DE19955841C2

DE19955841C2 - Steuervorrichtung für Direkteinspritzer

Info

Publication number: DE19955841C2
Application number: DE19955841A
Authority: DE
Inventors: Manabu Yamashita; Tetsushi Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2019-11-20
Also published as: JP2000320384A; JP3905247B2; DE19955841A1; US6173700B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung bzw. einen Controller für Direkteinspritzer bzw. Zylindereinspritzer in Treibstoffeinspritzsystemen für Benzinmotoren mit Direkteinspritzung oder in Treibstoffeinspritzsystemen für Dieselmotoren. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuervorrichtung für Direkteinspritzer, die in der Lage ist, die Wärmeentwicklung zu verringern, die Größe der Schaltungen zu verringern, die Größe der Steuervorrichtung zu verringern, und somit die Produktionskosten der Steuervorrichtung zu verringern, durch Verbessern eines Verfahrens zur Erfassung von Strömen, die durch Einspritzerspulen fließen, welche die Einspritzer bilden.

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Beispiels einer konventionellen Steuervorrichtung für Einspritzer mit Zylindereinspritzung bzw. Direkteinspritzer zeigt, offenbart in der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer Hei 10-165132.

In Fig. 4 sind verschiedene Arten von Sensoren 1 zur Erfassung der Betriebszustände eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Information über die von diesen Sensoren zu erfassenden Betriebszustände umfassen z. B. die Drosselöffnung, die Ansaugluftmenge, die Motordrehzahl und die Kühlwassertemperatur.

Eine Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 besteht aus einem Mikrocomputer zur Berechnung von Steuerparametern, wie der Treibstoffeinspritzmenge und der Treibstoffeinspritzperiode für die Zuführung von Treibstoff an jeden Zylinder des Verbrennungsmotors, beruhend auf den Erfassungsergebnissen, die durch die Sensoren 1 zur Erfassung der Betriebszustände des Verbrennungsmotors erhalten wurden. Die Einrichtung 2 gibt an eine Steuervorrichtung 4 Direkteinspritzersteuersignale C1 bis Cn aus, zur Betätigung bzw. zum Betreiben der Direkteinspritzer, jeweils übereinstimmend mit den Zylindern des Verbrennungsmotors. Eine Batterie 3, die als Energiequelle für ein Fahrzeug dient, liefert eine Batteriespannung VB.

Eine Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5 zur Erzeugung einer Hochspannung auf der Grundlage der Spannung VB der Batterie 3 ist innerhalb der Steuervorrichtung 4 für die Direkteinspritzer vorgesehen. Die Einrichtung 5 erzeugt eine Hochspannung VA durch Erhöhung des Spannungswerts VB, der von der Batterie 3 beliefert wird.

Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n entsprechen jeweils Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n. Die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n bilden erste bis n-te Direkteinspritzer. Die Einspritzer, die jeweils für die Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnet sind, spritzen den Treibstoff direkt in die entsprechenden Zylinder ein. Die Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n liefern Ströme J1 bis Jn an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n als Treibstoffeinspritzungssignale.

Die Einspritzerspulen-Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n, die entsprechend der Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n angeordnet sind, liefern die Ströme J1 bis Jn, welches Treibstoffeinspritzungssignale sind, an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n, auf der Grundlage der Steuersignale C1 bis Cn, die von der Steuerparameter-Berechnungseinheit 2 ausgegeben werden.

Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n sind mit den AN-Zeiten der Steuersignale C1 bis Cn, die aus der Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 ausgegeben werden, synchronisiert, und definieren vorbestimmte Zeitintervalle, während welcher Übererregungsströme, die notwendig sind zur anfänglichen Öffnung der Ventile der Düsen der Direkteinspritzer, den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n aus der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5 jeweils durch die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n schnell zugeführt werden. Die Einrichtungen 8-1 bis 8-n geben die definierten Zeitintervalle als Überregungssignale E1 bis En aus.

Die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n bleiben eingeschaltet, während die Übererregungssignale E1 bis En, die aus den Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n ausgegeben werden, im AN-Zustand gehalten werden, und folglich gestatten die Einrichtungen 9-1 bis 9-n die Zuführung der Übererregungsströme an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n aus der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5.

