DE10323172A1 - Driver stage for a solenoid valve - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors und eine Treibervorrichtung mit einer derartigen Treiberstufe. DOLLAR A Um einen sicheren Betrieb bei relativ geringem Energieaufwand zu gewährleisten, weist die Treiberstufe auf: DOLLAR A einen ersten und einen zweiten Treiberstufenanschluss (A1, A2) zum Anlegen einer Versorgungsspannung, DOLLAR A eine Induktivität (L) des Solenoidventils, DOLLAR A eine zwischen einem ersten Induktivitätsanschluss (L1) und dem ersten Treiberstufenanschluss (A1) angeordnete erste Funktionseinrichtung (T1), DOLLAR A eine zwischen einem zweiten Induktivitätsanschluss (L2) und dem zweiten Treiberstufenanschluss (A2) angeordnete zweite Funktionseinrichtung (T2), DOLLAR A eine zwischen dem ersten Induktivitätsanschluss (L1) und dem zweiten Treiberstufenanschluss (A2) angeordnete dritte Funktionseinrichtung (T3), DOLLAR A wobei die dritte Funktionseinrichtung (T3) eine dritte Diodeneinrichtung (DM3) und eine die dritte Diodeneinrichtung (DM3) überbrückende dritte Schalteinrichtung (M3) mit einem dritten Steuereingang (G3) und zwei dritten Schaltanschlüssen (S3, D3) aufweist und der dritte Steuereingang (G3) in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.The invention relates to a driver stage for a solenoid valve of an internal combustion engine and a driver device with such a driver stage. DOLLAR A To ensure safe operation with relatively low energy consumption, the driver stage has: DOLLAR A a first and a second driver stage connection (A1, A2) for applying a supply voltage, DOLLAR A an inductance (L) of the solenoid valve, DOLLAR A one between a first inductance connection (L1) and the first driver stage connection (A1) arranged first functional device (T1), DOLLAR A a second functional device (T2) arranged between a second inductance connection (L2) and the second driver stage connection (A2), DOLLAR A one between the first Inductance connection (L1) and the second driver stage connection (A2) arranged third functional device (T3), DOLLAR A, the third functional device (T3) having a third diode device (DM3) and a third switching device (M3) bridging the third diode device (DM3) with a third Control input (G3) and two third switching connections (S3, D3) and the third control input (G3) can be switched as a function of a crankshaft angle.
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors. Ein derartiges Solenoidventil wird zur Steuerung eines Ventilhubs eines Ein- oder Auslassventils durch ein hydraulisches System verwendet. Die Steuerung erfolgt hierbei in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel, wobei im allgemeinen ein Zyklus durch zwei Kurbelwellenumdrehungen (720° Kurbelwellenwinkel) erreicht wird.The Invention relates to a driver stage for a solenoid valve Internal combustion engine. Such a solenoid valve is used for control a valve lift of an intake or exhaust valve by a hydraulic System used. The control is dependent of a crankshaft angle, generally one cycle through two crankshaft revolutions (720 ° crankshaft angle) is achieved.
Hintergrund der Erfindungbackground the invention
Derartige Solenoidventile benötigen in der Regel bei ihrer Betätigung eine vergleichbar große Energie, die entsprechend zu einem Mehrverbrauch des Motors zur Erzeugung der Hilfsenergie führt und eine aufwändige Kühlung des Ventils und der Treiberstufe zur Abführung der erzeugten Wärme erfordert.such Solenoid valves need usually when they are operated a comparably large energy, which corresponds to an additional consumption of the engine for generation which leads to auxiliary energy and an elaborate cooling of the valve and the driver stage to dissipate the heat generated.
Die
Aufgabe der ErfindungTask of invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treiberstufe für ein Solenoidventil zu schaffen, die einen sicheren Betrieb ermöglicht und dennoch einen relativ geringen Energieaufwand benötigt.The The invention has for its object a driver stage for a solenoid valve to create that enables safe operation and yet a relative requires little energy.
Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention
Diese Aufgabe wird durch eine Treiberstufe mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Hierbei ist insbesondere eine Treibervorrichtung mit der erfindungsgemäßen Treiberstufe und einer Steuereinrichtung vorgesehen, die in dem Motorsteuergerät des Fahrzeuges realisiert oder auch als separate Einrichtung vorgesehen sein kann.This Task is achieved by a driver stage with the features of the claim 1 solved. The subclaims describe preferred further training. Here is particular a driver device with the driver stage according to the invention and a Control device provided in the engine control unit of the vehicle realized or can also be provided as a separate device.
