DE19841002C1 - Verfahren zur Diagnose eines Kurzschlusses an einem kapazitiven Stellglied - Google Patents
Verfahren zur Diagnose eines Kurzschlusses an einem kapazitiven StellgliedInfo
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Abstract
An einem kapazitiven Stellglied in einer Schaltung mit Lade- und Umladekondensator, Umladespule und Auswahlschalter wird ein Kurzschluß nach Masse festgestellt, indem ein der vom Umladekondensator während des Ladevorgangs abfließenden Ladungsmenge Q¶L¶ entsprechender Wert berechnet und mit dem Integral des während des Ladevorgangs über den dem Stellglied zugeordneten Auswahlschalter fließenden Stromes i verglichen wird und ein Kurzschluß des Stellgliedes zum Minuspol diagnostiziert wird, wenn das Integral kleiner als k*Q¶L¶ ist (k < 1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Kurz
schlusses an einem kapazitiven Stellglied, insbesondere einem
piezoelektrisch betätigten Kraftstoffeinspritzventil einer
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus DE 196 52 801 C1 ist eine Vorrichtung zum Ansteuern kapa
zitiver Stellglieder bekannt, mittels welcher diese Stell
glieder, deren jedes mit einem als Lowside-Schalter ausgebil
deten Auswahlschalter in Reihe liegt, nacheinander aus der
Reihenschaltung eines Ladekondensators und eines Umladekon
densators geladen werden.
Beim Betrieb derartiger Schaltungen hat sich gezeigt, daß bei
solchen Stellgliedern Schlüsse des negativen - aber auch des
positiven - Stellgliedanschlusses gegen Masse vorkommen kön
nen. Dieser Fehler führt dazu (sofern nicht bei einem Kurz
schluß eines positiven Stellgliedanschlusses alle Stellglie
der kurzgeschlossen sind), daß mit der Ansteuerung jedes an
deren Stellgliedes immer auch das gegen Masse kurzgeschlosse
ne Stellglied angesteuert wird. Gegenüber der Ansteuerschal
tung wirken diese beiden Stellglieder wie ein Stellglied mit
doppelter Kapazität.
Da jedoch die Kapazität eines Stellgliedes im zulässigen Tem
peraturbereich ebenfalls um den Faktor 2 variieren kann, kann
dieser Fehler mit einer einfachen Spannungsüberwachung nicht
erkannt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit
tels welchem eine Diagnose eines Kurzschlusses eines Stell
gliedes nach Masse eindeutig möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An
spruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der in der einzi
gen Figur dargestellten, aus der DE 196 52 801 C1 bekannten
Vorrichtung zum Ansteuern eines piezoelektrisch betätigten
Kraftstoffeinspritzventils einer Kraftfahrzeug-Brennkraftma
schine am Beispiel des Stellgliedes P1 näher erläutert. Für
alle anderen Stellglieder P2 bis Pn ist dieses Verfahren in
gleicher Weise anzuwenden.
Bei der bekannten Schaltung ist zwischen dem Pluspol Uc1 und
dem Minuspol GND eines Schaltnetzteils SNT ein Ladekondensa
tor C1 angeschlossen, der auf die Ausgangsspannung Uc1 des
Schaltnetzteils SNT aufgeladen ist. Parallel zum Ladekonden
sator C1 ist eine Reihenschaltung aus einem mit dem Pluspol
Uc1 verbundenen Ladeschalter X1 und einem mit dem Minuspol
GND verbundenen Entladeschalter X2 angeordnet.
Zwischen dem Verbindungspunkt von Ladeschalter X1 und Entla
deschalter X2 und dem Masseanschluß GND liegt eine Reihen
schaltung aus einem Umladekondensator C2, einer Umschwingspu
le L, einem ersten Stellglied P1 und einem ersten Auswahl
schalter T1.
Für jedes weitere Stellglied ist eine Reihenschaltung aus dem
Stellglied P2 bis Pn und einem weiteren Auswahlschalter T2
bis Tn der Reihenschaltung aus dem ersten Stellglied P1 und
dem ersten Auswahlschalter T1 parallel geschaltet. Parallel
zu den Reihenschaltungen aus Stellglied und Auswahlschalter
ist eine vom Masseanschluß GND weg zur Umschwingspule L hin
stromdurchlässige Diode D angeordnet.
Die Schalter X1 und X2 sind in diesem Ausführungsbeispiel als
Thyristoren und die Auswahlschalter als gesteuerte Power-MOS-
FET-Schalter ausgebildet. Power-MOSFET-Schalter enthalten üb
licherweise Inversdioden.
