DE60034709T2 - Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher mit variabel Antriebs- und Start-Energieversorgung - Google Patents

Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher mit variabel Antriebs- und Start-Energieversorgung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher, die dessen Betriebs-Ansprechcharakteristik durch Entladen von typischerweise in einem Kondensator akkumulierter elektrischer Energie beschleunigt. Die vorliegende Erfindung kann auf ein elektromagnetisches Ventil zum Einspritzen von Kraftstoff angewandt werden, um das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils zu verbessern.
  • Es wurde vorgeschlagen, das Öffnungsansprechen eines elektromagnetischen Ventils derart zu beschleunigen, dass in einem Kondensator akkumulierte Energie unter Verwendung einer Spannungsanhebeschaltung, wie einem Gleichspannungswandler, zum Antrieb des elektromagnetischen Ventils entladen wird. Energie wird in den Kondensator akkumuliert, um durch das elektromagnetische Ventil hindurchgeführt zu werden. Diese herkömmliche Technik ist in dem US-Patent Nr. 5,907,466 ( JP-A-9-115727 ), dem US-Patent Nr. 4,604,675 ( JP-B2-7-78374 ) und dem US-Patent Nr. 5,532, 526 ( JP-Patent 2598595 ) offenbart.
  • Zusätzlich wurde in den letzten Jahren vorgeschlagen, eine weitere Einspritzung mit einem Zeitverlauf, die sich von den Zeitverläufen der herkömmlichen Einspritzungen unterscheidet, als eine Lösung zur Verringerung der Abgasemissionen zu erreichen. Bei einer derartigen anderen Einspritzung kann es sich um Einspritzungen (mehrstufige Einspritzungen), bei denen es sich nicht um normale Pilot- und Haupteinspritzungen handelt, d.h., Mehrfacheinspritzungen vor und nach den Pilot- und Haupteinspritzungen, die unter der Einspritzsteuerung in einer Dieselbrennkraftmaschine ausgeführt werden. Alternativ dazu kann es sich bei einer derartigen anderen Einspritzung um eine Einspritzung handeln, die im Verlauf einer Einspritzung eines anderen Zylinders in einem Mehrfachzylinder-Einspritzsystem ausgeführt wird.
  • In mehrstufige Einspritzungen oder Mehrzylinder-Einspritzungen, bei denen eine Vielzahl von Zylindern involviert ist, werden Einspritzungen mit unterschiedlichen Einspritzperioden zu unterschiedlichen Intervallen während einer kurzen Zeitdauer, wie der Zeitdauer eines Verbrennungsprozesses, ausgeführt, und zusätzlich variiert ebenfalls die Anzahl der in den Einspritzungen involvierten Zylinder. Um derartige Erfordernisse zu erfüllen, wird in einer in der JP-A-10-205380 offenbarten Vorrichtung ein Kondensator verwendet, um vorab Energie in einer Größe zu akkumulieren, die groß genug zur Bewältigung einer Vielzahl von Einspritzungen ist. Während einer Zeitdauer zwischen dem Start einer Einspritzung und einem Ereignis, zu dem die Spannung des Kondensators auf einem Pegel unterhalb eines vorbestimmten elektrischen Potenzials abfällt, wird Energie aus dem Kondensator dem elektromagnetischen Ventil zugeführt.
  • Jedoch kann diese Vorrichtung nicht gewährleisten, dass Energie in einer gewünschten Größe in dem Kondensator akkumuliert wird. Das heißt, dass sie in dem Kondensator vor dem Start einer Einspritzung akkumulierte Energiemenge einschließlich der aus dem elektromagnetischen Ventil wiedergewonnenen Energie von Einspritzung zu Einspritzung variiert, so dass eine an dem Kondensator vor einer Einspritzung auftretende Spannung ebenfalls von Einspritzung zu Einspritzung variiert. Somit variieren bei der herkömmlichen Technik der Zufuhr von Energie aus dem Kondensator zu dem elektromagnetischen Ventil während einer Zeitdauer zwischen dem Start einer Einspritzung und einem Ereignis, zu dem die Spannung des Kondensators auf einen Pegel unterhalb eines vorbestimmten elektrischen Potenzials abfällt, die Energiemenge und die Geschwindigkeit der Zufuhr der Energie aus dem Kondensator zu dem elektromagnetischen Ventil entsprechend der Spannung des Kondensators, die beim Start einer Einspritzung auftritt. Als Ergebnis versagt die herkömmliche Vorrichtung, einen gleichförmigen Öffnungsgrad des elektromagnetischen Ventils und eine gleichförmige Einspritzcharakteristik davon zu gewährleisten. Somit wird das elektromagnetische Ventil nicht zum Betrieb in einer stabilen Weise angetrieben.
  • Es ist daher eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, einen stabilen Betrieb eines elektrischen Verbrauchers zu gewährleisten, der durch eine Vorrichtung unter Verwendung von in einer Energie-Akkumulationsvorrichtung, wie einem Kondensator, akkumulierten Energie angetrieben wird.
  • Die Druckschrift US 5 717 562 offenbart eine Steuerungsvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher, wie in der Präambel des Anspruchs 1 beschrieben ist. Insbesondere offenbart Druckschrift 1 eine Solenoid-Injektor-Antriebsschaltung mit einem Kondensator zum Akkumulieren von Energie, die einer Solenoidspule zuzuführen ist. Ein so genannter Hochspannungsauswahlschalter ist zum Zuführen von Energie an den Kondensator bereitgestellt. Darüber hinaus ist ein Stromsensor bereitgestellt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen stabilen Betrieb eines elektrischen Verbrauchers zu gewährleisten, der durch eine Vorrichtung unter Verwendung von in einer Energie-Akkumulationsvorrichtung, wie einem Kondensator, akkumulierten Energie angetrieben wird.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Steuerungsvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher gelöst, wie diese in Patentanspruch 1 dargelegt ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
  • 1 ein Schaltbild einer Injektorsteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 2 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 3 ein Schaltbild einer Entladungssteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 4 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellen,
  • 5 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen,
  • 6 ein Schaltbild, das eine Entladungssteuerungsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 7 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 8 ein Schaltbild einer Entladungssteuerungsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • 9 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 10 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 11 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel bei Abfallen einer Spannung einer Batterie veranschaulichen,
  • 12 ein Schaltbild, das eine Entladungssteuerungsschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
  • 13 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 14 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Spannung eines Kondensators am Ende einer Einspritzung und einer Ventilschließzeit eines Injektorstroms I gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 15 Zeitverläufe, die einen Strom eines Injektors und die Spannung des Kondensators am Ende einer Einspritzung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
  • 16 einen Graphen, der Experimentergebnisse darstellt, die eine Beziehung zwischen der Kondensatorspannung und einer Kraftstoffeinspritzmenge angeben,
  • 17 einen Graphen, der Experimentergebnisse zeigt, die eine Beziehung zwischen der Kondensatorspannung und einer Ventilschließzeit angeben,
  • 18 ein Schaltbild, das eine Injektorsteuerungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • 19 Zeitverläufe, die einen Betrieb gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel veranschaulichen, und
  • 20 ein Schaltbild, das eine Injektorsteuerungsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • Die vorliegende Erfindung ist nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf eine Vielzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben, in denen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Teile bezeichnen. Die nachstehenden Ausführungsbeispiele sind als Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Vierzylinder-Dieselbrennkraftmaschine für ein Fahrzeug implementiert. Hochdruckkraftstoff, das innerhalb eines Common-Rail in dem Kraftstoffeinspritzungssystem akkumuliert ist, wird jedem der Zylinder der Dieselbrennkraftmaschine durch Einspritzung zugeführt, das als Ergebnis des Treibens des Injektorstroms in einem Kraftstoffverbrennungsprozess gemäß diesen Ausführungsbeispielen ausgeführt wird, wobei mehrstufige Einspritzungen zur Durchführung eines Betriebs zum mehrfachen Einspritzen von Kraftstoff in Zylinder und Mehrzylinder-Einspritzungen zur Durchführung von Einspritzungen von Kraftstoff durch gleichzeitiges Antreiben von zwei Injektoren ausgeführt werden.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • In 1 ist eine Injektorsteuerungsvorrichtung gezeigt, die einen Injektor 101 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder einer (nicht gezeigten) Dieselbrennkraftmaschine aufweist. Im Fall einer Mehrfach-Zylinderbrennkraftmaschine ist für jeden Zylinder ein Injektor 101 vorgesehen. Die Vorrichtung weist eine EDU (elektrische Treibereinheit) 100 zum Antrieb des Injektors 101 und eine ECU (elektronische Steuerungseinheit) 200 auf, die mit der EDU 100 verbunden ist. Die ECU 200 weist einen bekannten Mikrocomputer mit, unter anderem Komponenten, einer CPU (Zentralverarbeitungseinheit) und einer Vielzahl von Speichern (RAM, ROM und dergleichen) auf. Die ECU 200 erzeugt ein Einspritzsignal (Injektionssignal) für jeden Injektor 101 und gibt das Signal zu der EDU 100 aus. Die Erzeugung der Einspritzsignale beruht auf Informationen bezüglich des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, der durch eine Vielzahl von Sensoren ausgegeben wird. Die Informationen umfassen eine Maschinendrehzahl Ne, eine Gaspedalposition ACC und eine Kühltemperatur THW der Brennkraftmaschine.
  • Der Injektor 101 ist ein elektromagnetisches Ventil einer normalerweise geschlossenen Bauart. Der Injektor 101 weist ein Solenoid (Elektromagnet) 101a auf, bei dem es sich um einen elektrischen Verbraucher handelt. Wenn elektrischer Strom durch den Solenoiden 101a fließt, widersetzt sich ein (nicht gezeigter) Ventilkörper der Vorspannkraft einer (nicht gezeigten) Rückholfeder, wobei er sich zu einer geöffneten Ventilposition bewegt, so dass Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn der durch den Solenoiden 101a fließende Strom abgeschaltet wird, kehrt demgegenüber der Ventilkörper zu seiner ursprünglichen geschlossenen Ventilposition zurück, wodurch die Einspritzung des Kraftstoffs angehalten wird.