Chopperartige bzw. zerhackerartige Haltestrom- Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n liefern an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n Halteströme, die für die Einspritzer notwendig sind, um die Ventile der Düsen offen zu halten, während die Steuersignale C1 bis Cn, die aus der Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 ausgegeben werden, im AN-Zustand gehalten werden (nach Ablauf der Übererregungszeit). Das bedeutet, daß die chopperartigen Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n Spannungswerte VS1 bis VSn, welche die Erfassungsresultate sind, die durch die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13- n erhalten wurden, mit durch sich selbst eingestellten Haltestrom-Referenzspannungswerten vergleichen, und intermittierend die Batteriespannung VB den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n zuführen, durch Steuerung der AN-/AUS- Schaltvorgänge der zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n, so daß die Halteströme immer konstant sind.

Die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n beginnen und stoppen mit der Zuführung des Spannungswerts VB aus der Batterie 3 in Übereinstimmung mit den Ausgängen der chopperartigen Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n.

Dritte Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n enthalten eine Hochgeschwindigkeits-Stromunterbrechungsfunktion zum schnellen Abschalten des Stroms, wenn der Stromfluß durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n unterbrochen wird. Die Einrichtungen 12-1 bis 12-n sind normalerweise eingeschaltet, und werden bei Wegnahme der Steuersignale C1 bis Cn abgeschaltet. Die Einrichtungen 12-1 bis 12-n haben auch die Funktion, die Ströme zu unterbrechen, die erzeugt werden durch induzierte gegenelektromotorische Kräfte, die an den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n erzeugt werden.

Die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfassen die Ströme, die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen. Jede Stromerfassungseinrichtung enthält z. B. einen Strom-/Spannungs-Umwandlungs-Shuntwiderstand und einen Differenzverstärker, der über beide Enden des Shuntwiderstands geschaltet ist. Die Einrichtungen 13-1 bis 13-n sind zwischen den dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n und der Erde geschaltet und erfassen alle Ströme (Übererregungsströme und Halteströme), die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen. Ihre Erfassungsergebnisse, welches Spannungswerte VS1 bis VSn sind, werden in die chopperartigen Haltestrom- Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n und die Überstrom- Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n eingegeben.

Die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n erfassen übermäßig größe Ströme, die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, auf der Grundlage der Spannungswerte VS1 bis VSn, die den Strömen entsprechen, die von den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfaßt wurden, d. h. die Einrichtungen 14-1 bis 14-n erfassen die Tatsache, daß die Werte VS1 bid VSn größer geworden sind als die Referenzwerte innerhalb des normalen Steuerbereichs. Die Einrichtungen 14-1 bis 14-n geben dann Ausgangsspannungswerte F1 bis Fn aus.

Wenn die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n übermäßig große Ströme erfassen, die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, bestimmen Fehlerbestimmungs-Halteeinrichtungen 15-1 bis 15-n, daß die Einspritzer für den Zylinder versagt haben bzw. fehlerhaft sind, und schalten die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n von dem AN-Zustand in den AUS-Zustand, wodurch die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließenden Ströme rasch unterbrochen werden, und gleichzeitig werden Ausgangssignale H1 bis Hn zur Steuerung der dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n ausgegeben, um die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n während der Betriebszeit kontinuierlich im AUS- Zustand zu halten.

Dioden D1 bis Dn sind zwischen den zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n und den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n geschaltet, und stellen Rückstrom-Sperrdioden dar zum Sperren des Flusses der Übererregungsströme, die aus der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5, über die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n zugeführt werden, in die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n.

Stromkommutierungsdioden D11 bis Dnn bilden kommutierende Strompfade, um es Strömen, die durch die Einspritzerspulen 6- 1 bis 6-n fließen, zu gestatten, kontinuierlich zu fließen, während die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n abgeschaltet sind. Die Ströme kommutieren durch die folgenden Pfade: von den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n auf die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n, dann auf die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n, dann auf die Stromkommutierungsdioden D11 bis Dnn, und zurück auf die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n.

Im übrigen liefert die konventionelle Steuervorrichtung für Direkteinspritzer die Übererregungsströme, die notwendig sind für die anfängliche Öffnung der Ventile der Einspritzerdüsen, aus der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung über die Pfade, welche gebildet werden durch die ersten Schalteinrichtungen, die Einspritzerspulen, die dritten Schalteinrichtungen, die Stromerfassungseinrichtungen und der Schaltungserde, in der genannten Reihenfolge. Nachdem die Ventile der Einspritzerdüse geöffnet wurden, werden die Halteströme, die notwendig sind, um die Ventile offen zu halten, zugeführt, indem die chopperartigen Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen dazu gebracht werden, die zweiten Schalteinrichtungen an- und auszuschalten, beruhend auf den Erfassungsergebnissen, die durch die Stromerfassungseinrichtungen erhalten werden, aus der Batterie über die Pfade, die durch die zweiten Schalteinrichtungen, die Rückstrom-Sperrdioden, die Einspritzerspulen, die dritten Schalteinrichtungen, die Stromerfassungseinrichtungen und der Schaltungsherde in der genannten Reihenfolge gebildet werden, und auch über die Pfade, die durch die Einspritzerspulen, die dritten Schalteinrichtungen, die Stromerfassungseinrichtungen und die Stromkommutierungsdioden in der genannten Reihenfolge gebildet werden. Da jedoch die Stromerfassungseinrichtungen den Fluß von allen Strömen gestatten, die den Einspritzerspulen zugeführt werden (die Übererregungsströme und die Halteströme), wie oben beschrieben, müssen die Stromerfassungseinrichtungen eine große zulässige Energiedissipation haben, um die durch diese Ströme erzeugte Wärme auszuhalten.

