DE19652391A1 - Ansteuerschaltung für eine Elektromagnetspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für eine Elektromagnetspule nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Magnetspulen werden für Stromventile von Brennkraftmaschinen (BKM) verwendet, die auf Steuersignale eines elektrischen Steuergerätes reagieren. Beim Schalten dieser Ventile fließt ein Erregerstrom durch die Elektromagnetspule. Beim Abschalten des Erregerstroms kommt es bekanntlich zu einer Selbstinduktion und damit zu einer Induktionsspannung in der Spule, die zu einer Zerstörung eines auf die Steuersignale reagierenden Leistungsschalters führen kann.

Dieser Zerstörung vorbeugend, ist aus der DE-42 05 563 A1 bekannt, der Elektroma­ gnetspule eine Freilaufdiode parallel zu schalten.

Die DE-1 95 11 743 A1 beschreibt einen elektrischen Schaltkreis zum Ansteuern einer Magnetspule eines magnetischen Aktuators sowie ein Magnetventil mit einem solchen Schaltkreis. Auch hier befindet sich eine Freilaufdiode parallel zur Magnetspule, die zur Unterdrückung hoher Induktionsspannungen an Magnetspulen dient.

Es ist jedoch bekannt, daß diese Maßnahme zu einer Verlängerung der Spulenreaktions­ zeit führt, da die Selbstinduktionsspannung der Spule sich über die Diode zwar ausgleicht, aber einen verlangsamten Feldabbau in der Spule bewirkt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine gatttungsgemäße Ansteuerschaltung für eine Elektromagnetspule aufzufinden, die die verwendeten Leistungsschalter vor Zerstörung schützt und dennoch eine schnelle Spulenreaktion gewährleistet.

Die Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Dadurch wird erreicht, daß bei Auftreten einer vorbestimmten Spannungshöhe einer Induktionsspannung, die durch Selbstinduktion an einer Elektromagnetspule in bekannter Art und Weise entsteht, ein Leistungsschalter durchschaltet, so daß die Induktionsspan­ nung sehr schnell über den Leistungsschalter abgeführt wird, wodurch die Reaktionszeit der Elektromagnetspule klein gehalten wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind mit den Merkmalen der Unteransprüche offenbart.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung für eine Elektroma­ gnetspule ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Diese zeigt übersichtlichkeitshalber nur einen Ausschnitt einer Ansteuerschaltung für eine Elektromagnetspule 1. Der Ausschnitt der Ansteuerschaltung weist die Elektroma­ gnetspule 1 und einen Leistungsschalter 2 auf, die in Reihe zueinander an einer Spannungsquelle 3 anliegen. Hierbei kann es sich um das Bordnetz eines Kraftfahrzeu­ ges handeln. Eine Steuergeräteanschlußleitung 4, die auf den Leistungsschalter 2 geführt ist, ist dann an das nicht dargestellte elektronische Steuergerät anzuschließen, mit dem wichtige Funktionen der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine durch Schalten von Ventilen, z. B. Einspritzventilen, Abgasrückführventilen usw. gesteuert werden.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß zwischen einem Leitungsanschlußpunkt 5, der sich zwischen Leistungsschalter 2 und der Elektromagnetspule 1 befindet, eine auf die Steuergeräteanschlußleitung 4 führende Verbindungsleitung 6 mit Überspannungs­ schaltung 7 geschaltet wird, wobei die Überspannungsschaltung 7 bei Auftreten einer vorbestimmten Selbstinduktionsspannungshöhe an der Elektromagnetspule 1 den Leistungsschalter 2 durchschaltet.

Diese Maßnahme bewirkt, daß die Selbstinduktionsspannung über den sich kurzzeitig schließenden Leistungsschalter 2 zusammenbricht.

In vorteilhafter Weise kann die Überspannungsschaltung 7 aus einer Reihenschaltung einer Sperrdiode 7.1 und einer Z-Diode 7.2 gebildet sein, wobei die Durchbruchsspan­ nung der Z-Diode 7.2 der zu entladenden Induktionsspannung angepaßt ist, d. h. der Aufbau von Spitzeninduktionsspannungen wird verhindert durch rechtzeitiges Durch­ schalten der Z-Diode 7.2. Die Sperrdiode 7.1 dient zur Verhinderung eines Einwirkens von der Steuergeräteanschlußleitung 4 her auf die Elektromagnetspule 1. Der Leistungs­ schalter 2 ist vorzugsweise ein Transistor.

Alternativ kann jedoch ein Varistor statt einer Z-Diode 7.2 vorgesehen werden, der als spannungsabhängiger Widerstand wie die Z-Diode 7.2 mit Erreichen einer voreingestell­ ten Durchbruchspannung durchschaltet. Die Steuergeräteanschlußleitung 4 kann mit einem pulsweiten-modulierten Steuersignal beaufschlagt werden. Diese Pulsweiten- Modulation erfolgt in dem nicht näher dargestellten elektronischen Steuergerät.