  • Ein Ende einer Induktivität L00 ist mit einer Energieversorgungsleitung +B einer (nicht gezeigten) Batterie verbunden, die als an dem Fahrzeug angebrachte Energieversorgung dient (12 V). Das andere Ende der Induktivität L00 ist mit einem Transistor T00 verbunden, der als Schalteinrichtung verwendet wird. Der Gate-Anschluss des Transistors T00 ist mit einer Ladungssteuerungsschaltung (CC) 110 verbunden. Der Transistor T00 wird entsprechend einem aus der Ladungssteuerungsschaltung 110 ausgegebenen Signal ein- und ausgeschaltet. Die Ladungssteuerungsschaltung 110 wendet eine Oszillationsschaltung der Selbsterregungsbauart an. Der Transistor T00 ist über einen Stromerfassungswiderstand R00 mit Masse verbunden.
  • Eine Verbindung zwischen der Induktivität L00 und dem Transistor T00 ist mit einem Ende eines Kondensators C10, das als Energie-Akkumulationseinrichtung dient, über eine Diode D13 verbunden, die zum Blockieren eines Rückstroms verwendet wird. Das andere ende des Kondensators C10 ist mit einer Verbindung zwischen dem Transistor T00 und dem Widerstand R00 verbunden. Somit ist der Kondensator C10 im Potential stets versetzt (Offset), um eine vorbestimmte elektrische Entladung aufzuweisen.
  • Die Induktivität L00, der Transistor T00, der Ladungsstromerfassungswiderstand R00, die Ladungssteuerungsschaltung 110 und die Diode D13 bilden eine Gleichspannungswandlerschaltung 50, die als Spannungsanhebungs- oder Boostervorrichtung dient. Durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des Transistors T00 kann der Kondensator C10 elektrisch durch die Diode D13 geladen werden. Als Ergebnis kann der Kondensator C10 elektrisch auf eine Spannung geladen werden, die höher als die Spannung (12 V) der Energieversorgungsleitung +B der Batterie ist. Der Ladungsstromerfassungswiderstand R00 überwacht den durch den Transistor T00 fließenden Strom. Das Ergebnis der Überwachung wird zu der Ladungssteuerungsschaltung 110 zurückgeführt, die den Transistor T00 ein- und ausschaltet. Auf diese Weise wird der Kondensator C10 elektrisch während gesteuerter Zeitdauern mit einem hohen Wirkungsgrad geladen.
  • Ein Treiber-IC 120 empfängt ein Einspritzsignal #1 des Zylinders #1, d.h., des ersten Zylinders aus der ECU 200. Ein Transistor T12 wird zeitweilig während der Umkehrung des Einspritzsignals #1 von einem ausgeschalteten Zustand (niedrigem Pegel) zu einem eingeschalteten Zustand (hohem Pegel) eingeschaltet, wodurch elektrische Energie, die in dem Kondensator C10 akkumuliert ist, dem Injektor 101 in einer elektrischen Entladung zugeführt wird. Insbesondere ist der Transistor T12 zwischen dem Kondensator C10 und einem gemeinsamen Anschluss COM1 vorgesehen.
  • Wenn der Transistor T12 durch das Treiber-IC 120 eingeschaltet wird, wird die in dem Kondensator C10 akkumulierte Energie dem Injektor 101 durch den gemeinsamen Anschluss COM1 zugeführt. Durch Entladen von Energie aus dem Kondensator C10 auf diese Weise fließt ein großer Strom durch den Injektor 101 als ein Strom zum Antrieb des Injektors 101.
  • Das Ende des Injektors 101 auf Potenzial ist mit einem Transistor T10 über einen Anschluss INJ1 der Treiberschaltung 100 verbunden. Wenn das aus der ECU 200 empfangene Einspritzsignal #1 auf den hohen Pegel eingestellt ist, wird der Transistor T10 eingeschaltet. Der Transistor T10 ist durch einen Injektorstrom-Erfassungswiderstand R10 mit Masse verbunden, der einen Injektorstrom I erfasst, der durch den in dem Injektor 101 angewendeten Solenoiden 101a fließt. Das Ergebnis der Erfassung wird zu dem Treiber-IC 120 zurückgeführt.
  • Der gemeinsame Anschluss COM1 ist ebenfalls mit der Energieversorgungsleitung B+ der Batterie durch eine Diode D11 und einen Transistor T11 verbunden. Das Treiber-IC 120 schaltet den Transistor T11 entsprechend der Größe des erfassten Injektorstroms ein und aus, der durch den in dem Injektor 101 angewendeten Solenoiden 101a fließt, so dass ein konstanter Strom dem Injektor 101 aus der Energieversorgungsleitung +B zugeführt wird. Eine Diode D12 dient als Rückkopplungsdiode. Insbesondere wird, wenn der Transistor T11 ausgeschaltet wird, der durch den in dem Injektor 101 angewendeten Solenoiden 101a fließenden Strom durch die Diode D12 zurückgeführt.
  • Im tatsächlichen Betrieb wird zunächst der Transistor T12 an der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals eingeschaltet, das als Antriebsbefehl dient. Gleichzeitig wird Energie aus dem Kondensator C10 entladen, wodurch ein großer Strom aus dem Kondensator C10 zu dem Injektor 101 als der Strom zum Antrieb des Injektors 101 fließen gelassen wird. Dann wird der Antriebstrom abgeschaltet, jedoch wird ein fester Strom durch den Transistor T11 zugeführt. Es sei bemerkt, dass die Diode D11 verhindert, dass der Strom zu der Energieversorgungsleitung +B aus dem Anschluss COM1 fließt, der auf ein hohes elektrisches Potenzial angehoben wird, wenn die Energie aus dem Kondensator C10 entladen wird.
  • Der gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewandte Kondensator C10 ist in der Lage, vorab Energie zu speichern, die zum mehrfachen Öffnen des Ventils erforderlich ist. Insbesondere weist der Kondensator C10 eine hohe Spannung im vollständig geladenen Zustand oder eine große Kapazität auf.
  • Das Treiber-IC 120 weist eine Entladungssteuerungsschaltung 121 zur Steuerung des Zeitverlaufs zur Zufuhr von Energie zu dem Injektor 101 zum Öffnen des Ventils auf, wie es später beschrieben ist. Insbesondere überwacht die Entladungssteuerungsschaltung 121 die Spannung Vc des Kondensators C10 und steuert den Transistor T12 zum ein- und ausschalten entsprechend der Spannung Vc des Kondensators C10.
  • Der in dem Injektor 101 angewandte Solenoid 101a, das mit dem Anschluss INJ1 verdrahtet ist, ist mit dem Kondensator C10 über eine Diode D10 verbunden. Wenn der Injektorstrom abgeschaltet wird, wird eine Rücklaufenergie, d.h., Energie einer gegenelektromotorischen Kraft des Solenoiden 101a in dem Kondensator C10 über die Diode D10 wiedergewonnen.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeitet der Transistor T10 als erste Energiezufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Energie der Batterieenergieversorgung zu dem Solenoid 101a. Demgegenüber arbeitet der Transistor T12 als zweite Energiezufuhrvorrichtung zur Zufuhr von in dem Kondensator C10 akkumulierter Energie zu dem Solenoiden 101a.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird vor einer Einspritzung (Einschalten des Transistors T10 von einem ausgeschalteten Zustand) gemäß 2 der Kondensator C10 vollständig elektrisch geladen. Zu einem Zeitpunkt t1, wenn das Einspritzsignal #1 eingeschaltet wird, um den Transistor T10 einzuschalten, wobei es sich auf den logisch hohen Pegel anhebt, werden die Transistoren T10, T11 und T12 eingeschaltet, um eine Einspritzung durch den Injektor 101 zu starten. Wenn der Transistor T12 eingeschaltet ist, überwacht der Injektorstrom-Erfassungswiderstand R10 den dadurchfließenden Injektorstrom I. Wenn die Größe des erfassten Injektorstroms I einen vorbestimmten Abschaltpegel I0 zu einem Zeitpunkt t3 erreicht, wird der Transistor T12 ausgeschaltet. Dies liegt daran, dass berücksichtigt wird, dass eine für eine Einspritzung erforderliche vorbestimmte Energie aus dem Kondensator C10 entladen worden ist.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Transistor T12 lediglich während einer gewissen Zeitdauer (Periode) am Beginn des Einspritzens zum Entladen von in dem Kondensator C10 akkumulierter Energie zu dem Injektor 101 eingeschaltet. Auf diese Weise fließt ein großer Strom durch den Solenoiden 101a des Injektors 101, wodurch das Ventilöffnungsansprechen des Injektors 101 beschleunigt wird.
  • Dabei arbeitet die Entladungssteuerungsschaltung 121 gemäß 1, wie nachstehend beschrieben.
  • Zunächst wird der Zeitverlauf zum Starten der elektrischen Entladung in Abhängigkeit von der Spannung Vc des Kondensators C10 gesteuert, wie es in 2 gezeigt ist. Insbesondere wird, je höher die Spannung Vc des Kondensators C10 ist, um so länger die Zeit, um die der Ein-Zeitverlauf des Transistors T12, d.h., der Start der Stromführung von der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 verzögert wird, um aus dem Kondensator C10 entladene Energie dem Injektor 101 mit einem optimalen Zeitverlauf zuzuführen. Das heißt, dass, je höher der Pegel der akkumulierten Energie ist, um so länger die Zeit ist, um die der Start der Zeitdauer (Periode) zur Zufuhr der Energie oder der Zeitverlauf zum Starten des Betriebs des Solenoiden 101 von der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 verzögert wird. In 2 bezeichnet τ die Dauer einer Zeit, um die der Einschalt-Zeitpunkt des Transistors T12 zu verzögern ist. Die Größe der Verzögerung τ hängt von der Spannung Vc des Kondensators C10 ab, wie es aus einem Vergleich von (a) und (b) in 2 hervorgeht. Die Verzögerung τ kann leicht durch Vergleich einer Rampenspannung einer Spannung, die bei der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 startet, mit der Spannung Vc des Kondensators C10 mittels eines Komparators bestimmt werden.
  • Insbesondere weist die Entladungssteuerungsschaltung 121 eine Schaltung gemäß 3 auf. Diese Schaltung weist eine Rampenschaltung 300 und einen Komparator 301 auf. Die Rampenschaltung 300 weist einen Kondensator 302 auf. Ein eingegebenes Einspritzsignal lädt den Kondensator 302 elektrisch mit einer festen Spannung VDD, die als Quelle der elektrischen Ladung verwendet wird. In einem Kondensator 302 auftretende Spannung erzeugt eine Rampenspannung als Ergebnis des elektrischen Ladungsvorgangs. Dem Komparator 301 wird die Spannung Vc des Kondensators C10 und diese aus der Rampenschaltung 300 ausgegebene Rampenspannung zugeführt. Der Ausgangsanschluss des Komparators 301 ist mit dem Transistor T12 verbunden.