Ferner werden die von den Stromerfassungseinrichtungen erhaltenen Erfassungsergebnisse auch den Überstrom- Erfassungseinrichtungen eingegeben, und folglich haben die Stromerfassungseinrichtungen auch die Funktion, die Energie von den dritten Schalteinrichtungen wegzunehmen, die den Einspritzerspulen für die Zylinder entsprechen, die an Überströmen leiden, durch Erfassen der Überströme, die durch die Einspritzerspulen fließen. Um die so aufgebaute konventionelle Steuervorrichtung korrekt zu betreiben, sollten daher die Übererregungsströme, die notwendig sind für die anfängliche Öffnung der Ventile der Einspritzerdüsen, nicht als anormale Überströme erfaßt werden, und folglich muß die Funktion der Überstrom-Erfassungseinrichtungen in der konventionellen Steuervorrichtung vorübergehend unterbrochen werden, auf der Grundlage der Signale der Übererregungs- Signalerzeugungseinrichtungen.

Daher verwendet die konventionelle Steuervorrichtung für Direkteinspritzer große Teile, um die Stromerfassungseinrichtungen mit großer zulässiger Energiedissipation zu konstruieren, und benötigt ebenfalls Schaltungen zur vorübergehenden Unterbrechung der Funktion der Überstrom-Erfassungseinrichtungen, und folglich wird der Maßstab der Steuervorrichtung als ganzes vergrößert. Im Ergebnis ergeben sich darin Probleme, daß die Steuervorrichtung selbst in ihrer Struktur groß wird, um eine ausreichend große Kapazität zur Unterbringung von großen Schaltungen bereitzustellen, und eine ausreichend große Fläche zur Unterdrückung von Wärmeentwicklung, und folglich sind die Produktionskosten der Steuervorrichtung erhöht.

Aus DE 195 18 332 C2 ist ein Kraftstoffeinspritzungs- Steuersystem bekannt, welches eine Schaltung besitzt, um einen hohen Strom zu erzeugen, damit sich eine Einspritzung öffnet, eine Schaltung um den Strom hoch zu halten, und eine Schaltung um den Strom auf einen niedrigeren Wert zu senken und dort zu halten, damit die Einspritzung offen bleibt. Ähnliche Systeme sind aus DE 196 50 437 A1 und DE 198 00 464 A1 bekannt, wobei letztere auch die Berücksichtigung von Motorbetriebszuständen bei der Steuerung erwähnt.

Weitere Schaltungen zur Steuerung von Direkteinspritzern sind aus JP-11050891 A, JP-10318025 A und JP-10288078 A bekannt.

Aus US-5,251,091 ist eine Schaltung zum Betreiben eines Spulenmagneten in einem Automatikgetriebe bekannt, bei welcher der durch die Spule fließende Strom erfasst wird, und festgestellt wird, ob der Strom überhöht ist. Wenn der Strom zu hoch ist, wird der Strom der Betriebsschaltung unterbrochen.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die zuvor erwähnten Probleme zu überwinden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Steuervorrichtung für Direkteinspritzer, die in der Lage ist, die Wärmeentwicklung zu verringern, sowie den Schaltungsmaßstab, die Größe der Steuervorrichtung und die Produktionskosten der Steuerungsvorrichtung zu verringern, durch Verwenden von Teilen mit kleiner Energiedissipation, während der Ort der Stromerfassungseinrichtungen verändert wird, und durch Weglassen der Schaltungen zur vorübergehenden Unterbrechung der Funktion der Überstrom- Erfassungseinrichtungen.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß der Anordnung nach Anspruch 1 wird die Energiedissipation der gesamten Stromerfassungseinrichtung verringert, und folglich können die Schaltungen durch Teile aufgebaut werden, welche eine geringe Energiedissipation aufweisen. Als Ergebnis kann der Schaltungsmaßstab verringert werden, und dies ermöglicht seinerseits, daß die Fläche der Steuervorrichtung, die zur Abstrahlung von Wärme notwendig ist, verringert werden kann. Folglich wird bewirkt, daß die Steuervorrichtung für Direkteinspritzer klein, leicht und preiswert hergestellt werden kann.

