DE19709715A1

DE19709715A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes

Info

Publication number: DE19709715A1
Application number: DE1997109715
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Hoffmann; Hellmut Freudenberg; Hartmut Gerken; Georg Dr Brausseur; Patrick Kamaromi
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-05-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern wenig stens eines kapazitiven Stellgliedes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Be treiben dieser Vorrichtung.

Es sind verschiedene Vorrichtungen zum Ansteuern kapazitiver Stellglieder bekannt, bei denen die Energie zum Aufladen der Stellglieder auf eine vorgegebene Spannung oder mit einem vorgegebenen Energiebetrag einem Kondensator entnommen und den Stellgliedern über ein strombegrenzendes Element zuge führt wird.

Die zur Energiespeicherung benötigten Bauelemente (Kondensa toren) sind groß und teuer. Da bei einer Strombegrenzung über einen Widerstand in diesem zu viel Energie verloren geht, kommt für diesen Zweck in vielen Fällen nur eine Spule infra ge. Diese ist aber ebenfalls ein großes und teures Bauteil.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes mit möglichst weni gen der großen und teuren Bauteile zu schaffen. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 durch eine Schaltung gelöst, welche auf einen Kondensator verzichtet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine elektrische Schaltung einer Ansteuervorrich tung für wenigstens ein kapazitives Stellglied, und

Fig. 2 ein Signaldiagramm für die Ansteuerung der elektro nischen Schalter dieser Ansteuervorrichtung.

Die Schaltung einer Ansteuervorrichtung für wenigstens ein kapazitives Stellglied P, P' nach Fig. 1, beispielsweise ei nes Kraftstoff-Einspritzventils einer Kraftfahrzeug-Brenn kraftmaschine, die von einer nicht dargestellten Spannungs quelle mit den Polen +U_V und GND versorgt wird, besteht aus einer zwischen Pluspol +U_V und Minuspol GND der Energiequelle angeordneten Reihenschaltung aus einer Umladespule B und ei nem ersten elektronischen Schalter S1, vorzugsweise einem MOSFET-Transistor. Parallel zum ersten elektronischen Schal ter S1 ist eine Reihenschaltung aus einer mit der Umladespule L verbundenen, in Richtung von ihr weg stromleitenden ersten Diode D1, dem kapazitiven Stellglied P und einem zweiten elektronischen Schalter S2, vorzugsweise einem Thyristor, an geordnet. Parallel zur ersten Diode D1 ist ein dritter elek tronischer Schalter S3, vorzugsweise ein Thyristor, angeord net, und parallel zum ersten elektronischen Schalter S1 ist eine vom Minuspol GND zur Umladespule L hin stromleitende zweite Diode D2 angeordnet, die bereits als Inversdiode im ersten elektronischen Schalter S1 integriert ist, wenn dieser ein MOSFET-Transistor ist.

Jedes weitere kapazitive Stellglied P' für weitere Kraft stoff-Einspritzventile ist in Reihe mit einem ihm zugeordne ten, weiteren zweiten elektronischen Schalter S' der Reihen schaltung aus dem ersten Stellglied P und dem ihm zugeordne ten zweiten elektronischen Schalter S2 parallelgeschaltet, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt.

Das Ansteuerverfahren, welches sequentiell in gleicher Weise für alle Stellglieder P, P' u.s.w. durchgeführt wird, wird für das Stellglied P beschrieben.

Die drei elektronischen Schalter S1 bis S3 der Schaltung, im folgenden "Schalter" genannt, werden von den in Fig. 2 dar gestellten digitalen Ausgangssignalen einer Steuerschaltung ST abhängig von Steuersignalen st am Eingang der Steuerschal tung gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren leitend oder nichtleitend gesteuert, wobei das Steuergerät ein Teil eines nicht dargestellten, mikroprozessorgesteuerten Motor steuergerätes ist.

Im Ruhezustand der Schaltung (vor dem Zeitpunkt t1 in Fig. 2) sind alle drei Schalter S1 bis S3 nichtleitend, und das kapazitive Stellglied P ist entladen - das zugehörige, nicht dargestellte Kraftstoffeinspritzventil ist dementsprechend geschlossen.

Erscheint zum Zeitpunkt t1 ein Steuersignal st, so wird in diesem Zeitpunkt der Schalter S1 leitend gesteuert, wodurch ein ansteigender Strom vom Pluspol +U_V durch die Umladespule L zum Minuspol GND zu fließen beginnt. - Alternativ wäre ein Vorlaufsignal von t1 bis t2 zum Aufladen der Umladespule L denkbar, wobei dann aber das eigentliche Steuersignal st erst zum Zeitpunkt t2 erscheinen würde. - Nach einer bestimmten Dauer t2-t1, oder, wenn der durch die Spule L fließende Strom einen bestimmten Wert erreicht, wird Schalter S1 wieder nichtleitend gesteuert und gleichzeitig Schalter S2 leitend gesteuert (Zeitpunkt t2). Der durch die Spule L fließende Strom fließt nun über die Diode D1 zum Stellglied P, wodurch dieses aufgeladen und das von ihm betätigte Kraftstoffein spritzventil geöffnet wird.