Durch die Erfindung ist eine aus einfachen und preiswerten Elektronikbauelementen gebildete Ansteuerschaltung für Elektromagnetspulen 1 erreicht worden, die sich neben der Verwendung für Elektromagnetventile auch für Elektromagnetsteller eignet. Ohne der Bereich der Erfindung zu verlassen, kann die Ansteuerschaltung mit den erfindungsgemäßen Überspannungsschaltungen 7 auch in die Steuerleitung zum Steuergerät oder in das Steuergerät selbst integriert werden.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung anhand eines elektromagnetischen Abgasrückführventiles einer Brennkraftmaschine beschrie­ ben.

Die Abgasrückführung in das Luftansaugsystem der Brennkraftmaschine erfolgt zur Absenkung der Abgasschadstoffe und ist von Betriebszuständen der Brennkraftmaschi­ ne abhängig. Aus diesem Grund erfolgt eine kontinuierliche, in besonderen Übergangsbe­ reichen der Lastabgabe jedoch auch eine abrupte Verstellung des nicht dargestellten Abgasrückführventiles, wobei die Verstellung ohne wesentliche zeitliche Verzögerung erfolgen soll. Hierzu eignet sich die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung, d. h. sie ist im wesentlichen für die Verstellung bei strommäßig abzuschaltender Elektromagnetspule 1 intensiv wirkend. Die Elektromagnetspule 1 ist hier über den Leistungsschalter 2 mit den pulsweiten-modulierten Steuersignalen des elektronischen Steuergerätes beaufschlagt, die eine Vollauf- oder Vollzu-Stellung des Abgasrückführventils bewirken. Es versteht sich von selbst, daß die Steuersignale der Steuergeräteanschlußleitung 4 aufgeschaltet sind und den Leistungsschalter 2 leitend schalten, wenn die Elektromagnetspule 1 bestromt gehalten werden soll.

Bei einer Änderung der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine in einen Bereich hinein, in dem das Abgasrückführventil in die entgegengesetzte Stellung verstellt werden soll, wird der Leistungsschalter 2 auf nicht leitend geschaltet. Dieses Umschalten bewirken die pulsweiten-modulierten Signale, deren Flanken zum Schalten benutzt werden. Durch die Unterbrechung des Stromkreises der Spannungsquelle 3 bricht das Magnetfeld in der Elektromagnetspule 1 zusammen und erzeugt die erwähnte Selbstinduktionsspannung in der Elektromagnetspule 1. Bei einer vorgegebenen Höhe dieser Spannung, die dann über der Überspannungsschaltung 7 anliegt, schaltet die Überspannungsschaltung 7 den Leistungsschalter 2 kurzzeitig durch, so daß die Selbstinduktionsspannung der Elekromagnetspule 1 über den Leistungsschalter 2 abgeführt wird und zusammenbricht. Gleichzeitig wird jedoch die Sperrspannung der Überspannungsschaltung 7 unterschrit­ ten, so daß der Leistungsschalter 2 nicht leitend schaltet.

Bei Wiedereinschaltung der Elektromagnetspule 1 durch Ansteuerung des Leistungs­ schalters 2 baut sich das Magnetfeld in der Elektromagnetspule 1 in bekannter Art und Weise langsam wieder auf, so daß hierbei keine Spitzenspannungen entstehen.

Die erfinderische Maßnahme wirkt auch im Bereich der kontinuierlichen Verstellung des Abgasrückführventiles. Sie ist jedoch dabei ohne wesentlichen Einfluß, da die Verstell­ zeit innerhalb von Teilverstellungen unerheblich ist.

Erwähnt sei noch, daß der Leistungsschalter 2 ein MOSFET sein kann, dessen Grundeigenschaften ein leistungsloses Schalten und ein sich selbst Sperren sind. Auch ist in nicht dargestellter Weise in der Steuergeräteanschlußleitung 4 ein Widerstand integriert, der einen Stromfluß zum Steuergerät verhindert.

Claims (5)

1. Ansteuerschaltung für eine Elektromagnetspule, bestehend aus einem Leistungsschalter, der mit der Elektromagnetspule in Reihe an einer Spannungsquelle anliegt, und einer Steuergeräteanschlußleitung, die auf den Leistungsschalter geführt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen einem Leitungsanschlußpunkt (5), der zwischen dem Leistungs­ schalter (2) und der Elektromagnetspule (1) liegt, und der Steuergeräteanschlußleitung (4) eine Überspannungsschaltung (7) über eine Verbindungsleitung (6) in die Ansteuer­ schaltung eingebunden ist, wobei die Überspannungsschaltung (7) bei Auftreten einer vorbestimmten Spannungshöhe durch Selbstinduktion in der Elektromagnetspule (1) den Leistungsschalter (2) durchschaltet.

2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungs­ schaltung (7) aus einer Reihenschaltung einer Sperrdiode (7.1) und einer Z-Diode (7.2) gebildet ist.

3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überspannungs­ schaltung (7) aus einer Reihenschaltung einer Sperrdiode und eines Varistors gebildet ist.

4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsschalter (2) ein Transistor ist.

5. Ansteuerschaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräteanschlußleitung (4) mit pulsweiten-modulierten Steuersignalen beaufschlagt ist.