Nach der Anordnung des Anspruchs 2 kann auf die Schaltungen zur vorübergehenden Unterbrechung des Betriebs der Überstrom- Erfassungseinrichtungen während des Flusses der Übererregungsströme verzichtet werden. Als Ergebnis wird bewirkt, daß die Steuervorrichtung für Direkteinspritzer der vorliegenden Erfindung Überströme in einem weiteren Bereich als die konventionelle Steuervorrichtung für Direkteinspritzer erfassen kann, und gleichzeitig kann die Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung klein, leicht und preiswert hergestellt werden, dadurch, daß der Schaltungsmaßstab verringert wird.

Nach der Anordnung des Anspruchs 3 kann die Steuervorrichtung klein, leicht und preiswert hergestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den begleitenden Zeichnungen ist:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Konstruktion einer Steuereinrichtung für Direkteinspritzer nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung; und

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Konstruktion einer konventionellen Steuervorrichtung für Direkteinspritzer zeigt.

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches die Konstruktion einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt, welche z. B. ein Treibstoffsteuersystem für Direkteinspritzer- Benzinmotoren ist, oder eine Steuerung für Direkteinspritzer in Treibstoffeinspritzsystemen für Dieselmotoren.

In Fig. 1 sind verschiedene Arten von Sensoren 1 zur Erfassung der Betriebszustände eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Informationen über die Betriebszustände, die von diesen Sensoren erfaßt werden sollen, umfassen z. B. den Drosselöffnungsgrad, die Ansaugluftmenge, die Motordrehzahl und die Kühlwassertemperatur.

Eine Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 besteht aus einem Mikrocomputer zur Berechnung von Steuerparametern, wie der Treibstoffeinspritzmenge und der Treibstoffeinspritzperiode für die Zuführung von Treibstoff an jeden Zylinder des Verbrennungsmotors, auf der Grundlage der Erfassungsresultate, die von den Sensoren 1 für die Erfassung der Betriebszustände des Verbrennungsmotors erhalten wurden. Die Einrichtungen 2 geben an eine Steuerung 4 für die Direkteinspritzer Steuersignale C1 bis Cn aus, zum Betätigen bzw. Betreiben der Direkteinspritzer jeweils entsprechend den Zylindern des Verbrennungsmotors. Eine Batterie 3, die als Energiequelle für ein Fahrzeug dient, liefert eine Batteriespannung VB.

Eine Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5 zur Erzeugung einer Hochspannung VH auf der Grundlage des Spannungswerts VB der Batterie 3 ist innerhalb der Steuervorrichtung 4 für die Direkteinspritzer vorgesehen. Die Einrichtung 5 erzeugt eine Hochspannung VH durch Anhebung des von der Batterie 3 gelieferten Spannungswerts VB.

Die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n entsprechen jeweils den Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n. Die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n bilden erste bis n-te Direkteinspritzer. Die Einspritzer, welche jeweils für die Zylinder des Verbrennungsmotors angeordnet sind, spritzen Treibstoff direkt in die entsprechenden Zylinder ein. Die Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n liefern Ströme J1 bis Jn an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n als Treibstoffeinspritzsignale.

Die Einspritzerspulen-Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n, die entsprechend den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n angeordnet sind, liefern die Ströme J1 bis Jn, welche Treibstoffeinspritzsignale sind, jeweils an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n, auf der Grundlage von Steuersignalen C1 bis Cn, die von der Steuerparameter- Berechnungseinrichtung 2 ausgegeben werden.

Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n synchronisieren mit den AN-Zeiten der Steuersignale C1 bis Cn, die von der Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 ausgegeben werden, und definieren vorbestimmte Zeitintervalle, während welcher Übererregungsströme, die notwendig sind, um die Ventile der Düsen der Direkteinspritzer anfänglich rasch zu öffnen, an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n aus der Hochspannungs- Erzeugungseinrichtung 5 durch die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n jeweils ausgegeben werden. Die Einrichtungen 8-1 bis 8-n geben die definierten Zeitintervalle als Übererregungssignale E1 bis En aus.

