DE19964431B4 - Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied - Google Patents

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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 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 Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In Ansteuerschaltungen für kapazitive Stellglieder, insbesondere für Kraftstoffeinspritzventile von Brennkraftmaschinen, können Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen des Stellgliedes, zum Pluspol oder Minuspol der Versorgungsspannung oder zwischen den Zuleitungen zum Stellglied vorkommen. Der zuletzt genannte Fehler tritt am häufigsten auf. Zum Feststellen solcher Fehler sind verschiedene Diagnoseschaltungen bekannt. Es sind auch Schutzschaltungen bekannt, welche gefährliche Spannungen von einem Stellglied fernhalten.
  • Aus DE 197 09 716 A1 ist eine Ansteuerschaltung für ein kapazitives 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 Minusanschluss verbunden ist, so dass an das Stellglied keine höhere Spannung als die durch die Zenerdiode vorgegebene Zenerspannung 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.
  • Weiter ist eine Schaltungsanordnung mit einem piezoelektrischen Stellglied bekannt ( US 5,361,013 A ), die sich durch – einen geringen Energieverbrauch auszeichnet und dadurch besonders für transportable Geräte geeignet ist.
  • Auch ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements bekannt ( DE 197 14 615 A1 ), bei der der Entladestrom zumindest teilweise über ein im Wesentlichen als Resistanz wirkendes Element fließt.
  • Eine bekannte Kurzschlussstrombegrenzung für eine Stromrichterschaltung mit einem kapazitiven Speicher ( DE 197 39 551 A1 ) weist einen passiven Halbleiterstrombegrenzer aus Siliciumcarbid auf. Dieser Strombegrenzer wird zusammen mit den Freilaufdioden der Halbleiterschalter und dem kapazitiven Energiespeicher eine Kurzschlussmasche. Kommt es in einem Brückenzweig zu einem Kurzschluss, so wird der in dieser Kurzschlussmasche fließende Strom durch den passiven Halbleiterstrombegrenzer begrenzt.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung zu schaffen, welche Zerstörungen des Stellgliedes durch hohe Kurzschlussströme verhindert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellgliedes (P, P1 bis Pn) eine strombegrenzende Schaltung angeordnet ist und eine strombegrenzende Schaltung (S) angeordnet ist,
    dass in Reihe mit jedem Stellglied (P1 bis Pn) und dem ihm zugeordneten Auswahlschalter (A1 bis An) eine für den Ladestrom – in Richtung vom Stellglied zum Bezugspotential – durchlässige Diode (DL, DL1 bis DLn) geschaltet ist, und
    dass eine mit dem Bezugspotential (GND) verbundene Reihenschaltung eines während der Entladung des Stellgliedes geschlossenen Zusatzschalters (To) und einer strombegrenzenden Schaltung (S, R) vorgesehen ist, die mit dem negativen Anschluss (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) verbunden ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
    •
  • Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine bekannte Ansteuerschaltung für ein kapazitives Stellglied,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel, und
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
  • Ein kapazitives Stellglied, beispielsweise ein Piezostellglied für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, ist üblicherweise durch ein Gehäuse geschützt, aus welchem sein positiver und negativer Anschluss herausgeführt sind. Beim Laden des Stellgliedes erhält der positive Anschluss ein positives Potential gegenüber dem negativen Anschluss, welcher direkt oder über elektronische Schaltelemente mit einem Bezugspotential verbunden ist.
  • Bei einem Kurzschluss wird der positive Anschluss des Stellgliedes 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 (üblicherweise +12 V, was gegenüber dem auf einige hundert Volt geladenen Stellglied ebenfalls als Kurzschluss anzusehen ist) verbunden. In allen diesen Fällen fließt ein hoher Entladestrom durch das Stellglied, durch welchen dieses zerstört wird.
  • In 1 ist eine übliche und bekannte, von einer Energiequelle SNT versorgte Ansteuerschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied zum Betätigen von Kraftstoffeinspritzventilen einer Brennkraftmaschine dargestellt, welche hier nicht ausführlich beschrieben werden muss, da Aufbau und Funktion dieser Ansteuerschaltung beispielsweise aus Druckschrift DE 196 32 837 A1 bekannt sind. Einem durch Schließen eines Auswahlschalter A1 ausgewählten Stellglied P (weitere Stellglieder können parallel dazu angeschlossen werden, was durch den gestrichelten Pfeil angedeutet und in 5 näher ausgeführt ist) werden beim Schließen eines Ladeschalters SL die Ladungen eines von einer Energiequelle SNT versorgten Ladekondensators C1 und eines Umladekondensators C2 über eine induktive Umladespule L zugeführt. Anschließend wird der Ladeschalter 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.