  • Der Komparator 301 vergleicht die Spannung Vc des Kondensators C10 mit der von der Rampenschaltung 300 ausgegebenen Rampenspannung. Die Zeit, die es benötigt, dass die von der Rampenschaltung 300 abgegebene Rampenspannung die Spannung Vc des Kondensators C10 erreicht, ist die Verzögerungszeit τ. Wenn die von der Rampenschaltung 300 abgegebene Rampenspannung die Spannung Vc des Kondensators C10 zu einem Zeitpunkt t10 gemäß 4 erreicht, wird ein Signal zum Einschalten des Transistors T12 erzeugt.
  • Wie es in 4 gezeigt ist, wird zu einem Zeitpunkt t1 oder bei einer ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 von dem ausgeschalteten Zustand zu dem eingeschalteten Zustand der Transistor T11 eingeschaltet, um den Start des Stromflusses von der Energieversorgungsleitung +B der Batterie als ein Injektorstrom I zu ermöglichen, wobei im Fall einer niedrigen Spannung Vc des Kondensators C10 gemäß (a) von 2 die Größe einer Verzögerungszeit τ derart klein ist, dass der Transistor T12 durch die Entladungssteuerungsschaltung 121 zum Starten der Stromführung fast zur selben Zeit angesteuert wird, wie die ansteigende Flanke des Einspritzsignals #1 von dem ausgeschalteten Zustand zu dem eingeschalteten Zustand wechselt. Als Ergebnis fließt kein Strom durch den Transistor T11. Dann steigt der durch die elektrische Entladung im Zusammenhang mit dem Leiten des Transistors T12 verursachte Injektorstrom scharf an, wird jedoch zu einem Zeitpunkt t3 abgeschaltet, wenn der Strom I den vorbestimmten Ausschaltstromwert I0 erreicht, indem der Transistor T12 ausgeschaltet wird. Indem die elektrische Entladung des Kondensators C10 auf diese Weise beendet wird, kann Energie zum Öffnen des Ventils des Injektors 101 mit einem hohen Wirkungsgrad aufgewandt werden.
  • Im Fall einer hohen Spannung Vc des Kondensators C10, wie es in (b) von 2 gezeigt ist, ist demgegenüber die Größe der Verzögerungszeit τ so lang, dass der Transistor T12 durch die Entladungssteuerungsschaltung 121 zum Starten des Leitens eines Stroms angesteuert wird, nachdem eine relativ lange Zeit seit der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 von dem ausgeschalteten Zustand auf den eingeschalteten Zustand verstrichen ist. Da der Transistor T11 an der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 von dem ausgeschalteten Zustand auf den eingeschalteten Zustand eingeschaltet wird, beginnt jedoch der Stromfluss durch diesen Transistor T11 aus der Energieversorgungsleitung +B der Batterie als der Injektorstrom I. Dann wird der Transistor T12 zu dem Zeitpunkt t2 eingeschaltet, wodurch bewirkt wird, dass der der elektrischen Entladung zugehörige Injektorstrom I im Zusammenhang mit der Leitung des Transistors T12 scharf ansteigt. Jedoch wird der Transistor T12 zur Beendigung der elektrischen Entladung zu einem Zeitpunkt t3' ausgeschaltet, wenn der Injektorstrom I den vorbestimmten Stromwert I0 erreicht. In diesem Fall steigt der Injektorstrom schärfer als bei der niedrigen Spannung Vc an, da die Spannung Vc des Kondensators C10 hoch ist.
  • Da der Zeitverlauf zur Zufuhr der Energie durch die Entladungssteuerungsschaltung 121 verzögert wird, wird die Energie zum Öffnen des Ventils des Injektors 101 mit einem hohen Wirkungsgrad zugeführt. Zusätzlich kann das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils in stabiler Weise beschleunigt werden, ohne dass ein Abfall des Injektorstroms am Ende der elektrischen Entladung verursacht wird.
  • Nachdem Energie aus dem Kondensator C10 entladen worden ist, d.h., nachdem der Vorgang zur Zufuhr von Energie auf diese Weise beendet worden ist, wird der Transistor T11 darauf folgend zum abwechselnden Ein- und Ausschalten gesteuert, wodurch ein konstanter Strom durch den in dem Injektor 101 angewandten Solenoiden 101a mittels der Diode D11 fließt. Das heißt, dass das Treiber-IC 120 den Transistor T11 entsprechend der Größe des durch den Injektorstrom-Erfassungswiderstand R10 erfassten Ansteuerungsstroms (oder des Injektorstroms I) ein- und ausschaltet, um den Antriebstrom auf einem vorbestimmten Wert beizubehalten. Als Ergebnis wird das Ventil des Injektors 101 in einem geöffneten Zustand beibehalten.
  • Wenn später das Einspritzsignal #1 ausgeschaltet wird, wird der Transistor T10 ebenfalls ausgeschaltet, um das Ventil des Injektors 101 zu schließen, um somit das Einspritzen durch den Injektor 101 zu beenden. Wenn der Injektorstrom I des Injektors 101 abgeschaltet wird, wird Energie einer gegenelektromotorischen Kraft zu dem Kondensator C10 über die Diode D10 zurückgeführt.
  • Danach wird der Betrieb zum Ein- und Ausschalten des Transistors T00 gestartet, um elektrisch den Kondensator C10 über die Gleichspannungswandlerschaltung 50 zu laden. Es sei bemerkt, dass zur Stabilisierung des aus dem Kondensator C10 entladenen Stroms der elektrische Ladungsvorgang durch die Gleichspannungswandlerschaltung 50 unterbunden wird, während der Transistor T12 leitet.
  • Danach werden Einspritzungen auf der Grundlage des Injektorstroms aufeinander folgend zur Durchführung von mehrstufigen Einspritzungen oder Mehrzylinder-Einspritzungen durchgeführt.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist das erste Ausführungsbeispiel die nachstehenden Eigenschaften auf.
  • Die Entladungssteuerungsschaltung 121 versorgt den Solenoiden 101a mit Energie zur Beschleunigung des Betriebsansprechens des Solenoiden 101a zu einem Zeitverlauf, der von einem durch die Spannung Vc des Kondensators C10 wiedergegebenen Energieakkumulationspegel abhängt. Das heißt, dass die Entladungssteuerungsschaltung 121 den Solenoiden 101a mit Energie lediglich während einer Betriebsperiode des Solenoiden 101a versorgt, und zur Beschleunigung eines Betriebsansprechens des Solenoiden 101a wird die Energie dem Solenoiden 101a zu einem Zeitverlauf zugeführt, der von dem durch die Spannung Vc des Kondensators C10 wiedergegebenen Energie-Akkumulationspegel abhängt.
  • Durch Steuerung des Zeitverlaufs der Zufuhr von aus dem Kondensator C10 entladener Energie zu dem Injektor 101 entsprechend dem elektrischen Ladungszustand des Kondensators C10 (d.h. der Spannung Vc des Kondensators C10) auf diese Weise kann das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils beschleunigt und stabilisiert werden. Als Ergebnis kann ein stabiler Betrieb des Injektors 101 oder des Solenoiden 101a gewährleistet werden, selbst wenn Energie häufig aufgewandt wird.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann anstelle der Verzögerung des Einschaltzeitverlaufs des Transistors T12 auf der Grundlage der Kondensatorspannung Vc zur Steuerung des Injektorstroms I beim Starten des Einspritzens der Transistor T12 im Tastverhältnis gesteuert werden, um den Injektorstrom beim Starten des Einspritzens zu steuern. Alternativ kann der Transistor T12 in seinem linearen Betriebsbereich durch Variieren der Gate-Spannung angesteuert werden, um den Injektorstrom beim Starten des Einspritzens zu steuern.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 5, 6 und 7 dargestellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird bei der Steuerung des Zeitverlaufs zur Beendigung der elektrischen Entladung entsprechend der Spannung Vc des Kondensators C10 der Abschaltstrom I0 auf eine derartige Größe eingestellt, dass, je höher die Spannung Vc des Kondensators C10 wird, um so größer die Größe wird. Wie es in 5 gezeigt ist, ist der Abschaltstrom I02 für die höhere Kondensatorspannung Vc (wie es in (b) von 5 gezeigt ist) derart eingestellt, dass er größer als der Abschaltstrom I01 für die niedrigere Kondensatorspannung Vc ist (wie es in (a) von 5 gezeigt ist).
  • Zusätzlich wird der Zeitverlauf zum Ausschalten des Transistors T12 weiter um eine vorbestimmte Zeitdauer T0 verzögert. Insbesondere wird die in dem Kondensator C10 akkumulierte Energie dem Solenoiden 101a zum Starten des Betriebs des Solenoiden 101a zuführt, und, wenn der Solenoiden 101a fließende Injektorstrom I den vorbestimmten Pegel des Abschaltstroms I0 erreicht, wird die Energieversorgung zu dem Solenoiden 101a nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit seit der Erfassung des Ereignisses abgeschaltet, zu dem der durch den Solenoiden 101a fließenden Injektorstrom den vorbestimmten Pegel des Abschaltstroms I0 erreicht, wobei der Pegel des Abschaltstroms I0 um so höher ist, je höher die Spannung Vc des Kondensators C10 ist. Durch Verzögerung des Zeitverlaufs zur Beendigung der elektrischen Entladung auf diese Weise kann die Zufuhr von Energie durch die elektrische Entladung so lange aufrechterhalten werden, wie die Energie erforderlich ist.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Entladungssteuerungsschaltung 121 wie in 6 gezeigt aufgebaut. Die Entladungsschaltung 121 weist eine Nacheil-Flankenverzögerungsschaltung 400 (Schaltung zur Verzögerung einer abfallenden Flanke) sowie einen Komparator 401 auf. Der Komparator 401 vergleicht eine Spannung, die den durch den Injektor 101 fließenden Injektorstrom I wiedergibt, mit einer Vergleichsspannung, die von einem Spannungsteiler mit zwei miteinander in Reihe geschalteten Widerständen R40 und R41 ausgegeben wird. Die Vergleichsspannung gibt den Pegel des Abschaltstroms I0 wieder. Da die Spannung Vc des Kondensators C10 an die Reihenschaltung mit den Widerständen R40 und R41 angelegt wird, ist der Pegel des durch die Vergleichsspannung wiedergegebenen Abschaltstroms I0 proportional zu der Spannung Vc. Der Ausgangsanschluss des Komparators 401 ist mit der Nacheil-Flankenverzögerungsschaltung 400 über ein Gatter 402 verbunden. Der Ausgangsanschluss der Nacheil-Flankenverzögerungsschaltung 401 ist mit dem Transistor T12 verbunden. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das Einspritzsignal #1 eingeschaltet wird, wird durch das von dem Komparator 401 ausgegebene Vergleichsergebnis der Transistor T12 durch die Nacheil-Flankenverzögerungsschaltung 400 eingeschaltet. Als Ergebnis wird der Transistor T12 ausgeschaltet, nachdem die feste Verzögerungszeit T0 verstrichen ist, seit der Injektorstrom den Pegel des Abschaltstroms I0 erreicht hat.
