, in einem Ansteuermodus arbeitet. Eine Verzögerungsschaltung BF ist bereitgestellt, um das Ansteuersignal SI für eine vorbestimmte Periode (beispielsweise ein Viertel einer Periode) basierend auf dem durch die Zylinderidentifikationseinheit IDU identifizierten Zylinder zu verzögern. Als eine Folge wird daher durch Anlegen der Gate-Spannungen VGG zu unterschiedlichen Zeitpunkten unter den Zylindern der durch jede Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 zugeführte Spitzenstrom von Zylinder zu Zylinder differenziert, während jede Glühkerze 10 durch eine Rückkopplungssteuerung auf eine vorbestimmte Solltemperatur aufgewärmt wird. In dieser Steuerung wird die Temperatur der Glühkerze 10 basierend auf dem Widerstand des Heizelements in der Glühkerze 10 und einer Temperatureigenschaft des Heizelements berechnet, eine Abweichung der berechneten Temperatur der Glühkerze 10 von der Solltemperatur wird berechnet, und eine relative Einschaltdauer des Ansteuersignals SI wird rückgekoppelt gesteuert, um die berechnete Abweichung zu reduzieren.
Die Selbstdiagnoseeinheit DIU des Steuermoduls 11 ist, wie in (c) gezeigt, konfiguriert, wenn das Steuermodul 11, insbesondere die Energiezufuhrsteuereinheit 111, in einem Abnormitätsdiagnosebetriebsmodus arbeitet. Die Selbstdiagnoseeinheit DIU erfasst den zu der Glühkerze 10 fließenden Kerzenstrom IGP und die an die Glühkerze 10 angelegte Kerzenspannung VGP, und berechnet einen Widerstand der Glühkerze 10 basierend auf dem erfassten Strom IGP und der erfassten Spannung VGP. Durch Vergleichen der erfassten Werte mit entsprechenden Schwellenwerten werden verschiedene Abnormitäten, wie etwa ein Leitungsbruch, eine Störung oder ein Überstrom, bestimmt. Die mehreren Selbstdiagnoseeinheiten DIU sind in einer verdrahteten Oder-Logik verbunden, und daher wird die Selbstdiagnoseinformation DI einer Vorrichtung mit denen der anderen Vorrichtungen kombiniert und als ein Selbstdiagnosesignal DI zu der ECU 3 übertragen. Es ist daher möglich, die spezifische Steuervorrichtung 1 zu identifizieren, die eine Abnormität aufweist, während das an die ECU 3 übertragene Datenvolumen minimiert wird.
Nun wird die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel mit einer herkömmlichen Steuervorrichtung 1z mit Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. Die herkömmliche Steuervorrichtung 1z weist Glühkerzen 10z, die an entsprechenden Zylindern einer Maschine E/G angebracht sind, Halbleiterschaltelemente (p-MOS) zum Steuern von entsprechenden Glühkerzen 10z, und einen Energiezufuhrkabelbaum 17z auf, der die Schaltelemente 10z mit einer Energiequelle 40 verbindet. Die Steuervorrichtung 10z weist weiterhin eine Ansteuerschaltungseinheit DRV und eine Selbstdiagnoseeinheit DIU auf. Eine Steuereinheit 111z, insbesondere die Ansteuerschaltungseinheit DRV, erzeugt Ansteuersignale G1 bis Gn, um Schaltelemente 110z zu unterschiedlichen Zeitpunkten unter den Schaltelementen 110z basierend auf einem Ansteuersignal SI, das von einer ECU 3z erzeugt wird, ein- und auszuschalten. Die Selbstdiagnoseeinheit DIU erfasst eine Abnormalität der Glühkerzen 10z basierend auf zu den Glühkerzen 10z fließenden Kerzenströmen und an die Glühkerzen 10z angelegten Kerzenspannungen, und erzeugt ein Selbstdiagnosesignal DI. Die Steuervorrichtung 1z nimmt eine Steuerspannung +B separat von einer Ansteuerspannung BAT auf, und ist über eine zu erdenden Masseleitung mit einem Fahrzeugrahmen (Chassis) FRM verbunden. Die Masseleitung weist einen Leitungswiderstand r, 0,5 sq und 1 bis 5 m auf.