Die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n bleiben eingeschaltet, während die Übererregungssignale E1 bis En, die aus den Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n ausgegeben werden, im AN-Zustand gehalten werden, so daß die Einrichtungen 9-1 bis 9-n zulassen, daß die Übererregungsströme aus der Hochspannungs- Erzeugungseinrichtung 5 den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n zugeführt werden.

Chopperartige Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n liefern an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n Halteströme, die notwendig sind, damit die Einspritzer die Ventile ihrer Düsen offenhalten, während die Steuersignale C1 bis Cn, die aus der Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 ausgegeben werden, im AN-Zustand gehalten werden (nachdem die Übererregungszeit abgelaufen ist). Das bedeutet, daß die chopperartigen Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n Spannungswerte VS1 bis VSn, welches Erfassungsergebnisse sind, die durch Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erhalten werden, mit Haltestrom-Referenzspannungswerten, die für sich eingestellt werden, vergleichen, und intermittierend die Batteriespannung VB an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n liefern, indem die AN-/AUS-Schaltvorgänge der zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n gesteuert werden, so daß die Halteströme immer konstant sind.

Die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n starten und stoppen die Zuführung des Spannungswerts VB aus der Batterie 3 in Übereinstimmung mit den Ausgängen der chopperartigen Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n.

Dritte Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n enthalten eine Hochgeschwindigkeits-Stromunterbrechungsfunktion, um die Ströme schnell auszuschalten, wenn die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließenden Ströme unterbrochen werden. Die Einrichtungen 12-1 bis 12-n sind normalerweise eingeschaltet und werden abgeschaltet, wenn die Steuersignale C1 bis Cn weggenommen werden. Die Einrichtungen 12-1 bis 12-n haben auch die Funktion, die Ströme schnell zu unterbrechen, die durch induzierte gegenelektromotorische Kräfte an den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n erzeugt werden.

Die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfassen die Ströme, die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen.

Jede Stromerfassungseinrichtung enthält z. B. einen Strom-/Spannungs-Wandlung-Shuntwiderstand, und einen Differenzverstärker, der über beide Enden des Shuntwiderstands angeschlossen ist. Die Einrichtungen 13-1 bis 13-n sind an Pfaden angeordnet, die den Fluß der Übererregungsströme, welche von der Hochspannungs- Erzeugungseinrichtung 5 an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n durch die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n geliefert werden, nicht zulassen, und an Pfaden, die den Fluß aller folgenden Ströme zulassen: die Halteströme, die von der Batterie 3 an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n durch die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n und Rückstrom- Sperrdioden D1 bis Dn geliefert werden; Kommutierungsströme, die fließen, wenn die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n abgeschaltet sind; und Hochgeschwindigkeits- Kommutierungsströme, die fließen, wenn die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n abgeschaltet werden. Somit können die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n alle Ströme außer den Übererregungsströmen erfassen. Ihre Erfassungsergebnisse, welches die Spannungswerte VS1 bis VSn sind, werden den chopperartigen Haltestrom- Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n und den Überstrom- Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n eingegeben.

Das bedeutet, daß bei dieser Ausführung die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n nicht an Pfaden angeordnet sind, welche den Fluß der Übererregungsströme zulassen, die von der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5 an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n durch die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n auf der Grundlage von Signalen aus den Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n geliefert werden. Statt dessen sind die Einrichtungen 13-1 bis 13-n angeordnet an den Pfaden, welche den Fluß aller folgenden Ströme zulassen, die durch die dritten Schalteinrichtungen schnell unterbrochen sind: die Halteströme, die von der Batterie 3 an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n durch die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n auf der Grundlage der Ausgänge der Haltestrom- Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n geliefert werden, welche notwendig sind, damit die Einspritzer die Ventile ihrer Düsen offen halten, nachdem die Ventile anfänglich geöffnet wurden; die Kommutierungsströme der Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n, die fließen, wenn die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n abgeschaltet werden; und die Ströme, welche durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, um die Ventile der Einspritzerdüsen zu schließen.

Die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n erfassen übermäßig große Ströme, die durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, auf der Grundlage der Spannungswerte VS1 bis VSn, die den Strömen entsprechen, die von den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfaßt wurden, d. h. die Einrichtungen 14-1 bis 14-n erfassen die Tatsache, daß die Werte VS1 bis VSn größer geworden sind als die Referenzwerte innerhalb des normalen Steuerungsbereichs. Die Einrichtungen 14-1 bis 14-n geben dann Spannungen F1 bis Fn aus. Die Werte VS1 bis VSn, welche die Erfassungsresultate sind, die von den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erhalten werden, enthalten keine Übererregungsstrom-Werte. Daher sind keine Schaltungen zur vorübergehenden Unterbrechung der Überstromerfassung während der Übererregungsperiode notwendig.