  • Wie es in (b) von 5 gezeigt ist, ist die ansteigende Flanke des Injektorstroms I um so abrupter, je höher die Spannung Vc des Kondensators C10 ist. Jedoch ist, je abrupter die ansteigende Flanke des Injektorstroms ist, der Pegel des Abschaltstroms I0 umso höher. Bei einer hohen Spannung Vc tendiert die abrupte ansteigende Flanke des Injektorstroms I dazu, die Beendigung der Zufuhr der akkumulierten Energie aufgrund der elektrischen Entladung des Kondensators C10 zu beschleunigen. Als Ergebnis kann das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils in einer stabilen Weise ohne einen Stromabfall nach der elektrischen Entladung beschleunigt werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Abschaltstromwert I0 ebenfalls in dem Fall einer hohen Spannung Vc des Kondensators Vc angehoben, und die Zufuhr der Energie wird beendet, nachdem die feste Zeitdauer T0 seit der Erfassung eines Ereignisses verstrichen ist, zu dem der Injektorstrom I den Pegel des Abschaltstroms I0 erreicht. Es sei jedoch bemerkt, dass es ebenfalls möglich ist, die Energiezufuhr zu beenden, sobald der Injektorstrom I den Pegel des Abschaltstroms I0 erreicht hat, ohne dass die Zeitverzögerung T0 nach der Erfassung eines Ereignisses bereitgestellt wird, indem der Injektorstrom I den Pegel des Abschaltstroms I0 erreicht.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden Variationen in der Spannung der Energieversorgungsleitung +B der Batterie trotz der Tatsache nicht berücksichtigt, dass die Spannung in einigen Fällen sich verringert. Das heißt, dass in dem Fall einer hohen Spannung, die an der Energieversorgungsleitung +B der Batterie gemäß (a) von 11 auftritt, das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils beschleunigt werden kann, da bei der elektrischen Entladung des Kondensators C10 in einem Vorgang zum Öffnen des Ventils dem Injektor 101 Energie mit einem hohen Wirkungsgrad zugeführt wird.
  • Demgegenüber steigt in dem Fall, dass eine niedrige Spannung auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftritt, wie es in (b) von 11 gezeigt ist, der Injektorstrom I allmählicher an, wodurch der Zeitverlauf zur Zufuhr der Energie auf einen späteren Zeitpunkt verschoben wird. Somit wird Energie nicht mit einem hohen Wirkungsgrad zugeführt. Als Ergebnis ist das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils unzureichend, und fällt der Injektorstrom I am Ende der elektrischen Entladung ab. Folglich ist es sehr gut möglich, dass der geöffnete Zustand des elektromagnetischen Ventils nicht beibehalten werden kann, und daher eine gewünschte Einspritzmenge nicht erhalten werden kann.
  • Daher ist gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Entladungssteuerungsschaltung 121 wie in 8 gezeigt aufgebaut, um den in 9 gezeigten Betrieb zu erzielen. Wie es in 9 gezeigt ist, ist, je niedriger die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist, die Zeitdauer um so länger, um die die Leitung des Transistors T12 verzögert wird, d.h., um die die in dem Kondensator C10 akkumulierte Energie dem Solenoiden 101a zugeführt wird. Dies liegt daran, dass die in 8 gezeigte Entladungssteuerungsschaltung 121 Energie zur Beschleunigung des Betriebsansprechens des Solenoiden 101a den Solenoiden 101a zuführt. Das heißt, dass, je geringer die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist, die Zeitdauer um so länger ist, um die die Zufuhr der Energie zum Solenoiden 101a verzögert wird.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die in 1 gezeigte ECU 200 aufgebaut, um die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung zu überwachen und ein Einspritzsignal #1' anstelle des Einspritzsignals #1 zu erzeugen. Dies dient als Referenzpunkt zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils mit einem derartigen Zeitverlauf, dass, je geringer die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist, der Zeitpunkt um so früher wird, zu dem das Einspritzsignal #1' erzeugt wird, so dass die Transistoren T10 und T11 ebenfalls zum Start des Betriebs des Solenoiden 101a zu einem früheren Zeitpunkt eingeschaltet werden. Das heißt, dass, je geringer die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist, desto früher der Zeitpunkt ist, zu dem die ECU 200 den Zeitverlauf zum Starten des Betriebs des Solenoiden 101a beschleunigt. Das heißt, dass sowohl die ECU 200 als auch das Treiber-IC 120 die Transistoren T10, T11 und T12 steuern, um die charakteristischen Operationen gemäß dem Ausführungsbeispiel zu implementieren.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird daher ein Kondensator 302 der Rampenschaltung 300 gemäß 8 elektrisch durch die Energieversorgungsleitung +B der Batterie geladen. Der Gradient der Rampenspannung wird durch die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden Spannung bestimmt, wie es in 9 gezeigt ist. Insbesondere ist der Gradient der Rampenspannung um so flacher, je niedriger die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist.
  • Durch Aufbau der Rampenschaltung 300, wie es in 8 gezeigt ist, wird der Einschaltvorgang oder der Start des Leitens des Transistors T12 von der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 durch Vergleich der Rampenspannung mit die Spannung Vc des Kondensators C10 durch den Komparator 301 verzögert. Da der Gradient der Rampenspannung um so flacher ist, je niedriger die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist, ist, desto niedriger die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung ist, die Zeitdauer um so länger, um die die Operation oder der Start des Leitens des Transistors T12 von der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 verzögert wird. Durch Steuerung des Zeitverlaufs zum Starten der elektrischen Entladung entsprechend der Spannung Vc des Kondensators C10 und der auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden Spannung, wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann Entladungsenergie mit einem optimalen Zeitverlauf bereitgestellt werden.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird zu dem Zeitpunkt t1 gemäß 9 das Einspritzsignal #1 von dem ausgeschalteten Zustand auf den eingeschalteten Zustand geändert, und beginnt der Transistor T11 ebenfalls das Leiten von Energie, so dass der Stromfluss aus der Energieversorgungsleitung +B zu der Batterie als Injektorstrom I beginnt. In dem Fall einer niedrigen Spannung Vc des Kondensators C10 und einer hohen, auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden Spannung startet der Transistor T12 jedoch ebenfalls das Leiten der Energie fast gleichzeitig mit der Änderung des Einspritzsignals #1 von dem ausgeschalteten Zustand zu dem eingeschalteten Zustand. Als Ergebnis fließt tatsächlich kein Strom durch den Transistor T11.
  • Der durch eine elektrische Entladung des Kondensators C10 bewirkte Injektorstrom I, der durch den Einschaltzustand des Transistors T12 ermöglicht ist, steigt scharf an, und das Leiten des Transistors T12 wird dann abgeschaltet, wenn der Injektorstrom einen vorbestimmten Pegel des Abschaltstromwerts I0 erreicht, um das elektrische Laden des Kondensators C10 zu stoppen. Als Ergebnis wird Energie dem Injektor 101 zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils mit einem hohen Wirkungsgrad zugeführt.
  • Im Fall einer hohen Spannung Vc des Kondensators C10 und einer auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden niedrigen Spannung startet demgegenüber, sobald das Einspritzsignal #1 von dem ausgeschalteten Zustand zu dem eingeschalteten Zustand geändert wird, der Transistor T11 das Leiten des Stroms derart, dass der Stromfluss von der Energieversorgungsleitung +B der Batterie als Injektorstrom startet, da die Stromleitung des Transistors T12 verzögert wird.
  • Später steigt der Injektorstrom I, der durch die elektrische Entladung des Kondensators C10 bewirkt wird, die durch den Einschaltzustand des Transistors T12 ermöglicht wird, scharf an, und das Leiten des Transistors T12 wird dann abgeschaltet, wenn der Injektorstrom den vorbestimmten Pegel des Abschaltstromwerts I0 erreicht, um die elektrische Entladung des Kondensators C10 zu stoppen.
  • Die hohe Spannung Vc des Kondensators C10 resultiert in einer teilweise abrupten ansteigenden Flanke des Injektorstroms I. Demgegenüber verzögert die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende niedrige Spannung die Zeit, zu der der Injektorstrom den Pegel des Abschaltstroms erreicht oder den Zeitverlauf zur Zufuhr der Energie von dem Kondensator C10 verzögert. Somit wird Energie dem Injektor 101 zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils mit einem hohen Wirkungsgrad zugeführt. Als Ergebnis kann das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils in stabiler Weise beschleunigt werden, ohne dass ein Abfall des Injektorstroms am Ende der elektrischen Entladung verursacht wird.
  • 10 zeigt einen Prozess zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils, wobei die ansteigende Flanke des Einspritzsignals #1 zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils als Referenz verwendet wird. Insbesondere zeigt 10(a) einen Betrieb in dem Fall einer niedrigen Kondensatorspannung Vc, zeigt (b) einen Betrieb im Fall einer hohen Kondensatorspannung Vc und zeigt (c) einen Betrieb im Fall einer auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden niedrigen Spannung.
  • (a) und (b) von 10 zeigen Prozesse zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils, wobei die ansteigende Flanke des Einspritzsignals #1 als Referenz genommen wird, in dem Fall, dass die Spannung auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie hoch genug für eine konstante Stromsteuerung ist. In dem Fall von (b) wird das Leiten des Transistors T12 von der festen ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 um eine Verzögerungszeit τ 1 verzögert, so dass das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils in stabiler Weise beschleunigt werden kann, ohne dass ein Injektorstromabfall am Ende der elektrischen Entladung selbst für eine hohe Spannung Vc des Kondensators C10 verursacht wird. In dem Fall von (c) wird die Verzögerungszeit τ1 aufgrund der niedrigen Spannung auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie weiter verlängert.