Eine elektronische Steuervorrichtung (ECU) zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung und eine elektronische Steuervorrichtung (ECU) zum Steuern eines Startermotors sind ebenso mit der Steuerspannung +B verbunden. Ein von diesen Vorrichtungen erzeugtes elektromagnetisches Störsignal N überlagert möglicherweise die Energiezufuhrleitungen. Die an den Maschinenkopf angebrachte Glühkerze 10z ist an dem Maschinenkopf geerdet und weist einen Innenwiderstand rG auf. Als eine Folge existiert eine Potentialdifferenz zwischen der Glühkerze 10z und der Steuervorrichtung 1z, die an dem Fahrzeugrahmen FRM geerdet ist.
Wie in (a) von 11 gezeigt ist, beträgt die Potentialdifferenz ein Maximum von ungefähr 0,45 V, auch unter normalen Bedingungen. Die Potentialdifferenz zwischen den Massepotentialen erhöht sich möglicherweise in den anderen mit der Energiezufuhrleitung verbundenen Steuervorrichtungen, wenn ein Einschaltstrom des Startermotors ansteigt, wenn ein starker Stromstoß zum Zeitpunkt eines Ansteuerns von Kraftstoffeinspritzventilen ansteigt oder wenn eine Batteriekapazität abfällt. Wie in (b) von 11 gezeigt ist, steigt eine Potentialdifferenz ΔV in der erfassten Kerzenspannung VGP gemäß Änderungen eines Leitungswiderstands (mΩ) zwischen der Steuervorrichtung 1z und der Glühkerze 10z an. Diese Potentialdifferenz verursacht Fehler bei der Berechnung des Widerstandswerts der Glühkerze 10z, und ebenso Temperaturfehler ΔT in der basierend auf dem berechneten Widerstandswert erfassten Glühkerzentemperatur T.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind jedoch sowohl die Glühkerze 10 als auch das Energiesteuermodul 11 über das Gehäuse über den Maschinenkopf geerdet, wobei keine Potentialdifferenz in Massepotentialen auftritt. Weiterhin verwendet die Steuervorrichtung 1 die direkt von der Energiequelle 40 zugeführte Batteriespannung BAT als die Ansteuerspannung und die Steuerspannung. Als eine Folge ist die Steuervorrichtung 1 weniger anfällig bezüglich von anderen Steuervorrichtungen erzeugten elektromagnetischen Störsignalen. Daher können der Kerzenstrom IGP und die Kerzenspannung VGP mit höherer Genauigkeit erfasst werden, und die Glühkerzentemperatur kann genauer und ebenso stabiler gesteuert werden.
(Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels)
Das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung kann, wie in 12, 13 und 14 gezeigt, modifiziert werden.
Gemäß einer in (a1) und (a2) von 12 gezeigten Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1b ist ein Masseanschluss 116b eines Energiesteuermoduls 11b direkt mit einer Nabe 121 des Metallgehäuses 12 an einem Punkt 121a verbunden. Das Metallgehäuse 12 und der Masseanschluss 116b werden durch Schweißen oder Hartlöten elektrisch verbunden. Weil eine Distanz der Masseleitung 116b zwischen dem Energiesteuermodul 11 und der Glühkerze 10 stark verkürzt ist, kann die Massepotentialdifferenz sehr stark reduziert werden.