Wenn die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n erfassen, daß übermäßig große Ströme durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, bestimmten Fehlerbestimmungs-Halteeinrichtungen 15-1 bis 15-n, daß die Einspritzer für die Zylinder versagt haben bzw. fehlerhaft sind, und schalten die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n vom AN-Zustand in den AUS-Zustand, wodurch der durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließende Strom rasch unterbrochen wird, und gleichzeitig werden Signale H1 bis Hn ausgegeben, um die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n zu steuern, damit die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n während der Betriebsperiode kontinuierlich im AUS- Zustand gehalten werden.

Die Dioden D1 bis Dn sind zwischen den zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n und den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n geschaltet, und sind Rückstrom-Sperrdioden zur Sperrung des Flusses der Übererregungsströme, die von der Hochspannungs- Erzeugungseinrichtung 5 über die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n in die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n fließen.

Stromkommutierungsdioden D11 bis Dnn bilden kommutierende Strompfade, damit es den durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließenden Strömen erlaubt ist, kontinuierlich zu fließen, während die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n ausgeschaltet sind. In diesem Fall kommutieren die Ströme durch die folgenden Pfade: von den Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n auf die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n, dann auf die Stromkommuitierungsdioden D11 bis Dnn, dann auf die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n, und zurück auf die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n.

Als nächstes wird der Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Steuervorrichtung für Direkteinspritzer unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der Fig. 2 und 3 beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Zustände der Teile der Steuervorrichtung in dem Fall, wo ein Überstrom am ersten Zylinder als Fehler aufgetreten ist, während die Halteströme zugeführt werden. Fig. 3 zeigt die Zustände der Teile der Steuervorrichtung in dem Fall, wo ein Überstrom, am ersten Zylinder als ein Fehler aufgetreten ist, während die Übererregungsströme zugeführt werden.

Die Batterie 3 liefert die Batteriespannung VB an die Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 5, und ansprechend darauf erzeugt die Einrichtung 5 die Hochspannung VH, welche höher ist als die Batteriespannung VB.

Ferner berechnet die Steuerparameter-Berechnungseinrichtung 2 verschiedene Steuerparameter für den Verbrennungsmotor, z. B. die Treibstoffeinspritzmenge und die Treibstoffeinspritzperiode für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors, auf der Grundlage der Information über den Betrieb des Verbrennungsmotors, die von den Sensoren 1 erfaßt wird. Dann liefert die Steuerparameter- Berechnungseinrichtung 2 an die Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n die Steuersignale C1 bis Cn, welche dazu dienen, die Ventile der Düsen der Einspritzer, die jeweils für die Zylinder vorgesehen sind, zu öffnen.

Die Übererregungssignale E1 bis En, die aus den Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n der Treiberschaltungen 7-1 bis 7-n ausgegeben werden, gehen auf einen hohen Pegel H ansprechend auf die anfängliche Einschaltung der jeweiligen Steuersignale C1 bis Cn. Da die Übererregungssignale E1 bis En auf einen hohen Wert gegangen sind, schalten die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n ein, wodurch bewirkt wird, daß die Hochspannungs- Erzeugungseinrichtung 5 große Übererregungsströme an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n durch die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n liefert. Als Ergebnis werden die Ventile der Einspritzerdüsen geöffnet.

Wenn der hohe Pegel H der Übererregungssignale E1 bis En auf einen niedrigen Wert geht, schalten die ersten Schalteinrichtungen 9-1 bis 9-n ab. Während der verbleibenden Periode, in welcher die Steuersignale C1 bis Cn immer noch eingeschaltet sind, liefern die Haltestrom- Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n die vorbestimmten Ströme J1 bis Jn an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n aus der Batterie 3 durch die zweiten Schalteinrichtungen 11-1 bis 11-n, die Rückstrom-Sperrdioden D1 bis Dn und die Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n, wodurch die Ventile der Einspritzerdüsen offen gehalten werden. In diesem Fall werden Spannungen, die den von den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfaßten Ströme entsprechen, an die Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen 10-1 bis 10-n geliefert, wodurch eine Rückkopplungs-Steuerung bzw. Regelung durchgeführt wird, so daß die Ströme J1 bis Jn, welche durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, konstant gehalten werden.

Wenn die Steuersignale C1 bis Cn abschalten, wird die Zuführung der Ströme an die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n aus der Batterie 3 unterbrochen, wodurch bewirkt wird, daß die Hochgeschwindigkeits-Stromunterbrechungseinrichtungen, die in den dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n eingebaut sind, die Ströme J1 bis Jn, welche durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, rasch unterbrechen.

