DE3823182A1 - Schaltungsanordnung zur kurzschlussueberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung bei einer sequentiellen Ansteu­ erung von Einspritzventilen einer Brennkraftmaschi­ ne, wobei jeweils ein Halbleiterschalter in Reihe mit der Spule eines Einspritzventils geschaltet ist und die Halbleiterschalter von Steuersignalen steuer­ bar sind.

Bei sequentiell arbeitenden Anlagen zur elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzung ist jeweils für einen Zylinder der Brennkraftmaschine ein Einspritz­ ventil vorgesehen, dessen Spule entsprechend der vorgesehenen Einspritzmenge mit einem impulsförmigen Strom beaufschlagt wird. Dazu ist die Spule jeweils eines Einspritzventils über einen Halbleiterschalter mit der Betriebsspannung verbindbar. Durch einen Fehler im Bereich des Einspritzventils oder dessen Zuleitungen kann es jedoch zu einem Kurzschluß kom­ men, der Zerstörungen - beispielsweise des Halblei­ terschalters - zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung bei einer sequentiellen Ansteuerung von Einspritzventi­ len anzugeben, welche zuverlässig arbeitet und einen möglichst geringen technischen Aufwand erfordert.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer für die Spulen gemein­ samen Leitung eine Stromüberwachungsschaltung vorge­ sehen ist, die ausgangsseitig mit Einrichtungen zur Abschaltung der Steuersignale verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß lediglich eine Stromüberwa­ chungsschaltung erforderlich ist, die bei einer vor­ teilhaften Ausführungsform der Erfindung im wesent­ lichen aus einem Strommeßwiderstand und einer Schwellwertschaltung gebildet ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Schwellwertschaltung ein durch Überschreiten eines vorgegebenen Spannungsabfalls am Strommeßwider­ stand bewirktes Ausgangssignal bis zum Auftreten eines Rücksetzsignals speichert. Dadurch wird gewähr­ leistet, daß die Steuersignale nicht sofort wieder zugeführt werden, nachdem wegen eines Kurzschlusses an einer der Spulen die Halbleiterschalter in den nichtleitenden Zustand geschaltet worden sind.

Um jedoch nach einem vorübergehenden Kurzschluß oder einer kurzen Spannungsspitze am Strommeßwiderstand ein selbsttätiges Einschalten zu ermöglichen, ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß der invertierende Eingang des Differenzverstärkers ferner über eine Reihenschaltung aus einem Kondensa­ tor und einem Widerstand mit einem Eingang für eines der Steuersignale verbunden ist.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung und

Fig. 2 Zeitdiagramme von Signalen, die bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auftreten.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist mit je­ weils einer Spule 1 bis 4 ein als Halbleiterschalter dienender Feldeffekttransistor 5 bis 8 in Reihe ge­ schaltet. Die Erfindung kann jedoch auch mit anderen Halbleiterschaltern - beispielsweise bipolaren Tran­ sistoren - verwirklicht werden. Der Übersichtlich­ keit halber wurden die Spulen 1 bis 4 ohne weitere Beschaltung mit Freilaufdioden oder anderen Dämp­ fungsmitteln dargestellt. Selbstverständlich sind solche Mittel im Zusammenhang mit der Erfindung in an sich bekannter Weise anwendbar. Die Spulen 1 bis 4 sind gemeinsam an den positiven Pol 9 einer nicht dargestellten Spannungsquelle angeschlossen. Die ebenfalls gemeinsame Verbindung zu Massepotential erfolgt über einen Strommeßwiderstand 10, an dessem von Masse abgewandten Anschluß 11 eine Spannung ansteht, welche dem jeweiligen Strom proportional ist. Über Eingänge 12 bis 15 und Widerstände 16 bis 19 werden Steuersignale S 1 bis S 4 den Steuerelektro­ den der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 zugeführt. Die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 sind ferner über Z-Dioden 21 bis 24 mit Masse­ potential verbunden, um sie vor Überspannungen zu schützen. Ferner sind die Steuerelektroden über Dioden 25 bis 28 an den Kollektor eines Transistors 29 angeschlossen, der im leitenden Z stand die Steu­ ersignale kurzschließt und somit eine Ansteuerung der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 verhindert.

