DE19945945A1 - Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied - Google Patents

Abstract

Eine Schutzschaltung gegen Zerstörung des Stellgliedes im Kurzschlußfall ist als Speicherdrossel, als elektronische Strombegrenzerschaltung oder als Widerstand ausgebildet, in Reihe mit dem Stellglied angeordnet und in dessen Gehäuse integriert oder als Schaltung ausgebildet, die eine im Entladestromkreis angeordnete Reihenschaltung eines während der Entladung des Stellgliedes geschlossenen Zusatzschalters und einer Strombegrenzerschaltung (R) enthält, die mit dem negativen Anschluß jedes Stellgliedes durch je eine für den Entladestrom durchlässige Diode verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied, insbesondere für ein Kraftstoffe­ inspritzventil einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Ansteuerschaltungen für kapazitive Stellglieder, insbeson­ dere für Kraftstoffeinspritzventile von Brennkraftmaschinen, können Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen des Stellglie­ des, zum Pluspol oder Minuspol der Versorgungsspannung oder zwischen den Zuleitungen zum Stellglied vorkommen. Der zu­ letzt genannte Fehler tritt am häufigsten auf. Zum Feststel­ len solcher Fehler sind verschiedene Diagnoseschaltungen be­ kannt. Es sind auch Schutzschaltungen bekannt, welche gefähr­ liche Spannungen von einem Stellglied fernhalten.

Aus DE 197 09 716 Al ist eine Ansteuerschaltung für ein kapa­ zitives Stellglied bekannt, bei welcher mit dem Stellglied eine Zenerdiode so verbunden ist, daß deren Katode mit dem Plusanschluß des Stellgliedes und deren Anode mit dessen Mi­ nusanschluß verbunden ist, so daß an das Stellglied keine hö­ here Spannung als die durch die Zenerdiode vorgegebene Zener­ spannung angelegt werden kann.

Tritt bei einem voll geladenen Stellglied ein Kurzschluß auf, so fließt plötzlich ein sehr hoher Strom über das Stellglied, durch welchen es irreversibel geschädigt, d. h., zerstört wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung zu schaf­ fen, welche Zerstörungen des Stellgliedes durch hohe Kurz­ schlußströme verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 dadurch gelöst, daß zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellgliedes (P, P1 bis Pn) eine strombegren­ zende Schaltung angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Ansteuerschaltung für ein kapazitives Stellglied,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel, und

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel.

Ein kapazitives Stellglied, beispielsweise ein Piezostell­ glied für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftma­ schine, ist üblicherweise durch ein Gehäuse geschützt, aus welchem sein positiver und negativer Anschluß herausgeführt sind. Beim Laden des Stellgliedes erhält der positive An­ schluß ein positives Potential gegenüber dem negativen An­ schluß, welcher direkt oder über elektronische Schaltelemente mit einem Bezugspotential verbunden ist.

Bei einem Kurzschluß wird der positive Anschluß des Stell­ gliedes entweder direkt mit seinem negativen Anschluß oder mit dem Bezugspotential (entspricht auch einem Kurzschluß zwischen den Zuleitungen zum Stellglied) oder mit dem Pluspol der die Ansteuerschaltung versorgenden Energiequelle (übli­ cherweise +12 V, was gegenüber dem auf einige hundert Volt ge­ ladenen Stellglied ebenfalls als Kurzschluß anzusehen ist) verbunden. In allen diesen Fällen fließt ein hoher Entlade­ strom durch das Stellglied, durch welchen dieses zerstört wird.

In Fig. 1 ist eine übliche und bekannte, von einer Energie­ quelle SNT versorgte Ansteuerschaltung für wenigstens ein ka­ pazitives Stellglied zum Betätigen von Kraftstoffeinspritz­ ventilen einer Brennkraftmaschine dargestellt, welche hier nicht ausführlich beschrieben werden muß, da Aufbau und Funk­ tion dieser Ansteuerschaltung beispielsweise aus Druckschrift DE 196 32 837 A1 bekannt sind. Einem durch Schließen eines Auswahlschalter A1 ausgewählten Stellglied P (weitere Stell­ glieder können parallel dazu angeschlossen werden, was durch den strichlierten Pfeil angedeutet und in Fig. 5 näher aus­ geführt ist) werden beim Schließen eines Ladeschalters SL die Ladungen eines von einer Energiequelle SNT versorgten Lade­ kondensators C1 und eines Umladekondensators C2 über eine in­ duktive Umladespule L zugeführt. Anschließend wird der Lade­ schalter SL geöffnet, wodurch das Stellglied geladen bleibt. Durch Schließen eines Entladeschalters SE wird das Stellglied anschließend über die Umladespule L in den Umladekondensator C2 entladen. Sämtliche Schalter werden von Steuersignalen ein- und ausgeschaltet, welche in einer nicht dargestellten Steuerschaltung erzeugt werden.