Die Schalter X1, X2 und T1 bis Tn werden von einer Steuer
schaltung ST, die Teil eines weiter nicht dargestellten mi
kroprozessor-gesteuerten Motorsteuergerätes ist, entsprechend
einem in der DE 196 52 801 C1 näher erläuterten Programm ge
steuert, welches im folgenden nur soweit beschrieben wird,
wie es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
In diese bekannte Schaltung ist ein Shuntwiderstand RSh zwi
schen dem Verbindungspunkt A aller Auswahlschalter T1 bis Tn
und dem Minuspol GND eingefügt und wird die an diesem Verbin
dungspunkt A meßbare Spannung uSh der mikroprozessorgesteuer
ten Steuerschaltung ST zugeführt, in welcher nachstehend be
schriebene Rechen- und Vergleichsvorgänge ausgeführt werden.
Im folgenden beziehen sich alle Angaben auf das Stellglied
P1. Das Stellglied P1 wird durch Schließen der Schalter X1
und T1 geladen. Dadurch entlädt sich die an der Reihenschal
tung aus C1 + C2 liegende Ladespannung Uc = Uc1 + Uc2 während
einer kompletten Sinushalbschwingung über die Umschwingspule
L in das Stellglied P1 und dieses öffnet das ihm zugeordnete,
nicht dargestellte Einspritzventil.
Bei fehlerfreiem Betrieb fließt ein Strom i von C1 über X1,
C2, L, P1, T1 und RSh über GND zurück zu C1.
Während des Ladevorgangs eines Stellgliedes lädt sich der Um
ladekondensator C2 über die Umladespule L auf eine negative
Spannung um. Die Differenz ΔUC2 der Spannungen vor Beginn
(UC2a) und nach Ende (UC2b) des Ladevorgangs ist ebenso ein
Maß für die auf das Stellglied übertragene Ladungsmenge QL (Q
= C . U) wie auch der während des Ladevorgangs über das Stell
glied und damit über den Auswahlschalter T1 und den Shuntwi
derstand RSh fließende Strom i oder auch die während des La
devorgangs an der Umladespule L abfallende Spannung uL:
ΔUC2 = UC2a - UC2b; QL ~ ΔUC2 ~ ∫idt - ∫uLdt (1)
Da der Strom i üblicherweise nicht direkt, sondern einfacher
über die zu ihm proportionale, am Shuntwiderstand RSh abfal
lende Spannung uSh, die der Steuerschaltung zugeführt wird,
zu messen ist, ergibt sich:
Nach Abklingen des Stromes verlischt (öffnet) der hier als
Thyristor ausgebildete Ladeschalter X1 von selbst, Auswahl
schalter T1 wird geschlossen und das Stellglied P1 bleibt so
lange geladen, bis der Entladeschalter X2 und damit das Ein
spritzventil wieder geschlossen wird.
Tritt nun ein Kurzschluß des negativen Anschlusses des Stell
gliedes P1 zum Minuspol GND auf - in der Zeichnung als Blitz
K dargestellt - so fließt während des Ladevorgangs eine be
stimmte Ladungsmenge vom Umladekondensator C2 über die Umla
despule L und das Stellglied P1 nach Masse, aber nicht über
den Auswahlschalter T1 und den Shuntwiderstand RSh, d. h., es
fließt ein Kurzschlußstrom iK von C1 über X1, C2, L, und dann
über P1 oder direkt über GND zurück zu C1, am Auswahlschalter
T1 und am Shuntwiderstand RSh vorbei. Die jetzt am Umladekon
densator C2 meßbare Spannungsdifferenz ΔUC2 = UC2a - UC2b bzw.
das Integral der Spulenspannung uL ist nicht mehr gleich dem
durch den Shuntwiderstand RSh fließenden Strom, sondern grö
ßer, da der Strom iK einen direkten Weg zum Minuspol GND
nimmt. Am Shuntwiderstand RSh wird demnach im Kurzschlußfall
keine oder nur eine sehr geringe Spannung uSh meßbar sein, so
daß
Zur Diagnose eines Kurzschlusses an einem kapazitiven Stell
glied mittels der Kondensatorspannung UC2 oder der Spulen
spannung uL wird deshalb in der Steuerschaltung ST, in der
die Werte C2 (oder L) und RSh gespeichert sind:
- a) die der Steuerschaltung ST zugeführte Spannung vor (UC2a)
und nach (UC2b) dem Ladevorgang gemessen und aus der Span
nungsdifferenz ΔUC2 = UC2a - UC2b, dem gespeicherten Wert C2
und einem Faktor k (k < 1, vorzugsweise k = 0,9) das Produkt
berechnet - b) aus der der Steuerschaltung ST während eines Ladevorgangs
zugeführten, dem Strom i proportionalen Spannung uSh und
dem gespeicherten Wert RSh das Integral
berech net, und werden - c) das Produkt k . C2 . ΔUC2 oder das Integral
mit dem Integral
verglichen.