Zur Erkennung eines Kurzschlusses ist der Anschluß 11 des Widerstandes 10 über einen weiteren Wider­ stand 30 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 31 verbunden. Eine Vergleichs­ spannung wird mit Hilfe eines Spannungsteilers 32, 33 von einer bei 34 zugeführten Spannung Uv abgelei­ tet und dem invertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 31 zugeführt. Da sich die Einspritzzeiten der Ventile überschneiden können, ist die Vergleichs­ spannung derart gewählt, daß erst eine Erhöhung des Stroms auf etwa das Dreifache des Stroms durch eine Spule als Kurzschluß gewertet wird.

Eine Diode 35 bewirkt eine Mitkopplung vom Ausgang auf den nichtinvertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 31, wenn die Ausgangsspannung des Differenz­ verstärkers 31 positiv ist. Dadurch wird erreicht, daß durch das Abschalten der Halbleiterschalter 5 bis 8 nach einem Kurzschluß die Sperrung der Steuer­ signale nicht wieder aufgehoben wird. Durch die Mit­ kopplung nimmt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 einen Wert nahe der Betriebsspannung an. Selbst wenn die Spannung am Schaltungspunkt 11 nach dem Abschalten der Halblei­ terschalter 5 bis 8 wieder Massepotential annimmt, bleibt der nichtinvertierende Eingang positiv gegen­ über dem invertierenden Eingang. Dadurch bleibt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 31 positiv und der über den Widerstand 36 angesteuerte Transi­ stor 29 leitend. Ein Wiedereinschalten ist selbst nach Fortfall des Kurzschlusses nur durch Aus- und Wiedereinschalten der Schaltungsanordnung möglich. Ein Kondensator 37 am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 verhindert, daß kurze Störspitzen als Kuruschluß gedeutet werden und zu einer Abschaltung führen.

Je nach Anwendungsfall im einzelnen kann ein selbst­ tätiges Wiedereinschalten nach Beseitigung des Kurz­ schlusses gewünscht sein. Dazu ist der Eingang 15 für das Steuersignal S 4 über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 38 und einem Kondensator 39 mit dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 verbunden. Dadurch werden dem invertierenden Ein­ gang an der Vorderflanke jedes Impulses des Steuer­ signals S 4 positive Spannungsspitzen zugeführt. Diese sind kurzzeitig stärker positiv als die nach einem Kurzschluß am nichtinvertierenden Eingang vor­ handene Spannung. Dadurch wird die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 31 negativ und die Diode 35 nichtleitend. Der Transistor 29 wird dann gesperrt, so daß die Dioden 25 bis 28 nichtleitend werden und die Steuersignale S 1 bis S 4 freigeben. Sollte der Kurzschluß dann noch vorhanden sein, wird beim Ansteuern der den Kurzschluß verursachenden Spule die Abschaltung der Steuersignale erneut ausgelöst.

Im folgenden wird die Funktion der Schaltungsanord­ nung nach Fig. 1 anhand der in Fig. 2 dargestellten Diagramme näher erläutert. Dabei zeigt das Diagramm a) den Verlauf des Steuersignals S 4, welches über den Feldeffekttransistor 8 die Spule 4 steuert. In ähnlicher Weise werden die weiteren Spulen bzw. Ventile von den Steuersignalen S 1 bis S 3 jeweils zeitversetzt gesteuert.

Das Diagramm b) stellt den Spannungsabfall UR am Strommeßwiderstand 10, also die Spannung am Schal­ tungspunkt 11 dar. Der Übersichtlichkeit halber wurde lediglich derjenige Anteil der Spannung darge­ stellt, der durch den Stromfluß durch die Spule 4 bedingt ist. Zum Zeitpunkt tk entsteht ein Kurz­ schluß im Bereich der Spule 4, so daß der Stromfluß und damit auch die Spannung UR ansteigt. In entspre­ chender Weise steigt die Spannung U+ am nichtinver­ tierenden Eingang des Differenzverstärkers 31 an. Dieses ist im Diagramm c) als durchgezogene Linie dargestellt, während die gestrichelte Linie die dem invertierenden Eingang zugeführte Vergleichsspannung U- zeigt.