  • Eine dem Stellglied zugeordnete Speicherdrossel L kann auch die vorhandene Umladespule oder wenigstens ein Teil L' derselben sein.
  • Ein Kurzschluss zwischen den aus dem Gehäuse herausragenden Anschlüssen A und B oder vom Anschluss A zum Bezugspotential GND bzw. zum Pluspol der Energiequelle oder zwischen den Zuleitungen zum Stellglied könnte bei der bekannten Schaltung nach 1 sofort nach dem Öffnen des Ladeschalters SL wirksam werden und das Stellglied zerstören.
  • Wenn man auf einen Schutz vor dem äußerst selten, wenn überhaupt auftretenden Fall eines Kurzschlusses zwischen den aus dem Gehäuse ragenden Anschlüssen des Stellgliedes verzichtet und sich auf den Schutz von häufiger vorkommenden Kurzschlüssen 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 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgen, welche anstelle der Reihenschaltung von Stellglied P und Auswahlschalter A1 in die Schaltung nach 1 eingefügt werden kann.
  • Danach wird zwischen dem Stellglied P1 und dem Auswahlschalter 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 Bezugspotential GND verbundenen und synchron mit dem Entladeschalter SE zu betätigenden Zusatzschalters To, einer Strombegrenzerschaltung und einer zum Stellglied hin stromleitenden Diode DE eingefügt. Die Strombegrenzerschaltung kann im einfachsten Fall ein Ohm'scher Widerstand R sein, wie in 2 dargestellt.
  • Diese zusätzliche Schaltung nach 2 kann, wie auch die Ansteuerschaltung nach 1, mit Ausnahme des Stellgliedes selbst, in einem nicht dargestellten Motorsteuergerät angeordnet sein.
  • Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Kurzschluss zwischen den Zuleitungen des Stellgliedes, also zwischen dem Anschluss A und Bezugspotential GND, bzw. vom Stellglied zum Pluspol der Energiequelle das Stellglied P1 nicht zerstören, da für den Kurzschlussstrom erst mit Schließen des Entladeschalters SE und des Zusatzschalters To ein Strompfad gebildet wird und in diesem Fall der Strom durch die Strombegrenzerschaltung R auf für das Stellglied P1 ungefährliche Werte begrenzt wird.
  • Um bei mehreren vorhandenen Stellgliedern P1 bis Pn nicht jedem Stellglied einen Zusatzschalter To zuordnen zu müssen, ist in 3 eine strichpunktiert eingerahmte Schaltung in die Ansteuerschaltung nach 1 eingefügt, welche lediglich einen Zusatzschalter To und in Reihe damit eine Strombegrenzerschaltung R aufweist, welche zur Entkopplung der Entladestromkreise über Entladedioden DE1 bis DEn mit den negativen Anschlüssen B1 bis Bn der Stellglieder P1 bis Pn ver bunden sind. Jedem Stellglied ist (siehe 2) weiterhin eine Diode DL1 bis DLn in Reihe geschaltet, damit der Entladestrom nicht über einen der Auswahlschalter die Begrenzerschaltung umgehen kann.
  • Die gesamte Schaltung nach 2, welche die bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellt, da in jeder Brennkraftmaschine 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 (1)

  1. Schutzschaltung für kapazitive Stellglieder (P1 bis Pn), die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jedem Stellglied ein Auswahlschalter (A1 bis An) in Reihe geschaltet ist, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, zum Schutz des Stellgliedes vor Zerstörung durch Kurzschluss, wobei zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellgliedes (P, P1 bis Pn) ein strombegrenzendes Element (L) oder eine strombegrenzende Schaltung (S) angeordnet ist, wobei in Reihe mit jedem Stellglied (P1 bis Pn) und dem ihm zugeordneten Auswahlschalter (A1 bis An) eine für den Ladestrom – in Richtung vom Stellglied zum Bezugspotential – durchlässige Diode (DL, DL1 bis DLn) geschaltet ist, und wobei eine mit dem Bezugspotential (GND) verbundene Reihenschaltung eines während der Entladung des Stellgliedes geschlossenen Zusatzschalters (To) und einer strombegrenzenden Schaltung (S, R) vorgesehen ist, die mit dem negativen Anschluss (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) verbunden ist.
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