DE102013218149B4

DE102013218149B4 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Induktivitätsänderungen der Spule eines magnetischen Aktuators aufgrund der Bewegung des betätigten Aktuators

Info

Publication number: DE102013218149B4
Application number: DE102013218149.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Maase
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: DE102013218149A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Induktivitätsänderungen einer Spule eines magnetischen Aktuators aufgrund einer Bewegung des betätigten magnetischen Aktuators, mit einer Serienschaltung aus zumindest einem Schaltelement (SE) und einer den Aktuator betätigenden Spule (L), die zwischen einem positiven Potential (+) und einem negativen Potential (-) einer Versorgungsspannungsquelle (UV) verschaltet ist, wobei zwischen einem Verbindungspunkt des Schaltelements (SE) mit der Spule (L) und dem negativen Potential (-) der Versorgungsspannungsquelle (UV) eine Serienschaltung einer in Sperrrichtung verschalteten, als Freilaufelement dienenden Diode (D1) und eines Strommesswiderstandes (R1) parallel zur Spule (L) verschaltet ist, wobei ein Verbindungspunkt der Diode (D1) und des Strommesswiderstands (R1) mit einem Eingang einer Auswerteschaltung (AS) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Induktivitätsänderungen der Spule eines magnetischen Aktuators aufgrund der Bewegung des betätigten Aktuators, mit einer Serienschaltung aus zumindest einem Schaltelement und der den Aktuator betätigenden Spule, die zwischen dem Potential einer Versorgungsspannungsquelle verschaltet ist, und mit einem Freilaufelement, das zwischen dem Verbindungspunkt des Schaltelements und der Spule und dem negativen Potential der Versorgungsspannungsquelle verschaltet ist.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE 87 14 942 U1 bekannt. Dort umfasst die zwischen den Potentialen der Versorgungsspannungsquelle verschaltete Serienschaltung außer der den Aktuator betätigenden Spule und dem Schaltelement zudem einen mit einem Anschluss mit dem negativen Potential der Versorgungsspannungsquelle verbundenen Strommesswiderstand. Dessen mit der Spule verbundener Anschluss ist mit einer Auswerteschaltung verbunden, die die Stromspitzen im Strom durch die Spule aufgrund der Induktivitätsänderung beim Aufprall auf die jeweiligen Anschläge des Ankers beim Öffnen und beim Schließen des magnetischen Aktuators detektiert. Diese Schaltung muss jedoch geeignet sein, einerseits die negative und andererseits die positive Stromspitze bei der Betätigung und dem Abschalten des magnetischen Aktuators zu detektieren und zu unterscheiden, da für beide Stromspitzen derselbe Strommesswiderstand verwendet wird.
DE 102 34 265 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils zur Beeinflussung der in eine Brennkraftmaschine einzuspritzenden Kraftstoffmenge. Es wird eine Zenerdiode als Freilaufelement verwendet, die im Freilauf in Sperrrichtung betrieben wird, wobei ein Strom entsprechend von der Kathode zur Anode fließt.
US 2004 / 0 016 461 A1 offenbart ein System zum Bestimmen einer Position eines Stellgliedes eines elektrisch betriebenen Aktuators. Der Aktor kann durch einen gesteuerten Schalter bei Erreichen eines unteren Schwellwerts eingeschaltet und bei Erreichen eines oberen Schwellwerts ausgeschaltet werden. Abhängig von dem unteren Schwellwert, dem oberen Schwellwert und dem elektrischen Schaltverhalten des Aktors in Abhängigkeit von der Stellung des Bedienelements werden eine Einschaltdauer und eine Ausschaltdauer ermittelt. Aus der Einschaltdauer und der Ausschaltdauer wird die Position des Stellglieds aus einem Vergleich des Quotienten aus Einschaltdauer bzw. Ausschaltdauer und der Summe aus Einschaltdauer und Ausschaltdauer bestimmt und bildet a Vergleich der Summe der Ein-Periode und der Aus-Periode mit entsprechenden gespeicherten Referenzdaten. Es wird eine Freilaufdiode in der Freilaufphase in Durchlassverrichtung betrieben. Ein Strommesswiderstand ist in dem Strompfad angeordnet, in dem auch im aktivierten Zustand der Spule ein Strom fließt.
DE 10 2012 010 868 A1 ist eine nach § 3 (2) PatG nachveröffentlichte Druckschrift.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die mit geringem Aufwand realisiert werden kann, wenn lediglich die Induktivitätsänderung der Spule des magnetischen Aktuators nach dem Abschalten erkannt werden soll. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1.
Demnach ist zwischen dem Freilaufelement und dem negativen Potential der Versorgungsspannungsquelle ein Strommesswiderstand verschaltet, dessen mit dem Freilaufelement verbundener Anschluss mit einer Auswerteschaltung verbunden ist. Aufgrund der Anordnung des Strommesswiderstandes im Freilaufkreis in Serie zum Freilaufelement fällt eine Spannung nur dann ab, wenn der magnetische Aktuator deaktiviert wird und sich das Magnetfeld in der Spule über den Freilaufkreis abbaut. Damit zeigt eine Auswertung der Stromspitze im abfallenden Strom durch die Spule des magnetischen Aktuators nur beim Abschalten des magnetischen Aktuators an.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Figur näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.

Gemäß 1 ist ein Schaltelement SE das beispielsweise als Leistungsfeldeffekttransistor ausgebildet sein kann, in Serie zu einer Spule L, die einen magnetischen Aktuator, beispielsweise ein Einspritzventil oder ein Stellglied für einen variablen Ventiltrieb, antreibt, zwischen den Potentialen +,- einer Versorgungsspannungsquelle UV verschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt des Schaltelements SE und der Spule L und dem negativen Potential - der Versorgungsspannungsquelle UV ist die Serienschaltung einer in Sperrrichtung verschalteten, als Freilaufelement dienenden Diode D1 und eines Strommesswiderstandes R1 verschaltet. Der Verbindungspunkt der Diode D1 und des Strommesswiderstands R1 ist mit dem Eingang einer Auswerteschaltung AS verbunden, an dessen Ausgang eine Induktivitätsänderung der Spule des magnetischen Aktuators aufgrund dessen Bewegung angezeigt wird.
Wenn das Schaltelement SE geschlossen wird, fließt aus der Versorgungsspannungsquelle UV ein Strom durch die Spule L des magnetischen Aktuators wodurch der magnetische Aktuator betätigt, beispielsweise der Stössel eines Antriebs für einen variablen Ventiltrieb ausgefahren wird. Durch die Bewegung des Aktuators in Bezug auf die Spule L innerhalb deren Magnetfeld verändert sich die Induktivität der Spule L, wobei eine charakteristische Stromspitze bzw. eine Unterbrechung des monotonen Anstiegs des Stroms beim Einschalten oder des monotonen Abfalls beim Ausschalten auftritt.
Wenn das Schaltelement SE wieder geöffnet wird, wird der Stromfluss durch die Spule aus der Spannungsversorgungsquelle ÚV unterbrochen, aufgrund des in der Spule L aufgebauten Magnetfeldes erzwingt dessen Abbau einen Stromfluss über die Diode D1 und den Strommesswiderstand R1, deren Serienschaltung der Spule L parallel geschaltet ist. Die damit einhergehenden Induktivitätsänderung in der Spule L bewirkt eine Änderung im monotonen Verlauf des Stroms, die nun, da der Strom über den Strommesswiderstand R1 fließt, von der Auswerteschaltung AS detektiert werden kann, wodurch die Bewegung des magnetischen Aktuators erkannt werden kann.