Gemäß einer in (b1) und (b2) von 12 gezeigten Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1c ist ein Metallblock 117c in Kontakt mit der inneren Umfangswand des Metallgehäuses 12 bereitgestellt. Das Energiesteuermodul 11 ist in einem Modulaufnahmeraum des Metallblocks 117c angebracht, und ein Masseanschluss ist mit dem Metallblock 117c verbunden. Der Metallblock 117c und der Masseanschluss 116c sind durch Schweißen oder Hartlöten elektrisch verbunden. Weil der Metallblock 117c von dem Ausgangsanschluss 112 elektrisch isoliert sein muss, ist die untere Fläche des Ausgangsanschluss 112 vorzugsweise mit Gießharz 118 bedeckt. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel gilt zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen, dass der Metallblock 117c ebenso als eine Wärmesenke funktioniert, und durch das Halbleiterschaltelement 110 erzeugte Wärme schnell zu dem Maschinenblock abstrahlt.
Gemäß einer in (a1) und (a2) von 13 gezeigten Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1d ist ein Masseanschluss 116d nicht direkt mit dem Metallgehäuse 12 verbunden, sondern über einen Masseanschluss (Zwischenelement) 117d mit dem Gehäuse 12 verbunden. Der Masseanschluss 116d, der Anschluss 117d und das Metallgehäuse 12 sind durch Schweißen oder Hartlöten an den Punkten 117a verbunden. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel gilt zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen, dass der Anschluss 117d in einer beliebigen Form für eine Herstellvereinfachung ausgebildet sein kann. Es ist in dieser Modifikation möglich, den Anschluss 117d in einer breiteren Form auszubilden und diese mit einer Fläche eines Harzgusselements 118 des Energiesteuermoduls 11 zu kontaktieren. Der Anschluss 11 wird daher als eine Wärmesenke verwendet und ist mit dem Metallgehäuse 12 verbunden.
Gemäß einer in (b1) und (b2) von 13 gezeigten Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1e wird ein Zwischenanschluss 117e verwendet. Ein Ende des Anschlusses ist an dem Masseanschluss 116e an dem Punkt 117b angeschweißt. Das andere Ende des Anschlusses 117e ist zwischen der Nabe 121 des Metallgehäuses 12 und einem Dichtungsteil 162 an dem oberen Ende des Kranzes 16 angebracht und zusammen mit der Nabe 121 und dem Kranz 16 fixiert. Gemäß diesem Modifikationsbeispiel müssen zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen der Anschluss 117e und das Metallgehäuse 12 nicht geschweißt werden, und daher kann ein Herstellprozess (Schweißen) eliminiert werden.
Gemäß einer in (a) und (b) von 14 gezeigten Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1f ist das Anschlusselement 13 unterschiedlich konfiguriert. In diesem Modifikationsbeispiel sind ein Ansteuersignalanschluss 182f und ein Selbstdiagnosesignalanschluss 192f einachsig über zylindrische Isolatoren 131f und 135f angebracht und ein Energieeingangsanschluss 17f ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, um einachsig bzw. koaxial die Anschlüsse 182f und 192f zu umgeben. Ein Ansteuersignalkabelbaum 180f und ein Selbstdiagnosesignalkabelbaum 190f sind mit dem gleichen Zentrum durch Isolatoren 184 und 185 angebracht, um ein Koaxialkabel zu bilden. Der Ansteuersignalanschluss 181f ist in dem Zentrum angebracht und der Ansteuersignalanschluss 191f ist zylindrisch um den Ansteuersignalanschluss 181f angebracht, um ein koaxiales Verbindungselement 175 zu bilden.
Gemäß diesem Modifikationsbeispiel verwendet ein Energiezufuhrkabelbaum 17f einen Presskontaktanschluss 171f mit einem ringförmigen Anschlussteil, der herkömmlich zum Zuführen von Energie zu der Glühkerze verwendet wird. Wie in (b) von 14 gezeigt ist, ist der Kabelbaum 17f an einen Energiequelleneingangsanschluss 173f über eine Mutter 190 geschraubt befestigt. Durch Einführen des koaxialen Verbindungselements 175 werden der Ansteuersignalkabelbaum 180f und der Selbstdiagnosesignalkabelbaum 190f mit dem Ansteuersignalanschluss 182 bzw. dem Selbstdiagnosesignalanschluss 192f verbunden. Aufgrund der koaxialen Konfiguration kann eine Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1f mit der Maschine geschraubt befestigt sein, ohne direktionale Begrenzung der Anschlüsse, wobei der Kabelbaum nicht verdrillt ist. Durch Verbinden eines Verbindungsteils eines Masseanschlusses 114f mit dem Metallgehäuse 12 wird die Potentialdifferenz zwischen dem Energiesteuermodul 11 und der Glühkerze 10 genullt, und daher kann eine Temperatursteuerung mit hoher Genauigkeit erreicht werden.