  • Um dieses Problem zu lösen, überwacht die ECU 200 die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung und erzeugt das Einspritzsignal #1', wobei eine ansteigende Flanke, die der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1 um eine Zeitdauer τ 2 vorangeht, die durch den Pegel der auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden Spannung für den Fall bestimmt wird, dass diese Spannung niedrig ist.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Zeitverlauf zur Zufuhr von Energie zu dem Injektor 101 durch die elektrische Entladung des Kondensators C10 entsprechend dem elektrischen Ladungszustand des Kondensators C10 oder der Spannung Vc des Kondensators C10 als auch der auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden Spannung gesteuert. Als Ergebnis kann das Öffnungsansprechen des elektromagnetischen Ventils beschleunigt werden und kann ein stabiler Betrieb des Solenoiden 101a selbst für eine niedrige, auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung gewährleistet werden. Insbesondere ist dies vorteilhaft für einen Fall, in dem der Kondensator C10 mit einer geringen in dem Kondensator C10 akkumulierten Energiemenge elektrisch auf eine hohe Spannung geladen wird.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel steuern die ECU 200 und das Treiber-IC 120 die Transistoren T10, T11 und T12. In diesem Aufbau erzeugt die Entladungssteuerungsschaltung, die wie in 8 gezeigt bereitgestellt ist, eine Zeitverzögerung relativ zu einem durch die ECU 200 erzeugten Signals mittels Hardware. Zur Beibehaltung eines konsistenten Zeitverlaufs zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils für eine niedrige, auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretende Spannung wird das Einspritzsignal durch Software beschleunigt.
  • Es sei jedoch bemerkt, dass als Alternative die ECU 200 zur Steuerung der Transistoren T10, T11 und T12 zur Umsetzung der charakteristischen Operationen gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. In diesem alternativen Aufbau wird die elektrische Ladungsspannung Vc des Kondensators C10 der ECU 200 zugeführt, die einen festen Strom steuert, indem ein Einspritzungsstartsignal früher für einen Abfall der auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftretenden Spannung ausgegeben wird, und erzeugt ein Entladungssignal, das um eine Zeitdauer verzögert ist, die von der Ladungsspannung Vc des Kondensators C10 abhängt.
  • Weiterhin kann das dritte Ausführungsbeispiel derart modifiziert werden, dass der Transistor T12 in einer Tastverhältnissteuerung angesteuert wird oder in einem linearen Betriebsbereich auf der Grundlage der Kondensatorspannung Vc beim Starten des Einspritzens angesteuert wird, wie es in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel bereits beschrieben worden ist.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel ist auf eine Ventilschließzeitsteuerung gerichtet, wohingegen die vorstehend beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispiele auf eine Ventilöffnungszeitsteuerung gerichtet sind. Die Entladungssteuerungsschaltung 121 ist wie in 12 gezeigt aufgebaut.
  • Insbesondere weist, ähnlich wie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (6), die Entladungssteuerungsschaltung 121 einen Komparator 401 auf. Der Komparator 401 vergleicht die Spannung, die den durch den Injektor 101 fließenden Injektorstrom I wiedergibt, mit einer Vergleichsspannung, die durch den Spannungsteiler mit den miteinander in Reihe geschalteten Widerständen R40 und R41. Die Widerstände R40 und R41 sind mit einer Referenzspannung Vcc verbunden. Die Vergleichsspannung stellt den Pegel des Abschaltstroms I0 dar. Der Ausgangsanschluss des Komparators 401 ist mit dem Transistor T12 über das Gatter 402 verbunden. Zu dem Zeitpunkt, wenn das Einspritzsignal #1 angelegt wird, wird durch das von dem Komparator 401 ausgegebene Vergleichsergebnis der Transistor T12 durch das Gatter 402 eingeschaltet.
  • 13 zeigt einen Betrieb in dem Fall von Pilot- und Haupteinspritzung. Vor der in 13 gezeigten Piloteinspritzung wird der Kondensator C10 elektrisch durch die Ladungssteuerungsschaltung 110 auf den vollständig geladenen Zustand aufgeladen. Nachdem die zur Beschleunigung des Öffnungsansprechens des elektromagnetischen Ventils erforderliche Energie entladen worden ist, fällt die Spannung von dem vollständig geladenen Zustand auf eine Spannung ab, die nicht niedriger als ein vorbestimmter Pegel der Versatzspannung ist, die zum Verbleib in dem Kondensator C10 eingestellt ist. Die Versatzspannung ist auf einen derartigen vorbestimmten Pegel eingestellt, dass die Ventilschließzeit Tcl gemäß 13 innerhalb eines zulässigen Bereichs eingeschränkt wird. Dieser Versatz wird bereitgestellt, indem die Kapazität des Kondensators C10 als groß genug bestimmt wird. Die Ventilschließzeit Tcl ist eine Schaltzeit des Ventils von einem geöffneten Zustand zu einem geschlossenen Zustand. Genauer ist die Ventilschließzeit Tcl eine Zeit, die für das Ventil zum Schalten von dessen Betriebszustand von einem geöffneten Zustand zu einem geschlossenen Zustand beim Ausschalten des Solenoiden erforderlich ist, d.h., am Ende des Einspritzsignals #1, zu welchem Zeitpunkt der Transistor T10 ausschaltet.
  • Wenn das Einspritzsignal (Transistor T10) eingeschaltet wird, wodurch es zu dem Zeitpunkt t41 auf den logisch hohen Pegel angehoben wird, nachdem der Kondensator C10 in den vollständig geladenen Zustand versetzt worden ist, werden die Transistoren T10 und T12 eingeschaltet, um die Einspritzung durch den Injektor 101 zu starten. Der Transistor T11 wird ebenfalls eingeschaltet und in einer Tastverhältnissteuerungsweise angesteuert. Wenn der Transistor T12 eingeschaltet ist, überwacht der Injektorstrom-Erfassungswiderstand R10 den dadurch fließenden Injektorstrom I. Wenn die Größe des erfassten Injektorstroms I den vorbestimmten Pegel I0 erreicht, wird der Transistor T12 durch die Entladungssteuerungsschaltung 121 ausgeschaltet, die in dem Treiber-IC 120 angewandt ist. Dies liegt daran, dass berücksichtigt wird, dass die für eine Einspritzung erforderliche vorbestimmte Energie aus dem Kondensator C10 entladen worden ist, oder berücksichtigt wird, dass die Spannung Vc des Kondensators C10 auf einen Pegel abgefallen ist, zu dem die Entladung der erforderlichen Energie abgeschlossen ist.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Transistor T12 lediglich während der festen Zeitdauer zum Beginn des Einspritzens zur Entladung der in dem Kondensator C10 akkumulierten Energie zu dem Injektor 101 zu entladen. Auf diese Weise fließt ein großer Strom durch den Solenoiden 101a des Injektors 101, wodurch das Ventilöffnungsansprechen des Injektors 101 beschleunigt wird. Dabei wird zur Stabilisierung des aus dem Kondensator C10 entladenen Stroms durch den elektrischen Entladungsvorgang durch die Gleichspannungswandlerschaltung 50 unterbunden, während der Transistor T12 leitet.
  • Nachdem Energie aus dem Kondensator C10 entladen worden ist, d.h., nachdem der Vorgang zur Zufuhr von Energie auf diese Weise beendet worden ist, wird der Transistor T11 nachfolgend zum Ein- und Ausschalten gesteuert, wodurch durch den in dem Injektor 101 angewandten Solenoiden 101a durch die Diode D11 ein konstanter Strom fließt. Das heißt, dass das Treiber-IC 120 den Transistor T11 entsprechend der Größe des durch den Injektorstrom-Erfassungswiderstand R10 erfassten Ansteuerungsstroms (oder des Injektorstroms I) ein- und ausschaltet, um den Ansteuerungsstrom auf dem vorbestimmten Wert beizubehalten. Als Ergebnis wird das Ventil des Injektors 101 in einem geöffneten Zustand gehalten.
  • Wenn später das Einspritzsignal zu dem Zeitpunkt t42 ausgeschaltet wird, wird der Transistor T10 ebenfalls ausgeschaltet, um das Ventil des Injektors 101 zu schließen, wodurch das Einspritzung durch den Injektor 101 beendet wird. Wenn der Injektorstrom I des Injektors 101 abgeschaltet wird, wird Energie der gegenelektromotorischen Kraft über die Diode D10 wiedergewonnen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Energie durch den Kondensator C10 wiedergewonnen, aus dem die Energie beim Beginn des Einspritzens entladen worden ist. Danach wird der Betrieb zum Ein- und Ausschalten des Transistors T00 gestartet, um den Kondensator C10 unter Verwendung der Gleichspannungswandlerschaltung 50 elektrisch zu laden.
  • Danach wird die Haupteinspritzung auf der Grundlage des Einspritzsignals während einer Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t43 und t44 gemäß 13 ausgeführt. Die Haupteinspritzung wird in derselben Weise wie die Piloteinspritzung ausgeführt. Da das Intervall zwischen den Einspritzungen kurz ist, wird ein elektrisches Laden durch die Gleichspannungswandlerschaltung 50 unmittelbar nach Abschluss des elektrischen Entladens gestartet. Die Spannung Vc des Kondensators C10 variiert in Abhängigkeit von Änderungen in der Einspritzungsperiode. Da der Versatz in der Spannung Vc des Kondensators C10 vorgesehen ist, kann jedoch die Ventilschließzeit Tcl, d.h., eine Variation der Zeit, die zum Abfall des Injektorstroms I erforderlich ist, auf eine vernachlässigbare Größe verringert werden.
  • 14 zeigt eine Beziehung zwischen der Kondensatorspannung Vc des Kondensators C10, die am Ende der Einspritzung beobachtet wird, und der Ventilschließzeit Tcl des Injektors 101. 15 zeigt Signalverläufe des Injektorstroms I und der Spannung Vc des Kondensators C10, die nach Abschluss des Einspritzens beobachtet werden. Zu einem Zeitpunkt ts gemäß 15 wird der durch den Injektor fließende Strom abgeschaltet. Dabei wird Energie der gegenelektromotorischen Kraft über dem Injektor 101 durch den Kondensator C10 wiedergewonnen. Somit wird zu einem Zeitpunkt te ein durch die in der Gleichspannungswandlerschaltung 50 angewandte Induktivität L00 fließender Strom abgeschaltet. Dabei wird die Energie der durch die Induktivität L00 entwickelten gegenelektromotorischen Kraft durch den Kondensator C10 wiedergewonnen. Somit steigt zu den Zeitpunkten ts und te die Spannung Vc des Kondensators C10 an.