Demnach betrifft die Erfindung eine Treiberstufe für ein Solenoidventil eines Innenverbrennungsmotors, die über folgende Bestandteile verfügt: einen ersten und einen zweiten Treiberstufenanschluss A1, A2 zum Anlegen einer Versorgungsspannung, eine Induktivität L des Solenoidventils, eine zwischen einem ersten Induktivitätsanschluss L1 und dem ersten Treiberstufenanschluss A1 angeordnete erste Funktionseinrichtung T1 mit einem ersten Steuereingang G1, eine zwischen einem zweiten Induktivitätsanschluss L2 und dem zweiten Treiberstufenanschluss A2 angeordnete zweite Funktionseinrichtung T2, eine zwischen dem ersten Induktivitätsanschluss L1 und dem zweiten Treiberstufenanschluss A2 angeordnete dritte Funktionseinrichtung T3, wobei die dritte Funktionseinrichtung T3 eine dritte Diodeneinrichtung DM3 und eine die dritte Diodeneinrichtung DM3 überbrückende dritte Schalteinrichtung M3 mit einem dritten Steuereingang G3 und zwei dritten Schaltanschlüssen S3, D3 aufweist und der dritte Steuereingang G3 in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel schaltbar ist.Therefore The invention relates to a driver stage for a solenoid valve Internal combustion engine that over has the following components: first and a second driver stage connection A1, A2 for creating a supply voltage, an inductance L of the solenoid valve, one between a first inductance connection L1 and the first driver stage connection A1 arranged first functional device T1 with a first control input G1, one between a second Induktivitätsanschluss L2 and the second driver stage connection A2 arranged second Functional device T2, one between the first inductance connection L1 and the second driver stage connection A2 arranged third functional device T3, the third functional device T3 being a third diode device DM3 and a third switching device bridging the third diode device DM3 M3 with a third control input G3 and two third switching connections S3, D3 and the third control input G3 depending is switchable from a crankshaft angle.
Darüber hinaus ist eine Treibervorrichtung und einer Steuervorrichtung für diese Treiberstufe vorgesehen, die Steuersignale an die Steuereingänge G1, G2, G3 zur Einstellung leitender oder sperrender Zustände der Schalteinrichtungen M1, M2, M3 ausgibt.Furthermore is a driver device and a control device therefor Driver stage provided, the control signals to the control inputs G1, G2, G3 for setting conductive or blocking states of the Outputs switching devices M1, M2, M3.
Erfindungsgemäß wird somit eine aktive Funktionseinrichtung, nämlich die dritte Funktionseinrichtung, als einstellbarer Widerstand verwendet. Hierbei weist die dritte Funktionseinrichtung einen Diodenübergang und eine den Diodenübergang kurzschließende Schalteinrichtung auf. Der Diodenübergang kann als interne Diode der Schalteinrichtung – d.h. eine geeigneter pn-Übergang eines Halbleiterbauelementes – oder als externe, parallel geschaltete Diode ausgebildet sein. Durch entsprechende Ansteuerung eines Steuereingangs der dritten Schalteinrichtung wird der Diodenübergang kurzgeschlossen, wodurch der Spannungsabfall der Durchgangsspannung der Diode entfällt und der elektrische Widerstand deutlich abgesenkt wird.According to the invention an active functional device, namely the third functional device, used as an adjustable resistor. The third shows Functional device a diode junction and a switching device short-circuiting the diode junction on. The diode junction can be used as an internal diode of the switching device - i.e. a suitable pn junction of a semiconductor device - or as external diode connected in parallel. By appropriate Control of a control input of the third switching device is the diode junction shorted, causing the voltage drop in the forward voltage the diode is omitted and the electrical resistance is significantly reduced.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:The Invention is described below with reference to the accompanying drawings on some embodiments explained in more detail. It demonstrate:
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenFull Description of the drawings
Die
in
Ein Solenoidventil mit der Induktivität L und einem ersten und zweiten Induktivitätsanschluss L1, L2 ist zur Steuerung eines nicht weiter gezeigten Hydraulikkreislaufs vorgesehen. Zwischen dem ersten Induktivitätsanschluss L1 und der ersten Anschlussklemme A1 ist eine erste Funktionseinrichtung T1, zwischen dem ersten Induktivitätsanschluss L1 und dem Masseanschluss A2 ist eine dritte Funktionseinrichtung T3, und zwischen dem zweiten Induktivitätsanschluss L2 und dem Masseanschluss A2 ist eine zweite Funktionseinrichtung T2 geschaltet. Jede Funktionseinrichtung T1, T2, T3 weist jeweils einen als Schalteinrichtung dienenden n-Kanal Depletion-Mosfet M1, M2, M3 und einen in Durchlassrichtung von der Source S1, S2, S3 zu der Drain D1, D2, D3 verlaufenden Diodenübergang DM1, DM2, DM3 auf. Die Diodenübergänge DM1, DM2, DM3 können hierbei jeweils als externe Bauelemente zu den MOSFETs parallel geschaltet sein oder als interne Diodenübergänge der MOSFETs, d.h. als geeignete pn-Übergange zwischen entsprechend dotierten Bereichen, ausgebildet sein.On Solenoid valve with inductance L and first and second Induktivitätsanschluss L1, L2 is for controlling a hydraulic circuit, not shown any further intended. Between the first inductance connection L1 and the first Terminal A1 is a first functional device T1, between the first inductance connection L1 and the ground connection A2 is a third functional device T3, and between the second inductance terminal L2 and the ground terminal A2 is connected to a second functional device T2. Any functional device T1, T2, T3 each have an n-channel serving as a switching device Depletion mosfet M1, M2, M3 and a forward direction of the Source S1, S2, S3 to the drain D1, D2, D3 extending diode junction DM1, DM2, DM3. The diode junctions DM1, DM2, DM3 can be used here each connected in parallel to the MOSFETs as external components be or as internal diode junctions the MOSFETs, i.e. as suitable pn junctions between appropriately doped areas.