Die Heizelementenergiezufuhrsteuervorrichtung 1 ist nicht darauf beschränkt, als eine Glühkerze verwendet zu werden. Diese kann bei anderen in der Maschine zum Durchführen einer Energiezufuhrsteuerung und einer Fehlfunktionserfassung basierend auf einem Strom und einer Spannung eines Heizelements verwendeten Heizelementen angewendet werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Die Heizelement- Energiesteuervorrichtung ist gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in (a) von 15 gezeigt, als eine Einlass- Heizelement- Energiesteuervorrichtung 1g implementiert. Die Einlass- Heizelement- Energiesteuervorrichtung 1g steuert eine Energiezufuhr zu einem Einlassheizelement 10g, das in einem Einlassstutzen eines Dieselmotors bereitgestellt ist, wie in (b) von 15 gezeigt ist.
Die Einlass- Heizelement- Energiesteuervorrichtung 1g ist auf eine gleiche Weise wie die Glühkerzenenergiesteuervorrichtung konfiguriert. In 15 sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel versehen. Jedoch ist jedes Bezugszeichen in 15 mit einem Zusatz „g“ versehen, und die Beschreibung ist vereinfacht.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Eingangsanschlusselement 106g an einer Basisendseite eines als Heizelement bereitgestellten Einlassheizelements 10g mit einem oberen Endteil einer Zwischenstange 14g verbunden. Ein Basisende 141g der Zwischenstange 14g ist mit einem Ausgangsanschluss 112g eines Energiesteuermoduls 11g verbunden. Ein Heizelementmasseteil 101g an der oberen Endseite des Einlassheizelements 10g und ein Masseanschluss 116g sowie ein Massezwischenelement 117g des Energiesteuermoduls 11g sind integral an einem Verbindungsteil 203g des Metallgehäuses 12g verbunden. Das Metallgehäuse ist mit einem Einlassstutzen INMH verschraubt, um darin geerdet zu sein. Ein Ansteuersignalanschluss 113g, ein Energiezufuhreingangsanschluss 114g und ein Selbstdiagnosesignalanschluss 115g des Energiesteuermoduls 11g sind entsprechend mit Verbindungsteilen 173g, 183g und 193g eines Ansteuersignalverbindungselements 172g, eines Energiezufuhrverbindungselements 182g und eines Selbstdiagnosesignalverbindungselements 192g verbunden, die innerhalb eines Verbindungselements 13g beherbergt sind.
Wie in 15 gezeigt ist, gilt gleich der Glühkerzenenergiesteuervorrichtung 1 bis 1f, dass die Einlass- Heizelement- Energiesteuervorrichtung 1g das Einlassheizelement 10g, das als das Heizelement bereitgestellt ist, und das Energiesteuermodul 11g integral innerhalb des Metallgehäuses 12g beherbergt, und die Einlass- Heizelement- Energiesteuervorrichtung 1g und das Steuermodul 11g mit dem Einlassstutzen INMH der Maschine über das Metallgehäuse 12g erdet. Daher wird die Potentialdifferenz zwischen dem Einlassheizelement 10g und dem Energiesteuermodul 11g genullt, wodurch die Heizelementtemperatur präzise gesteuert wird. Das zweite Ausführungsbeispiel kann ebenso, wie in 12 bis 14 gezeigt ist und wie den beschriebenen Modifikationsbeispielen, modifiziert werden.