  • In diesem Fall kann die in dem Solenoiden 101a des Injektors 101 akkumulierte Energie E wie folgt ausgedrückt werden, wobei der Solenoid 101a den Injektor 101 mit IINJ in den Injektorstrom wie folgt akkumuliert:
    Figure 00320001
  • Da der Strom zur Akkumulation von Energie auf eine feste Größe in dem Solenoiden 101a gesteuert wird, wird die Ventilschließzeit Tcl um so kürzer, je höher die Spannung Vc ist, wie es in 14 gezeigt ist. Das heißt, dass die Ventilschließzeit Tcl stark mit einer Änderung der Kondensatorspannung Vc variiert, wenn die Spannung Vc in einem Bereich Z1 niedriger als der vorbestimmte Pegel V1 ist. Wenn die Spannung Vc größer als der vorbestimmte Pegel V1 in einem Bereich Z2 ist, variiert demgegenüber die Ventilschließzeit Tcl lediglich leicht mit einer Änderung der Kondensatorspannung Vc.
  • Durch Bereitstellung des Versatzes für die Spannung Vc ist es somit möglich, den Kondensator C10 in dem Bereich Z2 elektrisch zu laden und zu entladen, in dem Differenzen in der Ventilschließzeit Tcl vernachlässigbar sind, um Variationen der Ventilschließzeit Tcl zu unterdrücken.
  • Es sei bemerkt, dass die elektrische Ladungs- und Entladungssteuerung ebenfalls in einem Fall effektiv ist, in dem Energie, die für eine Vielzahl von Injektionen erforderlich ist, in dem Kondensator C10 für mehrstufige Einspritzungen und Mehrzylinder-Einspritzungen akkumuliert wird.
  • Gemäß einem unter Bezug auf das vierte Ausführungsbeispiel ausgeführten Experiment wurden die Einspritzmenge Q und die Ventilschließzeit Tcl in Bezug auf die Kapazität (15 μF, 20 μF und 30 μF) des Kondensators C10 und der Kondensatorspannung Vc bei der Energiewiedergewinnung gemessen. In diesem Experiment betrug die Batteriespannung 14 V, war die Einspritzungsperiode auf 1,0 ms eingestellt und war der Kraftstoffdruck auf 135 MPa eingestellt. Wie aus den in 16 und 17 gezeigten Experimentergebnissen hervorgeht, kann die Ventilschließzeit Tcl im Wesentlichen auf eine konstante Zeit beibehalten werden, solange wie die Versatzspannung über 50 V liegt.
  • Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Transistor T12 am Beginn des Einspritzsignals (Einschalten des Transistors T10) eingeschaltet wird, wie es in 13 gezeigt ist. Jedoch kann der Transistor T12 mit einer Verzögerung τ nach Beginn des Einspritzsignals in derselben Weise wie gemäß den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen eingeschaltet werden.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Ein fünftes Ausführungsbeispiel ist auf einen Fall gerichtet, in dem eine Vielzahl von Injektoren gruppiert sind und von Gruppe zu Gruppe gesteuert werden.
  • Wie es in 18 gezeigt ist, weist die Injektorsteuerungsvorrichtung vier Injektoren 101, 102, 103 und 104 zum Einspritzen von Kraftstoff in jeweilige Zylinder auf. Die Injektoren 101, 102, 103 und 104 weisen jeweils einen Solenoiden 101a, einen Solenoiden 102a, einen Solenoiden 103a und einen Solenoiden 104a auf, die jeweils als elektrische Verbraucher dienen. Die Injektoren 101 bis 104 für vier Zylinder sind in zwei Einspritzgruppen unterteilt, die jeweils zur Handhabung von zwei Zylindern dienen. Die mit einem gemeinsamen Anschluss COM1 der Antriebsschaltung 100 verbundene erste Einspritzgruppe weist die Injektoren 101 und 103 auf. Demgegenüber weist die mit einem gemeinsamen Anschluss COM2 der Antriebschaltung 100 verbundene zweite Einspritzgruppe die Injektoren 102 und 104 auf.
  • Es sei bemerkt, dass die zu derselben Einspritzgruppe gehörenden zwei Injektoren nicht gleichzeitig angetrieben bzw. angesteuert werden. Auslegungsspezifikationen der Brennkraftmaschine bestimmen, unter anderem, welche Zylinder in den Einspritzgruppen in Mehrzylinder-Einspritzungen anzutreiben sind.
  • Zusätzlich zu dem in 1 (erstes Ausführungsbeispiel) gezeigten Schaltungsaufbau ist die Verbindung zwischen der Induktivität L00 und dem Transistor T00 mit einem Ende eines Kondensator C20, der als Energie-Akkumulationsvorrichtung dient, über eine Diode D23 verbunden, die zum Blockieren eines Rückstroms verwendet wird, wohingegen das andere Ende des Kondensators C20 mit der Verbindung zwischen dem Transistor T00 und dem Widerstand R00 verbunden ist.
  • Es sei bemerkt, dass die zu derselben Einspritzgruppe gehörenden zwei Injektoren nicht gleichzeitig angetrieben bzw. angesteuert werden. Auslegungsspezifikationen der Brennkraftmaschine bestimmen, unter anderem, welche Zylinder in den Einspritzgruppen in Mehrzylinder-Einspritzungen anzutreiben sind.
  • Zusätzlich zu dem in 1 (erstes Ausführungsbeispiel) gezeigten Schaltungsaufbau ist die Verbindung zwischen der Induktivität L00 und dem Transistor T00 mit einem Ende eines Kondensator C20, der als Energie-Akkumulationsvorrichtung dient, über eine Diode D23 verbunden, die zum Blockieren eines Rückstroms verwendet wird, wohingegen das andere Ende des Kondensators C20 mit der Verbindung zwischen dem Transistor T00 und dem Widerstand R00 verbunden ist.
  • Es sei bemerkt, dass der Kondensator C10 der ersten Einspritzgruppe fest zugeordnet ist, die mit dem gemeinsamen Anschluss COM1 für die Injektoren 101 und 103 verbunden ist. Demgegenüber ist der Kondensator C20 fest der zweiten Einspritzgruppe zugeordnet, die mit dem gemeinsamen Anschluss COM2 für die Injektoren 102 und 104 verbunden ist. In dieser Anordnung sind die Solenoide der Injektoren, die möglicherweise gleichzeitig angetrieben werden können, mit unterschiedlichen Kondensatoren verbunden, wohingegen Injektoren, die niemals gleichzeitig angetrieben werden, in derselben Einspritzgruppe versetzt sind, um denselben Kondensator gleichzeitig zu nutzen.
  • Die Induktivität L00, der Transistor T00, der Ladungsstromerfassungswiderstand R00, die Ladungssteuerungsschaltung 110 und die Dioden D13 und D23 bilden die Gleichspannungswandlerschaltung 50, die als Spannungsanhebungsschaltung dient. Durch Ein- und Ausschalten des Transistors T00 kann jeder Kondensator C10 und C20 elektrisch durch jede Diode D13 und D23 geladen werden. Als Ergebnis können die Kondensatoren C10 und C20 jeweils elektrisch auf eine Spannung geladen werden, die höher als die Spannung ist, die auf der Energieversorgungsleitung +B der Batterie auftritt.
  • Das Treiber-IC 120 empfängt jeweils die Einspritzsignale #1, #2, #3 und #4 der Zylinder #1, #2, #3 und #4 (d.h. der ersten bis vierten Zylinder) aus der ECU 200 jeweils über den entsprechenden Eingangsanschluss #1, #2, #3 und #4. Obwohl es in 18 nicht gezeigt ist, weist das Treiber-IC 120 Entladesteuerungsschaltungen für die Transistoren T12 und T22 auf. Jede Entladungssteuerungsschaltung kann aufgebaut sein, wie es in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigt ist, insbesondere wie es gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt ist (12).
  • Der Transistor T12 wird zeitweilig zu einem Zeitverlauf der Umkehrung des Einspritzsignals #1 oder #3 von dem ausgeschalteten Zustand (logisch niedrigen Pegel) dem dem eingeschalteten Zustand (logisch hohen Pegel) eingeschaltet, wobei in dem Kondensator C10 akkumulierte Energie zu dem Injektor 101 oder 103 in dem elektrischen Entladungsvorgang zugeführt wird. Insbesondere ist der Transistor T12 zwischen dem Kondensator C10 und dem gemeinsamen Anschluss COM1 vorgesehen. Wenn der Transistor T12 durch das Treiber-IC 120 eingeschaltet wird, wird in dem Kondensator C10 akkumulierte Energie dem Injektor 101 oder 103 über den gemeinsamen Anschluss COM1 zugeführt.
  • Gleichermaßen wird ein Transistor T22 zeitweilig während des Zeitverlaufs der Umkehrung des Einspritzsignals #2 oder #4 von dem ausgeschalteten Zustand (logisch niedrigen Pegel) zu dem eingeschalteten Zustand (logisch hohen Pegel) eingeschaltet, wobei in dem Kondensator C20 akkumulierte Energie dem Injektor 102 oder 104 in einem elektrischen Entladungsvorgang zugeführt wird. Insbesondere ist der Transistor T22 zwischen dem Kondensator C20 und dem gemeinsamen Anschluss COM2 vorgesehen. Wenn der Transistor T22 durch das Treiber-IC 120 eingeschaltet wird, wird die in dem Kondensator C20 akkumulierte Energie dem Injektor 102 oder 104 über den gemeinsamen Anschluss COM2 zugeführt.
  • Das Ende auf niedrigem Potenzial jedes Injektors 101, 102, 103 und 104 ist jeweils mit einem Transistor T10, T20, T30 und T40 über jeweils einen Anschluss INJ1, INJ2, INJ3 und INJ4 der Antriebsschaltung 100 verbunden. Wenn jeweils ein Einspritzsignal #1, #2, #3 und #4, die aus der ECU 200 empfangen werden, auf einen logisch hohen Pegel eingestellt wird, wird jeweils ein Transistor T10, T20, T30 und T40 eingeschaltet. Die Transistoren T10 und T30 sind über den Einspritzstromerfassungswiderstand R10 mit Masse verbunden. Gleichermaßen sind die Transistoren T20 und T40 über einen Einspritzstromerfassungswiderstand R20 mit Masse verbunden.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind der Widerstand R10 und das Treiber-IC 120 zur Erfassung der Größe der durch den Kondensator C10 zu dem Solenoid 101a oder 103a zugeführten Energie vorgesehen. Gleichermaßen sind der Widerstand R20 und das Treiber-IC 120 zur Erfassung der Größe der von dem Kondensator C20 zu dem Solenoiden 102a oder 104a zugeführten Energie vorgesehen.