In den beiden ersten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung sollen sowohl Kurzschlüsse zwischen positivem Stellgliedan­ schluß und Bezugspotential oder Pluspol der Energiequelle bzw. zwischen den Zuleitungen zum Stellglied als auch der sehr selten auftretende Fall eines Kurzschlusses zwischen den aus dem Gehäuse ragenden Anschlüssen des Stellgliedes selbst erfaßt werden.

In dem in Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird dem Stellglied P bzw. jedem Stellglied als strombegren­ zendes Element eine Speicherdrossel L zugeordnet und in Reihe mit diesem in dem Gehäuse G des Stellgliedes angeordnet, aus welchem nur der positive und negative Anschluß A und B her­ ausragen, zwischen welchen ein Kurzschluß auftreten kann.

Eine dem Stellglied zugeordnete Speicherdrossel L kann auch die vorhandene Umladespule oder wenigstens ein Teil L' der­ selben sein.

Ein Kurzschluß zwischen den aus dem Gehäuse herausregenden Anschlüssen A und B oder vom Anschluß A zum Bezugspotential GND bzw. zum Pluspol der Energiequelle oder zwischen den Zu­ leitungen zum Stellglied könnte bei der bekannten Schaltung nach Fig. 1 sofort nach dem Öffnen des Ladeschalters SL wirksam werden und das Stellglied zerstören.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, wenn das Stellglied P voll geladen und die Speicherdrossel L oder L' stromlos ist, kann ein Kurzschluß zwar auch sofort nach dem Öffnen des Ladeschalters SL wirksam werden, das Stellglied kann aber nicht zerstört werden, da der Kurzschlußstrom durch die im Stellgliedgehäuse befindliche Speicherdrossel L nur stetig ansteigen kann, was keine impulsartig hohe Stromamplitude, die dem Stellglied gefährlich werden könnte, zuläßt.

Eventuell durch die Abmessungen der Speicherdrossel entste­ hende Platzprobleme im Stellgliedgehäuse G können, insbeson­ dere wenn mehrere Stellglieder von der Ansteuerschaltung an­ gesteuert werden, wie bereits weiter oben erwähnt, dadurch gemildert werden, daß wenigstens ein Teil L' der Speicher­ drossel dem bzw. jedem Stellglied zugeordnet ist, während der andere Teil L" (in Fig. 2 strichliert dargestellt, allen Stellgliedern gemeinsam und außerhalb der Stellgliedgehäuse G angeordnet ist.

Platzprobleme im Stellgliedgehäuse G können auch durch ein zweites, in Fig. 3 dargestelltes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gelöst werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Umladespule L (in Fig. 3 nicht dargestellt) wie in den Fig. 1 und 5 Teil der Ansteuerschaltung, die üblicher­ weise in einem Motorsteuergerät angeordnet ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem, d. h., mit jedem Stellglied, eine an sich bekannte, aktive elektronische Strombegrenzerschaltung S in Reihe geschaltet, die einen Stromfluß bis zu einer vorgegebenen Amplitude nur in einer das Stellglied entladenden, durch einen Pfeil gekennzeichne­ ten Richtung erlaubt. Diese Strombegrenzerschaltung arbeitet ohne eigene Spannungsversorgung; diese erfolgt während der Aufladung des Stellgliedes.

Parallel zur Strombegrenzerschaltung ist eine in Richtung vom positiven Anschluß A zum Stellglied P stromleitende Diode D angeordnet, welche einen unbehinderten Ladestrom für das Stellglied zuläßt. Diese aktive elektronische Strombegrenzer­ schaltung samt der Diode D kann in integrierter Form, bei­ spielsweise als ASIC, ausgebildet sein und beansprucht dann wesentlich weniger Platz im Stellgliedgehäuse G, in welchem sie zusammen mit dem Stellglied P untergebracht ist.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Kurzschluß zwi­ schen den Anschlüssen A und B oder vom Anschluß A zum Bezugs­ potential GND oder zum Pluspol der Energiequelle bzw. zwi­ schen den Zuleitungen zum Stellglied bei voll geladenem Stellglied P dieses nicht zerstören, da der Kurzschlußstrom durch die aktive elektronische Strombegrenzerschaltung nur einen vorgegebenen Wert erreichen kann, was keine impulsartig hohe Stromamplitude, die dem Stellglied gefährlich werden könnte, zuläßt.

Wenn man auf einen Schutz vor dem äußerst selten, wenn über­ haupt auftretenden Fall eines Kurzschlusses zwischen den aus dem Gehäuse ragenden Anschlüssen des Stellgliedes verzichtet und sich auf den Schutz von häufiger vorkommenden Kurzschlüs­ sen zwischen positivem Stellgliedanschluß A und Pluspol der Energiequelle oder Bezugspotential GND, d. h., zwischen den Stellglied-Zuleitungen, beschränkt, so kann dies mit einer Schaltung gemäß einem in Fig. 4 dargestellten dritten Aus­ führungsbeispiel erfolgen, welche anstelle der Reihenschal­ tung von Stellglied P und Auswahlschalter A1 in die Schaltung nach Fig. 1 eingefügt werden kann.