Ist
so wird daraus ge
schlossen, daß das gerade geladene Stellglied, hier P1, feh
lerfrei ist, d. h., keinen Kurzschluß zum Minuspol GND auf
weist, da in diesem Fall
Wird jedoch festgestellt, daß
ist, so wird dies als Kurzschluß des gerade geladenen
Stellgliedes gewertet, und es können daraufhin geeignete Maß
nahmen (Anzeige eines Kurzschlusses und/oder Abschalten der
ganzen Vorrichtung) ergriffen werden.
- A) Wird ein anderes Stellglied Pn angesteuert (geladen), wäh rend Stellglied P1 einen Kurzschluß des negativen Anschlusses aufweist, so wird der Umladekondensator in beide parallel ge schalteten Stellglieder P1, Pn entladen; die Differenz ΔUC2 = UC2a - UC2b wird in diesem Fall wesentlich größer sein, als wenn nur ein Stellglied allein angesteuert würde, da die beiden Stellglieder wie ein Stellglied mit doppelter Kapazi tät wirken. Durch das andere angesteuerte Stellglied Pn fließt ein Strom i und durch P1 ein Kurzschlußstrom iK, durch den Shuntwiderstand RSh aber nur der Strom i des anderen Stellgliedes Pn.
- B) Im Falle eines Kurzschlusses am positiven Anschluß eines
Stellgliedes sind alle Stellglieder kurzgeschlossen und es
fließt über den Shuntwiderstand RSh kein Strom, so daß auch
in diesen beiden genannten Fällen
wird und der Kurzschluß sicher erkannt werden kann.
Claims (5)
1. Verfahren zur Diagnose eines Kurzschlusses nach Masse an
einem kapazitiven Stellglied (P1...Pn), insbesondere einem
piezoelektrisch betätigten Kraftstoffeinspritzventil einer
Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, welches in Reihe mit einem
Lowside-Auswahlschalter (T1...Tn) geschaltet ist und aus ei
ner Reihenschaltung eines Ladekondensators (C1) und eines Um
ladekondensators (C2) geladen wird, wobei der Ladekondensator
(C1) zwischen Pluspol (Uc1) und Minuspol (GND) einer Span
nungsquelle (SNT) liegt, und wobei parallel zum Ladekondensa
tor (C1) eine Reihenschaltung eines Ladeschalters (X1), des
Umladekondensators (C2), einer Umladespule (L), des Stell
gliedes (P1...Pn) und des Auswahlschalters (T1...Tn) liegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein der vom Umladekondensator (C2) während des Ladevor
gangs abfließenden Ladungsmenge QL entsprechender Wert be
rechnet und mit einem aus dem während des Ladevorgangs über
den dem Stellglied (P1...Pn) zugeordneten Auswahlschalter
(T1...Tn) fließenden Strom i berechneten Wert ∫idt verglichen
wird, wobei ein Kurzschluß des Stellgliedes (P1...Pn) zum Mi
nuspol (GND) diagnostiziert wird, wenn ∫idt < k . QL (mit k < 1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ladungsmenge QL = C2 . ΔUC2 aus der Kapazität des Umladekonden
sators (C2) und der Differenz ΔUC2 der am Umladekondensator
(C2) vor und nach dem Ladevorgang eines Stellgliedes (P1..Pn)
anliegenden Spannungen UC2a und UC2b berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ladungsmenge
aus der Induktivität (L) der Umlade spule (L) und der während des Ladevorgangs an der Umladespule (L) abfallenden Spannung uL berechnet wird.
aus der Induktivität (L) der Umlade spule (L) und der während des Ladevorgangs an der Umladespule (L) abfallenden Spannung uL berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wert
aus einer zu dem Strom i proportionalen Spannung uSh, die an einem mit dem Auswahlschalter (T1...Tn) in Reihe liegenden Shuntwiderstand (RSh) abfällt, und dem Wi derstandswert dieses Shuntwiderstandes (RSh) berechnet wird.
aus einer zu dem Strom i proportionalen Spannung uSh, die an einem mit dem Auswahlschalter (T1...Tn) in Reihe liegenden Shuntwiderstand (RSh) abfällt, und dem Wi derstandswert dieses Shuntwiderstandes (RSh) berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Kurzschluß des Stellgliedes
(P1...Pn) zum Minuspol (GND) diagnostiziert wird, wenn
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