  • Jeder gemeinsame Anschluss COM1 und COM2 ist ebenfalls mit der Energieversorgungsleitung B+ der Batterie jeweils über die Diode D11 und D21 sowie jeweils dem Transistor T11 und T21 verbunden. Das Treiber-IC 120 schaltet die Transistoren T11 und T21 jeweils entsprechend der Größe des durch den Injektor 101, 102, 103 oder 104 fließenden Antriebstrom ein oder aus. Als Ergebnis wird ein konstanter Strom dem Injektor 101, 102, 103 oder 104 aus der Energieversorgungsleitung +B zugeführt. Die Dioden D12 und D22 dienen jeweils als Rückkopplungsdiode. Wenn die Transistoren T11 und T21 jeweils ausgeschaltet werden, wird ein durch die Injektoren 101, 102, 103 oder 104 fließender Strom durch die Diode D12 oder D22 zurückgeführt.
  • Im tatsächlichen Betrieb wird jeder Transistor T12 und T22 an der ansteigenden Flanke des Einspritzsignals #1, #2, #3 oder #4 eingeschaltet, was als Antriebsbefehl dient. Dabei wird Energie aus jedem Kondensator C10 und C20 entladen, wodurch ein hoher Stromfluss aus den Kondensatoren C10 und C20 jeweils zu dem Injektor 101, 102, 103 oder 104 als ein die jeweiligen Injektoren antreibender Strom bewirkt. Dann wird bei der abfallenden Flanke (Nacheilflanke) des Einspritzsignals der Ansteuerungsstrom abgeschaltet, jedoch wird ein fester Strom jeweils durch die Transistoren T11 und T21 zugeführt. Es sei bemerkt, dass die Dioden D11 und D21 jeweils verhindern, dass ein Strom aus dem Anschluss COM1, der auf ein hohes elektrisches Potenzial angehoben wird, wenn Energie aus den Kondensatoren C10 und C20 jeweils entladen wird, zu der Energieversorgungsleitung +B fließt.
  • Die gemäß diesem Ausführungsbeispiel angewandten Kondensatoren C10 und C20 sind in der Lage, Energie vorab zu speichern, wie sie zum mehrfachen Öffnen des Ventils erforderlich ist. Insbesondere weisen die Kondensatoren C10 und C20 jeweils eine hohe Spannung bei vollständiger Ladung bzw. eine große Kapazität auf. Es sei angenommen, dass für eine Einspritzung eine Energie von 50 mJ aus dem Kondensator C10 oder C20 entladen werden muss. In diesem Fall muss zum Speichern von Energie, die für drei aufeinander folgende Einspritzungen erforderlich ist, in den Kondensator C10 oder C20 bei einer festen Kapazität von 10 μF die Kondensatorspannung auf 173 V gegenüber 100 V erhöht werden, und für eine feste Kondensatorspannung von 100 V muss die Kapazität auf 30 μF gegenüber von 10 μF erhöht werden.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel arbeiten die Transistoren T10, T20, T30 und T40 als erste Energiezufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Energie der Batterieenergieversorgung zu den Solenoiden 101a, 102a, 103a und 104a. Demgegenüber arbeitet der Transistor T12 als zweite Energiezufuhrvorrichtung zur Zufuhr von in dem Kondensator C10 akkumulierter Energie zu dem Solenoiden 101a oder 103a. Gleichermaßen arbeitet der Transistor T22 ebenfalls als zweite Energiezufuhrvorrichtung zur Zufuhr von in dem Kondensator C20 akkumulierter Energie zu dem Solenoiden 102a oder 104a.
  • 19 zeigt typische Operationen in mehrstufigen Einspritzungen und Mehrzylinder-Einspritzungen. In diesem Fall sind die mehrstufigen Einspritzungen durch Einspritzungen vor und nach einer Haupteinspritzung veranschaulicht. Die Einspritzungen, die einer Haupteinspritzung vorangehen, sind eine Vor-Einspritzung (Pre-Einspritzung) und eine Piloteinspritzung, wohingegen die Einspritzungen, die der Haupteinspritzung nachfolgen, eine Nach-Einspritzung und eine Post-Einspritzung sind. Die Vor-Einspritzung wird hauptsächlich zur Aktivierung innerhalb eines Zylinders ausgeführt. Die Piloteinspritzung wird hauptsächlich zur Verringerung der NOx-Menge und zur Verringerung des Verbrennungsgeräuschs ausgeführt. Die Nach-Einspritzung wird hauptsächlich zur erneuten Verbrennung von Ruß ausgeführt. Die Post-Einspritzung wird hauptsächlich zur Aktivierung eines (nicht gezeigten) Katalysators ausgeführt.
  • Das heißt, dass diese Einspritzungen zur Verbesserung der Abgasemission gedacht sind und somit entsprechend, unter anderen Bedingungen, dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgeführt werden.
  • Gemäß 19 dient das Einspritzsignal #1 für den ersten Zylinder oder Zylinder #1, und dient das Einspritzsignal #2 für den zweiten Zylinder oder Zylinder #2, der in der von der Gruppe des Zylinders #1 getrennten Gruppe ist. In diesen mehrstufigen Einspritzungen des ersten Zylinders werden die Vor-Einspritzung, die Piloteinspritzung (Pilot-Einspritzung), die Haupteinspritzung und die Nach- Einspritzung jeweils in Zeitdauern t51, t52, t53 und t54 ausgeführt. In einer Zeitdauer t55 innerhalb der Zeitdauer t53 für die Haupteinspritzung des ersten Zylinders, wird die Nach-Einspritzung für den zweiten Zylinder ausgeführt. In der Vierzylinder-Brennkraftmaschine werden typischerweise Einspritzsignale #1 innerhalb von 180°KW (Kurbelwellenwinkel, CA) zum Auslösen der Vor-Einspritzung, der Piloteinspritzung, der Haupteinspritzung und der Nach-Einspritzung von mehrstufigen Einspritzungen erzeugt. Das Einspritzsignal #2 wird für die Post-Einspritzung gleichzeitig mit dem Einspritzsignal #1 erzeugt. Die Post-Einspritzung in den zweiten Zylinder bildet die Mehrfach-Zylinder Einspritzung in Bezug auf die Haupteinspritzung in dem ersten Zylinder.
  • Vor der in 19 gezeigten Vor-Einspritzung werden die Kondensatoren C10 und C20 jeweils durch die Gleichspannungswandlerschaltung 50 vollständig geladen. Wenn dann das Einspritzsignal #1 eingeschaltet wird, wobei es sich auf den logisch hohen Pegel während der Zeitdauer t51 anhebt, werden die Transistoren T10 und T12 eingeschaltet, um die Vor-Einspritzung durch den Injektor 101 zu starten. Der Transistor T11 wird durch das Treiber-IC 120 im Tastverhältnis gesteuert. Wenn der Injektorstrom I1 des Injektors 101 den vorbestimmten Pegel I0 nach Einschalten des Transistors T12 erreicht, wird der Transistor T12 ausgeschaltet, da berücksichtigt wird, dass die für die erste Einspritzung erforderliche vorbestimmte Energie dem Injektor 101 zugeführt worden ist. Auf diese Weise wird der Transistor T12 in den leitenden Zustand lediglich während einer Zeitdauer t511 nach dem Beginn der Vor-Einspritzung bis zu dem Zeitpunkt versetzt, zu dem der Injektorstrom I1 den vorbestimmten Ausschaltpegel I0 erreicht. Somit wird die in dem Kondensator C10 akkumulierte Energie zu dem Injektor 101 entladen. Als Ergebnis fließt ein großer Strom durch den Solenoiden 101a, der in dem Injektor 101 angewandt wird, wodurch das Ventilöffnungsansprechen des Injektors 101 beschleunigt wird.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine Technik zur Steuerung der aus dem Kondensator C10 entladenen Energie der Entladungsstrom in der Energieentladung unter Verwendung des Widerstands R10 überwacht. Gleichermaßen wird als eine Technik zur Steuerung der aus dem Kondensator C20 entladenen Energie der Entladungsstrom in der Energieentladung unter Verwendung des Widerstands R20 überwacht. Wenn die Größe des überwachten Stroms den vorbestimmten Strompegel I0 erreicht, wird der Transistor T22 ausgeschaltet.
  • Nach dem Energieentladungsvorgang des Kondensators C10 wird der Transistor T11 kontinuierlich ein- und ausgeschaltet, um den Injektor 101 über die Diode D11 mit konstantem Strom zu versorgen. Das heißt, dass der Transistor T11 durch das Treiber-IC 120 entsprechend der von dem Widerstand R10 erfassten Größe des Injektorstroms I1 ein- und ausgeschaltet wird. Der Injektorstrom I1 kann somit auf eine konstante Größe geregelt werden. Der Injektor 101 wird in dem Ventilöffnungszustand gehalten. Auf diese Weise wird in einem gemeinsamen Betrieb der Transistoren T10 und T11, die durch das Treiber-IC 120 gesteuert werden, die Energie der Batterieenergieversorgung dem Solenoiden 101a lediglich während der Betriebsperiode des Solenoiden 101a zugeführt.
  • Wenn später Einspritzung #1 ausgeschaltet wird, wird ebenfalls der Transistor T10 ausgeschaltet, um das Ventil des Injektors 101 zu schließen. Dabei wird die Vor-Einspritzung durch den Injektor 101 beendet. Die Energie der gegenelektromotorischen Kraft, die bei Ausschalten des durch den Injektor 101 fließenden Stroms erzeugt wird, wird in dem Transistor T10 verbraucht.
  • Falls nach dem Energieentladungsvorgang des Kondensators C10 ein Vorgang zum Ein- und Ausschalten des Transistors T00 gestartet wird, wird ebenfalls ein Vorgang zum elektrischen Laden des Kondensators C10 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 begonnen. Es sei bemerkt, dass zur Stabilisierung des aus dem Kondensator C10 entladenen Stroms der elektrische Ladungsvorgang durch die Gleichspannungswandlerschaltung 50 unterbunden wird, während der Transistor T12 leitet. Das heißt, dass der Vorgang zum Ein- und Ausschalten des Transistors T00 unterbunden wird, während der Transistor T12 eingeschaltet ist. Somit wird der Vorgang zum elektrischen Laden des Kondensators C10 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 nicht ausgeführt, während Energie aus dem Kondensator C10 dem Solenoiden 101a oder 103a zugeführt wird. Gleichermaßen wird der Vorgang zum elektrischen Laden des Kondensators C20 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 nicht ausgeführt, während Energie aus dem Kondensator C20 dem Solenoiden 102a oder 104a zugeführt wird.