Die Schalteinrichtungen M1, M2, M3 sind als Festkörper-Leistungsschalteinrich-tungen, vorzugsweise als Transistoren wie MOSFETs, insbesondere jedoch wie schon erwähnt als n-Kanal-Enhancement-MOSFETs und/oder JFETs, HEXFETs bzw. Bipolar-Transistoren ausgebildet.The Switching devices M1, M2, M3 are preferred as solid-state power switching devices as transistors like MOSFETs, but especially as already mentioned as n-channel enhancement MOSFETs and / or JFETs, HEXFETs or bipolar transistors educated.
- a) die Gatespannung Vgate M1 (d.h. Spannung zwischen G1 und Masse GND),
- b) die Gate-Source-Spannung Vgate-source M1 zwischen Gate G1 und Source S1,
- c) der Drain-Source-Strom Idrain-source1 durch M1,
- d) die an DM3 abfallende Spannung V DM3,
- e) der durch DM3 fließende Strom I DM3,
- f) eine am Gate G3 von M3 anliegende Spannung Vgate M3 (die gleich der Gate-Source-Spannung von M3 ist, da die Source S3 auf Masse GND liegt).
- g) der Drain-Source-Strom Idrain-source durch M3.
- a) the gate voltage Vgate M1 (ie voltage between G1 and ground GND),
- b) the gate-source voltage Vgate-source M1 between gate G1 and source S1,
- c) the drain-source current Idrain-source1 through M1,
- d) the voltage V DM3 dropping at DM3,
- e) the current I DM3 flowing through DM3,
- f) a voltage Vgate M3 present at the gate G3 of M3 (which is equal to the gate-source voltage of M3 since the source S3 is at ground GND).
- g) the drain-source current Idrain-source through M3.
Von
dem Anfangszustand der
Da
der Katodenanschluss von DM3 mit der Source S1 von M1 verbunden
ist, steigt gleichzeitig gemäß
Bei t3 wird weiterhin die an das Gate G3 von M3 angelegte Gatespannung Vgate M3 – die gleich der Gate-Source-Spannung von M3 ist – erhöht und erreicht bei t4 die Grenzspannung V threshold M3, so dass der Mosfet M3 leitet. Es fließt nunmehr ein steigender Teil des Solenoidstroms I solenoid durch M3 statt durch DM3. Bei t5 fließt der ganze Solenoidstrom I solenoid durch M3. Die Dode DM3 sperrt. Es ist nunmehr wiederum ein Schaltzustand mit geringem Leistungsverbrauch erreicht.at t3 continues to be the gate voltage applied to the gate G3 of M3 Vgate M3 - the is equal to the gate-source voltage of M3 - increases and reaches that at t4 Limit voltage V threshold M3, so that the Mosfet M3 conducts. It is now flowing an increasing part of the solenoid current I solenoid through M3 instead through DM3. Flows at t5 the whole solenoid current I solenoid through M3. The dode DM3 locks. It is now again a switching state with low power consumption reached.
Der
in
- a) die Gatespannung Vgate M3,
- b) die Gate-Source-Spannung Vgate-source M3,
- c) der Source-Drain-Strom durch M3,
- d) die an DM3 abfallende Spannung V DM3,
- e) der durch DM3 fließende Strom I DM3,
- f) die am Gate G1 von M1 anliegende Spannung Vgate M1.
- g) der Drain-Source-Strom durch M1.
- a) the gate voltage Vgate M3,
- b) the gate-source voltage Vgate-source M3,
- c) the source-drain current through M3,
- d) the voltage V DM3 dropping at DM3,
- e) the current I DM3 flowing through DM3,
- f) the voltage present at the gate G1 of M1 Vgate M1.
- g) the drain-source current through M1.
Somit
wird ab t6 die Spannung Vgate M3 abgesenkt, so dass die Gate-Source-Spannung abfällt und
entsprechend die an DM3 anliegende Spannng V DM3 ansteigt, bis bei
t7 die Grenzspannung V threshold DM3 erreicht wird und ein zunehmender Strom
I DM3 durch DM 3 fließt.
Bei t8 sperrt M3, so dass der vollständige Solenoidstrom I solenoid
durch DM 3 fließt.
Weiterhin wird die Spannung V gate M1 an G1 erhöht und erreicht bei t9 den
Grenzwert V threshold M1 zur Aussteuerung von M1, so dass ein zunehmender
Strom gemäß
Wie
aus
M2
dient in der Schaltung der
Die
Claims (10)
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