Ferner, wenn die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n als ihre Ausgangssignale F1 bis Fn die Ströme J1 bis Jn, welche durch die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n fließen, auf der Grundlage der von den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfaßten Spannungen als übermäßig erfaßt haben, schalten die Steuersignale H1 bis Hn, die aus den Fehlerbestimmungs-Halteeinrichtungen 15-1 bis 15-n ausgegeben werden, auf einen niedrigen Pegel L, um die dritten Schalteinrichtungen 12-1 bis 12-n auszuschalten. Als Ergebnis werden die übermäßigen Ströme, welche durch die Einspritzerspulen fließen, unterbrochen.

Ferner, in dem Fall, wo ein Überstrom am ersten Zylinder als Fehler während der Zuführung von Halteströmen aufgetreten ist, wie in Fig. 2 gezeigt, schaltet das Steuersignal H1 vom hohen Pegel H auf den niedrigen Pegel L. Gleichzeitig schaltet die entsprechende dritte Schalteinrichtung 12-1 ab, und nur der Strom J1, der durch die dem ersten Zylinder entsprechende Einspritzerspule 6-1 fließt, wird unterbrochen.

Man beachte, daß die Einspritzerspulen 6-1 bis 6-n den Fluß großer Ströme während der Anfangsperiode der Übererregung zulassen, und daß diese großen Ströme nicht mit Überströmen verwechselt werden dürfen, welche Fehler sind. Um zu verhindern, daß diese großen Ströme als Fehler erfaßt werden, sind die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n der Fig. 4 so ausgelegt, daß sie sich enthalten bei der Erfassung von Überströmen während der Anfangsperiode der Übererregung der Einspritzerspulen, während welcher die Übererregungssignale E1 bis En, die aus den Übererregungs- Signalerzeugungseinrichtungen 8-1 bis 8-n ausgegeben werden, auf dem hohen Pegel H bleiben. In dieser Ausführung erfassen die Überstrom-Erfassungseinrichtungen 14-1 bis 14-n jedoch übermäßig große Ströme, welche durch die Einspritzerspulen 6- 1 bis 6-n fließen, auf der Grundlage der Spannungswerte VS1 bis VSn, die den Strömen entsprechen, die von den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erfaßt wurden, d. h. die Einrichtung 14-1 bis 14-n erfassen die Tatsache, daß die Werte VS1 bis VSn größer geworden sind als ihre Referenzwerte innerhalb des normalen Steuerungsbereichs, und geben die Spannungswerte F1 bis Fn aus. Daher enthalten die Werte VS1 bis VSn, welches die Erfassungsresultate sind, die aus den Stromerfassungseinrichtungen 13-1 bis 13-n erhalten werden, keine Übererregungs-Stromwerte, und folglich sind keine Schaltungen zur vorübergehenden Unterbrechung der Überstromerfassung während der Übererregungsperiode notwendig.

Ferner, wie in Fig. 3 gezeigt, im Falle, wo ein Überstrom am ersten Zylinder als Fehler während der Anfangsperiode der Übererregung aufgetreten ist, wird ein solcher Überstrom durch die entsprechende Stromerfassungseinrichtung 13-1 erfaßt, und das Steuersignal F1, welches ein Ausgangssignal der Überstrom-Erfassungseinrichtung 14-1 ist, bewirkt, daß das Ausgangssignal H1 der Fehlerbestimmungs-Halteeinrichtung 15-1 vom hohen Pegel H auf den niedrigen Pegel L schaltet. Gleichzeitig schaltet die entsprechende dritte Schalteinrichtung 12-1 aus, und nur der Strom J1, der durch die Einspritzerspule 6-1 fließt, die dem ersten Zylinder entspricht, wird unterbrochen.

Wie oben beschrieben, erlaubt diese Ausführung, daß die Stromerfassungseinrichtungen mit Teilen kleiner Leistung gebaut werden, wenn die Stromerfassungseinrichtungen auf Pfaden angeordnet werden, durch welche keine Übererregungsströme fließen. Zusätzlich schafft diese Ausführung eine kleine, leichte und preisgünstige Steuervorrichtung für Direkteinspritzer, was zur Verringerung der Erwärmung führt, zur Verringerung der Schaltungsabmessungen und zur Verkleinerung der Steuervorrichtung durch Beseitigung von Schaltungen für die temporäre Unterbrechung der Funktion der Überstrom- Erfassungseinrichtungen nur während der Periode, in welcher Übererregungsströme zugeführt werden.