Sobald die Spannung U+ am nichtinvertierenden Ein­ gang die Spannung U- am invertierenden Eingang über­ steigt, springt die Ausgangsspannung des Differenz­ verstärkers 31 auf einen positiven Wert, worauf durch Leitendwerden der Diode 35 zum Zeitpunkt tm die Mitkopplung wirksam wird und die Spannung U+ auf einen deutlich höheren Wert als die Spannung U- springt. Selbst wenn die Spannung UR am Schaltungs­ punkt 11 (Fig. 1) wieder fällt, bleibt die Ausgangs­ spannung des Differenzverstärkers 31 positiv mit der Folge, daß über den Transistor 29 und die Dioden 25 bis 28 die Steuersignale gesperrt bleiben.

Während das Diagramm c) die Funktion der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 1 ohne den Widerstand 38 und den Kondensator 39 darstellt, zeigt Diagramm d) die Funk­ tion der Schaltungsanordnung mit diesen Bauteilen. Dadurch werden am invertierenden Eingang zusätzlich zu der Vergleichsspannung U- noch Spannungsspitzen R als Rücksetzsignal wirksam. Unter der Voraussetzung, daß bis zum Eintreffen des folgenden Impulses des Steuersignals der Kurzschluß aufgehoben ist, wird durch den dann von dem Steuersignal S 4 abgeleiteten Rücksetzimpuls der Differenzverstärker 31 wieder in seinen Ursprungszustand rückgesetzt, so daß die Ansteuerung der Feldeffekttransistoren 5 bis 8 wie­ der erfolgen kann. Zur weiteren Veranschaulichung zeigt Diagramm e) den Zeitabschnitt Tm, während dessen die Mitkopplung wirksam ist.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Kurzschlußüberwachung bei einer sequentiellen Ansteuerung von Einspritzventi­ len einer Brennkraftmaschine, wobei jeweils ein Halb­ leiterschalter in Reihe mit der Spule eines Ein­ spritzventils geschaltet ist und die Halbleiterschal­ ter von Steuersignalen steuerbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einer für die Spulen gemeinsa­ men Leitung eine Stromüberwachungsschaltung vorgese­ hen ist, die ausgangsseitig mit Einrichtungen zur Abschaltung der Steuersignale verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromüberwachungsschaltung im wesentlichen aus einem Strommeßwiderstand (10) und einer Schwellwertschaltung (31 bis 35) gebildet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (31 bis 35) ein durch Überschreiten eines vorgegebenen Span­ nungsabfalls am Strommeßwiderstand (10) bewirktes Ausgangssignal bis zum Auftreten eines Rücksetzsig­ nals speichert.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (31 bis 35) von einem mitgekoppelten Differenzverstärker (31) gebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitkopplung über eine Diode (35) erfolgt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem nichtinver­ tierenden Eingang des Differenzverstärkers (31) die am Strommeßwiderstand (10) abfallende Spannung zuführbar ist und daß der invertierende Eingang über einen Spannungsteiler (32, 33) mit einer Vergleichs­ spannung beaufschlagbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang des Differenzverstärkers (31) ferner über eine Reihen­ schaltung aus einem Kondensator (39) und einem Wider­ stand (38) mit einem Eingang (15) für eines der Steuersignale verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ein­ gängen (12 bis 15) für die Steuersignale und Steuer­ elektroden der Halbleiterschalter (5 bis 8) jeweils ein Widerstand (16 bis 19) geschaltet ist und daß die Steuerelektroden der Halbleiterschalter über je eine Diode (25 bis 28) mit Hilfe eines Transistors (29) mit festem Potential verbindbar sind und daß der Transistor (29) von der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (31) steuerbar ist.