Die Dieselmaschine E/G umfasst die folgenden Komponenten: einen Ladeluftkühler CLINT zum Kühlen von EGR-Gas; ein Abgasrückführventil EGR; ein Drosselventil TRT zum Regulieren einer in eine Verbrennungskammer angesaugten Ansaugluftmenge; einen Einlassstutzen INMH zum Einbringen von Einlassluft; einen Auslassstutzen EXMH zum Ausstoßen einer Verbrennungsemission; ein Ansaugventil VIN zum Öffnen und Schließen einer Passage zwischen dem Einlassstutzen und dem Zylinder; ein Auslassventil VEX zum Öffnen und Schließen einer Passage zwischen dem Zylinder und dem Auslassstutzen; einen Zylinder CYL der Maschine E/G; einen Kolben PST der Maschine, der sich in dem Zylinder hin und her bewegt; einen Kühlmitteltemperatursensor TW; ein Kraftstoffeinspritzventil INJ; eine Hochdruckpumpe PMP zum Akkumulieren von Kraftstoff; eine gemeinsame Leitung CR zum Speichern von mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff; einen Turbolader TRB zum Turboladen von Luft in die Verbrennungskammer durch Antreiben des Turboladers durch Abgasdruck; einen Dieselpartikelfilter DPF zum Filtern des verbrannten Abgases; einen Gassensor SEN zum Erfassen von spezifischen Komponenten in dem den DPF durchlaufenden Verbrennungsabgas; und einen Drucksensor PS zum Erfassen eines Druckverlusts in dem DPF und zum Erfassen einer Verschlechterung des DPF.
Ein Heizelement (10) und ein Energiesteuermodul (11) für das Heizelement (10) sind integral innerhalb eines Metallgehäuses (12) beherbergt, das in einer mit Boden versehenen zylindrischen Form ausgebildet ist und an einer Brennkraftmaschine (E/G) angebracht ist. Das Heizelement (10) und das Energiesteuermodul (11) sind über das Gehäuse (12) an der Brennkraftmaschine (E/G) geerdet. Ein Masseanschluss (116 bis 116g) des Energiesteuermoduls (11) kann direkt oder über einen Metallblock (117c) oder ein Anschlusselement (117e) mit dem Gehäuse (12 bis 12g) verbunden sein.

Claims

Heizelement-Energiesteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit: einem Heizelement (10 bis 10g), das in der Maschine angebracht ist und Wärme erzeugt, wenn Energie von einer Energiequelle (40) zugeführt wird; einem Halbleiterschaltelement (110) zum Ein- und Ausschalten einer Energiezufuhr zu dem Heizelement (10 bis 10g) gemäß einem daran angelegten Ansteuersignal; und einem Energiesteuermodul (11 bis 11g) mit einem Ansteuersignalanschluss (113 bis 113g) und einem Masseanschluss (116 bis 116g), die vorstehen, um das Ansteuersignal aufzunehmen bzw. das Energiesteuermodul (11 bis 11g) zu erden, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12 bis 12g), das aus Metall besteht und in einer mit Boden versehenen zylindrischen Form ausgebildet ist, um das Energiesteuermodul (11 bis 11g) und das Heizelement (10 bis 10g) darin aufzunehmen, und einem Metallblock (117c), der in Kontakt mit einer inneren Umfangswand des Gehäuses (12) bereitgestellt ist, und das Energiesteuermodul (11) darin angebracht ist, wobei das Gehäuse (12 bis 12g) das Energiesteuermodul (11 bis 11g) und das Heizelement (10 bis 10g) an der Brennkraftmaschine erdet, und der Masseanschluss (116c), der von dem Energiesteuermodul (11) vorsteht, mit dem Metallblock (117c) verbunden ist.
Heizelement-Energiesteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Masseanschluss (116 bis 116g), der von dem Energiesteuermodul (11 bis 11g) vorsteht, elektrisch mit dem Gehäuse (12 bis 12g) verbunden ist.
Heizelement-Energiesteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Heizelement (10 bis 10g) in einer Glühkerze bereitgestellt ist, die an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine angebracht ist.