Claims

1. Steuervorrichtung für Zylinderdirekteinspritzer, umfassend:
verschiedene Arten von Sensoren (1) zur Erfassung von Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors;
eine Steuerparameter-Berechnungseinrichtung (2) zur Berechnung von Steuerparametern, welche zumindest eine Treibstoffeinspritzmenge und eine Treibstoffeinspritzperiode für die Zuführung von Treibstoff an jeden Zylinder des Verbrennungsmotors umfassen, beruhend auf den Erfassungsergebnissen, die von den verschiedenen Arten von Sensoren (1) erhalten werden;
eine Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung (5) zur Erzeugung einer Hochspannungsversorgung zur Bereitstellung von Übererregungsströmen, die notwendig sind zur anfänglichen Öffnung von Ventilen von Einspritzerdüsen, an Einspritzerspulen (6-1-6-n), auf der Grundlage des Ergebnisses einer von der Steuerparameter-Berechnungseinrichtung (2) durchgeführten Berechnung;
Übererregungs-Signalerzeugungseinrichtungen (8-1-8-n) zur Definition von vorbestimmten Zeitintervallen für die Lieferung der Übererregungsströme an die Einspritzerspulen (6-1-6-n);
erste Schalteinrichtungen (9-1-9-n) zur Lieferung der Übererregungsströme an die Einspritzerspulen (6-1-6-n) aus der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung (5) auf der Grundlage der Ausgänge der Übererregungs- Signalerzeugungseinrichtungen (8-1-8-n);
Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen (10-1-10-n) zur Erzeugung von Halteströmen, welche notwendig sind, um die Ventile der Einspritzerdüsen offen zu halten, und welche an die Einspritzerspulen (6-1-6-n) geliefert werden, nachdem die Übererregungsströme geliefert worden sind;
zweite Schalteinrichtungen (11-1-11-n) zur Lieferung der Halteströme an die Einspritzerspulen (6-1-6-n) aus einer Batterie, auf der Grundlage der Ausgänge der Haltestrom-Erzeugungseinrichtungen (10-1-10-n);
dritte Schalteinrichtungen (12-1-12-n) zur Unterbrechung von Strömen, die durch die Einspritzerspulen (6-1-6-n) fließen, um die Ventile der Einspritzerdüsen zu schließen;
Stromerfassungseinrichtungen (13-1-13-n) für die Erfassung von Strömen, die durch die Einspritzerspulen (6-1-6-n) fließen, welche an Pfaden angeordnet sind, durch die Übererregungsströme, welche von der Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung (5) durch die ersten Schalteinrichtungen (9-1-9-n) geliefert werden, nicht fließen;
Überstrom-Erfassungseinrichtungen (14-1-14-n) zur Erfassung von übermäßig großen Strömen, die durch die Einspritzerspulen (6-1-6-n) fließen, auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse, die von den Stromerfassungseinrichtungen (13-1-13-n) erhalten werden; und
Fehlersteuereinrichtungen (15-1-15-n), welche eingerichtet sind, um dann, wenn die Erfassungsergebnisse der Überstrom- Erfassungseinrichtungen (14-1-14-n) einen übermäßig großen Strom anzeigen, die dritten Schalteinrichtungen (12-1-12-n) in einen Zustand zu schalten, der den Stromfluss durch die Einspritzerspulen (6-1-6-n) unterbricht, und um die dritten Schalteinrichtungen (12- 1-12-n) in diesem Zustand zu halten.

2. Steuervorrichtung für Zylinderdirekteinspritzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstrom- Erfassungseinrichtungen (14-1-14-n) eingerichtet sind kontinuierlich zu arbeiten, ohne Unterbrechung der Überstromerfassung während der Übererregungsperiode.

3. Steuervorrichtung für Zylinderdirekteinspritzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerfassungseinrichtungen (13-1-13-n) angeordnet sind an Pfaden, welche alle der folgenden Ströme zulassen: Halteströme, die an die Einspritzerspulen (6-1 -6-n) durch die zweiten Schalteinrichtungen (11-1- 11-n) geführt werden, Kommutierungsströme, die fließen, während die zweiten Schalteinrichtungen (11-1-11-n) abgeschaltet sind, und Hochgeschwindigkeits- Kommutierungsströme, die fließen, während die dritten Schalteinrichtungen (12-1-12-n) abgeschaltet sind, und wobei die Stromerfassungseinrichtungen (13-1-13-n) alle Ströme außer den Übererregungsströmen erfassen können.