Danach wird zwischen dem Stellglied P1 und dem Auswahlschal­ ter A1 eine zum Auswahlschalter A1 hin stromleitende Diode DL und zwischen Bezugspotential GND und den negativen Anschluß B des Stellgliedes P1 eine Reihenschaltung eines mit dem Be­ zugspotential GND verbundenen und synchron mit dem Entlade­ schalter SE zu betätigenden Zusatzschalters To, einer Strom­ begrenzerschaltung und einer zum Stellglied hin stromleiten­ den Diode DE eingefügt. Die Strombegrenzerschaltung kann im einfachsten Fall ein Ohmscher Widerstand R sein, wie in Fig. 4 dargestellt.

Diese zusätzliche Schaltung nach Fig. 4 kann, wie auch die Ansteuerschaltung nach Fig. 1, mit Ausnahme des Stellgliedes selbst, in einem nicht dargestellten Motorsteuergerät ange­ ordnet sein.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Kurzschluß zwi­ schen den Zuleitungen des Stellgliedes, also zwischen dem An­ schluß A und Bezugspotential GND, bzw. vom Stellglied zum Pluspol der Energiequelle das Stellglied P1 nicht zerstören, da für den Kurzschlußstrom erst mit Schließen des Entlade­ schalters SE und des Zusatzschalters To ein Strompfad gebil­ det wird und in diesem Fall der Strom durch die Strombegren­ zerschaltung R auf für das Stellglied P1 ungefährliche Werte begrenzt wird.

Um bei mehreren vorhandenen Stellgliedern P1 bis Pn nicht je­ dem Stellglied einen Zusatzschalter To zuordnen zu müssen, ist in Fig. 5 eine strichpunktiert eingerahmte Schaltung in die Ansteuerschaltung nach Fig. 1 eingefügt, welche ledig­ lich einen Zusatzschalter To und in Reihe damit eine Strombe­ grenzerschaltung R aufweist, welche zur Entkopplung der Ent­ ladestromkreise über Entladedioden DE1 bis DEn mit den nega­ tiven Anschlüssen B1 bis Bn der Stellglieder P1 bis Pn ver­ bunden sind. Jedem Stellglied ist (siehe Fig. 4) weiterhin eine Diode DL1 bis DLn in Reihe geschaltet, damit der Entla­ destrom nicht über einen der Auswahlschalter die Begrenzer­ schaltung umgehen kann.

Die gesamte Schaltung nach Fig. 5, welche die bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, da in jeder Brennkraftma­ schine eine der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine gleiche Zahl von Kraftstoffeinspritzventilen und damit Stellgliedern vorhanden ist, kann ebenfalls, mit Ausnahme der Stellglieder P1 bis Pn, im nicht dargestellten Motorsteuergerät angeordnet sein.

Mit den genannten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung können die kapazitiven Stellglieder sicher vor Zerstörung durch Kurzschluß bewahrt werden.

Claims (6)

1. Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stell­ glied (P, P1 bis Pn), insbesondere für ein Kraftstoffein­ spritzventil einer Brennkraftmaschine, zum Schutz des Stell­ gliedes vor Zerstörung durch Kurzschluß, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellglie­ des (P, P1 bis Pn) ein strombegrenzendes Element (L, R) oder eine strombegrenzende Schaltung (S) angeordnet ist.

2. Schutzschaltung nach Ansprüch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Element (L) mit dem Stellglied in Reihe liegt und als Speicherdrossel oder vom restlichen Teil (L") der Speicherdrossel getrennter Teil (L') derselben aus­ gebildet ist.

3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur strombegrenzenden Schaltung (S) eine den Ladestrom durchlassende Diode (D) antiparallel geschaltet ist, und daß die strombegrenzende Schaltung (S) allein oder gemeinsam mit der Diode (D) als integrierte, elektronische Schaltung ausgebildet ist.

4. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Element oder die strombegrenzende Schaltung (S, R) als Ohmscher Widerstand ausgebildet ist.

5. Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Element (L, L', R) oder die strombegrenzende Schaltung (S) im Stellglied­ gehäuse (G) angeordnet ist.

6. Schutzschaltung nach Anspruch 1 für kapazitive Stellglie­ der (P1 bis Pn), die parallel zueinander angeordnet sind und mit deren jedem ein Auswahlschalter (A1 bis An) in Reihe ge­ schaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jedem Stellglied (P1 bis Pn) und dem ihm zu­ geordneten Auswahlschalter (A1 bis An) eine für den Lade­ strom - in Richtung vom Stellglied zum Bezugspotential ­ durchlässige Diode (DL, DL1 bis DLn) geschaltet ist, und daß eine mit dem Bezugspotential (GND) verbundene Reihen­ schaltung eines während der Entladung des Stellgliedes ge­ schlossenen Zusatzschalters (To) und einer strombegrenzenden Schaltung (S, R) vorgesehen ist, die mit dem negativen An­ schluß (B, B1 bis Bn) jedes Stellgliedes (P1 bis Pn) durch eine für den Entladestrom - in Richtung vom Bezugspotential zum Stellglied - durchlässige Diode (DE, DE1 bis DEn) verbun­ den ist.