Wenn infolge des Umschwingprozesses der Strom durch die Diode D1 seine Richtung umkehren will, sperrt die Diode D1 und der Schalter S2 wird nichtleitend gesteuert (Zeitpunkt t3). Das Stellglied bleibt geladen (und damit das Kraftstoffeinspritz ventil geöffnet).

Soll das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen werden, so werden die Schalter S2 und S3 (Zeitpunkt t4) leitend gesteu ert, wodurch nun ein Strom vom Stellglied P in die Umladespu le L zurückfließt. Wenn das Stellglied P entladen ist, er reicht die Spannung über der Diode D2 eine Flußspannung, wo durch die Diode D2 diesen Strom übernimmt, bis schließlich im Zeitpunkt t5 der Strom Null wird und die beiden Schalter S2 und S3 nichtleitend gesteuert werden und damit der Ruhe zu stand der Schaltung wieder erreicht ist. Der zurückgespeiste Energiebetrag kann für den Ansteuervorgang des nächsten Stellgliedes mitverwendet werden. Für jedes weitere Stell glied P' wiederholt sich der beschriebene Vorgang.

Das beschriebene Verfahren kann als Steuerverfahren betrieben werden, wobei die Umladespule (L) auf einen bestimmten, vor gegebenen Stromwert oder für eine bestimmte, vorgegebene Dau er geladen wird, was bei einer bestimmten Ladespannung einem bestimmten Energiebetrag entspricht. Das beschriebene Verfah ren kann aber auch als Regelverfahren betrieben werden, wobei als Regelgröße (Istwert) die am Stellglied nach dem Umlade vorgang anliegende Spannung oder der ihm zugeführte Energie betrag anzusehen ist, welche mit einer vorgegebenen Führungs größe (Sollwert) verglichen wird, und wobei bei Abweichungen der Regelgröße von der Führungsgröße der bestimmte Wert der Spulenladung (Stellgröße), also der Spulenstrom oder die La dedauer, im folgenden Ansteuervorgang entsprechend korrigiert wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes (P), insbesondere für ein piezoelektrisch be triebenes Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, mittels einer Steuerschaltung (ST) zugeführter Steuersignale (st),

- mit einer zwischen Pluspol (+U_V) und Minuspol (GND) einer Energiequelle angeordneten Reihenschaltung aus einer Umlade spule (L) und einem ersten elektronischen Schalter (S1),
- mit einer parallel zum ersten elektronischen Schalter (S1) angeordneten Reihenschaltung aus einer mit der Umladespule (L) verbundenen, in Richtung von ihr weg stromleitenden er sten Diode (D1), dem kapazitiven Stellglied (P) und einem zweiten elektronischen Schalter (S2),
- mit einem parallel zur ersten Diode (D1) angeordneten drit ten elektronischen Schalter (S3), und
- mit einer parallel zum ersten elektronischen Schalter (S1) angeordneten, vom Minuspol (GND) zur Umladespule (L) hin stromleitenden zweiten Diode (D2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (ST) ein Teil eines mikroprozessorgesteu erten Motorsteuergerätes ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Diode (D2) als Inversdiode im ersten elektroni schen Schalter (S1) integriert ist, welcher als MOSFET- Transistor ausgebildet ist.

4. Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste elektronische Schalter (S1) leitend gesteuert wird (t1), um die Umladespule (L) auf einen bestimmten Wert zu laden,
daß anschließend der der erste elektronische Schalter (S1) nichtleitend gesteuert und der zweite elektronische Schalter (S2) leitend gesteuert wird (t2), um den Strom von der Umla despule (L) auf das kapazitive Stellglied (P) zu übertragen,
daß nach dem Nulldurchgang des Stromes der zweite elektroni sche Schalter (S2) nichtleitend gesteuert wird (t3), und die Ladung des kapazitiven Stellgliedes (P) durch die Sperrwir kung der ersten Diode (D1) erhalten bleibt, und
daß der zweite und der dritte elektronische Schalter (S2, S3) leitend gesteuert werden (t4), um das kapazitive Stellglied (P) in die Umladespule (L) zu entladen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Wert der Spulenladung ein bestimmter Stromwert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Wert der Spulenladung ein bestimmter Energiebetrag ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektronische Schalter (S1) zur Ladung der Umladespule (L) für eine bestimmte Dauer (t1-t2) leitend gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung der Umladespule (L) auf den bestimmten Wert abhän gig von der Versorgungsspannung geregelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß ein an das kapazitive Stellglied (P) anzu legender Spannungswert vorgegeben ist, welcher über den be stimmten Wert der Spulenladung geregelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß ein auf das kapazitive Stellglied (P) zu übertragender Energiewert vorgegeben ist, welcher über den bestimmten Wert der Spulenladung geregelt wird.