  • Darauffolgend wird die nächste Einspritzung (d.h. die Piloteinspritzung) ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt läuft denkbarerweise ein Vorgang zum elektrischen Laden des Kondensators C10 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 nach dem Energieentladungsvorgang des Kondensators C10 ab. Da vorab Energie in einer Größe in dem Kondensator C10 akkumuliert worden ist, die groß genug zum mehrfachen Öffnen des Ventils ist, kann diese Piloteinspritzung nichtsdestotrotz durch Ausführung von Vorgängen unter derselben Steuerung wie die vorhergehende Einspritzung erzielt werden. Andere Einspritzungen, wie die Haupteinspritzung, können ebenfalls in derselben Weise durchgeführt werden.
  • Es sei bemerkt, dass Vorgänge zum elektrischen Laden der Kondensatoren C10 und C20 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 zwischen Injektionen in den mehrstufigen Einspritzungen und Mehrzylinder-Einspritzungen ausgeführt werden, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Somit ist es nicht notwendig, Energie für fünf Einspritzungen vorab zu akkumulieren. Daher ist unter Berücksichtigung von Perioden zwischen den Einspritzungen gemäß 19 und der Ladeleistung der Gleichspannungswandlerschaltung 50 ein Kondensator mit einer Kapazität akzeptabel, der groß genug zur Akkumulation von Energie lediglich für zwei oder drei Injektionen in seinem vollständig geladenen Zustand ist. Aus diesem Grund kann ein Kondensator mit einer kleinen Größe angewandt werden.
  • Nach der Vor-Einspritzung während der Zeitdauer t51 werden ähnliche Vorgänge für die Piloteinspritzung, die Haupteinspritzung und die Nach-Einspritzungen während der Zeitdauern t52, t53 und t54 jeweils ausgeführt. Das heißt, dass, wenn das Einspritzsignal #1 eingeschaltet wird, die in den Kondensator C10 akkumulierte Energie zu dem Injektor 101 beim Beginn jeder dieser Zeitdauern entladen wird. Darauffolgend wird dem Injektor 101 konstanter Strom zugeführt. Später, wenn das Einspritzsignal #1 ausgeschaltet wird, wird die Einspritzung durch den Injektor 101 beendet. Dann wird der Vorgang zum elektrischen Laden des Kondensators C10 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 ausgeführt.
  • Nachstehend sind Mehrzylinder-Einspritzungen beschrieben. Wie es in 19 gezeigt ist, wird das Einspritzsignal #2 für die Post-Einspritzung in der Zeitdauer t55 zum Antrieb des Injektors 102 erzeugt, während das Einspritzsignal #1 für die Haupteinspritzung in der Zeitdauer t53 zum Antrieb des Injektors 101 erzeugt wird. Da die Injektoren 101 und 102 zu unterschiedlichen Einspritzgruppen gehören, können diese unabhängig voneinander gesteuert werden. Somit können die Kraftstoff-Einspritzungen erzielt werden, ohne dass die Injektoren 101 und 102 sich beeinträchtigen, selbst falls sich ihre Einspritzzeitdauern t53 und t55 überlappen.
  • Insbesondere werden, wenn das Einspritzsignal #2 sich beim Start der Zeitdauer t55 auf einen hohen Pegel anhebt, die Transistoren T20 und T22 zum Antrieb des Injektors 102 eingeschaltet, um die Post-Einspritzung in dem zweiten Zylinder zu starten. Wenn der Transistor T22 eingeschaltet wird, wird in dem Kondensator C20 akkumulierte Energie in den Injektor 102 entladen. Als Ergebnis fließt ein großer Strom durch den in dem Injektor 102 angewandten Solenoiden 102a, wodurch das Ventilöffnungsansprechen des Injektors 102 beschleunigt wird. Nach dem Energieentladevorgang des Kondensators C20 wird der Transistor T21 zum Ein- und Ausschalten gesteuert, um den Injektor 102 über die Diode D21 entsprechend der Größe des durch den Widerstand R20 erfassten Injektorstroms I2 zuzuführen. Als Ergebnis behält der Injektor 102 sein Ventil in einem geöffneten Zustand.
  • Wenn später das Einspritzsignal #2 ausgeschaltet wird, wird der Transistor T20 ebenfalls ausgeschaltet, um das Ventil des Injektors 102 zu schließen. Auf diese Weise wird die Post-Einspritzung durch den Injektor 102 beendet. Die Energie der gegenelektromotorischen Kraft, die bei Abschalten des durch den Injektor 102 fließenden Stroms erzeugt wird, wird in dem Transistor T20 verbraucht.
  • Ganz wie bei dem vorstehend beschriebenen Kondensator C10 wird der elektrische Ladevorgang des Kondensators C20 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 unterbunden, während der Transistor T22 leitet. Falls der Vorgang zum Ein- und Ausschalten des Transistors T00 nach dem Energieentladungsvorgang des Kondensators C20 gestartet wird, wird der Vorgang zum elektrischen Laden des Kondensators C20 mittels der Gleichspannungswandlerschaltung 50 ebenfalls begonnen.
  • Vorstehend wurden mehrstufige Einspritzungen des Zylinders #1 und Mehrzylinder-Einspritzungen der Zylinder #1 und #2 während einer Periode von 180°KW der Vierzylinder-Brennkraftmaschine beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, dass mehrstufige Einspritzungen und Mehrzylinder-Einspritzungen anderer Zylinder ebenfalls durch Ausführung derselben Steuerung ausgeführt werden können.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist das Ausführungsbeispiel die folgenden Charakteristiken auf.
    • (A) Zur Ausführung der mehrstufigen Einspritzungen wendet die Injektorsteuerungsvorrichtung jeweils den Kondensator C10 und C20 zur Akkumulation von Energie in einer Größe an, die groß genug für zumindest zwei Betätigungen der Solenoiden 101a, 102a, 103a oder 104a ist. Das Treiber-IC 120 steuert die Transistoren T12 und T22 jeweils zur Zufuhr von Energie, die für jede Betätigung der Solenoiden 101a, 102a, 103a oder 104a aus dem Kondensator C10 oder C20 zu den jeweiligen Solenoiden erforderlich ist, indem die mittels des Widerstands R10 oder R20 zugeführte Energiemenge überwacht wird. Insbesondere wird die Energie zur Beschleunigung des Ansprechens der jeweiligen Solenoide auf den Betrieb zum Antrieb der Injektoren jeweils verwendet. Das heißt, dass jeder Kondensator C10 und C20 Energie in einer Größe entlädt, die zur Beschleunigung des Ansprechens der Solenoiden 101a, 102a, 103a oder 104a auf den Antriebsbetrieb erforderlich ist, um das elektromagnetische Ventil der jeweiligen Solenoiden in einer Einspritzung zu erfüllen. Somit können mehrstufige Einspritzungen auf der Grundlage der jeweiligen Kondensatoren ausgeführt werden, indem vorab in jedem Kondensator C10 und C20 für eine Vielzahl von Einspritzvorgängen ausreichende Energie geladen wird.
    • (B) Zusätzlich sind zur Ausführung von Mehrzylinder-Einspritzungen eine Vielzahl von Injektorsolenoiden, d.h. die Solenoiden 101a, 102a, 103a und 104a derart gruppiert, dass Solenoiden, die niemals gleichzeitig angetrieben werden, derselben Gruppe zugeordnet werden, die von entweder dem Kondensator C10 oder dem Kondensator C20 mit Energie versorgt wird. Auf diese Weise kann die Anzahl der Kondensatoren verringert werden. Als Ergebnis kann Energie mit einem hohen Wirkungsgrad verwendet werden. Das heißt, dass lediglich ein Kondensator für jede Zylindergruppe verwendet wird, um die Einspritzerfordernisse zu erfüllen.
  • Es sei bemerkt, dass als eine der Einspritzerfordernisse Zylinder in zwei Gruppen unterteilt sind. Das heißt, dass in der Vierzylinder-Brennkraftmaschine beispielsweise jede Gruppe zwei Injektoren aufweist, denen zwei elektromagnetische Ventile zugeordnet sind, wie es der Fall gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist. Im Fall einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine weist jede Gruppe drei Injektoren auf, denen jeweils drei elektromagnetische Ventile zugeordnet sind. In jedem Fall kann jeder Injektor oder jedes elektromagnetische Ventil, die zu derselben Gruppe gehören, zur Ausführung von mehrstufigen Einspritzungen verwendet werden. Demgegenüber involvieren Mehrfachzylinder-Einspritzungen Zylinder, die zu unterschiedlichen Gruppen gehören.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel sind, wie es in 20 gezeigt ist, die Injektoren 101 bis 104 mit den Kondensatoren C10 und C20 jeweils über die Dioden D10 bis D30 verbunden. Insbesondere sind die Injektoren 101 und 103, die zu derselben Einspritzgruppe gehören, jeweils mit dem Kondensator C10 durch die Dioden D10 und D30 verbunden. Die Energie der gegenelektromotorischen Kraft oder die Rückführungsenergie, die erzeugt wird, wenn der durch den Injektor 101 oder 103 fließende Strom abgeschaltet wird, wird zu dem Kondensator C10 mittels der Diode D10 oder D30 jeweils wiedergewonnen.
  • Gleichermaßen sind die Injektoren 102 und 104, die zu der anderen Einspritzgruppe gehören, mit dem Kondensator C20 über die Dioden D20 und D40 verbunden. Die Energie der gegenelektromotorischen Kraft oder die Rückführungsenergie, die erzeugt wird, wenn der durch den Injektor 102 oder 104 fließende Strom abgeschaltet wird, wird zu dem Kondensator C20 mittels der Diode D20 oder D40 jeweils wiedergewonnen.
  • Obwohl die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele als System zur Steuerung von Injektoren einer Dieselbrennkraftmaschine implementiert sind, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Steuerungssystem für eine Benzinbrennkraftmaschine angewandt werden. Weiterhin können die elektrischen Verbraucher auch von einer kapazitiven Bauart sein, die piezoelektrische Vorrichtungen verwendet.

Claims (10)

  1. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher mit: einem elektromagnetischen Verbraucher (101a, 102a, 103a, 104a), einer Energieakkumulationseinrichtung (C10, C20) zum Akkumulieren von Energie, die dem elektromagnetischen Verbraucher zuzuführen ist, einer ersten Energiezufuhreinrichtung (T10, T20, T30, T40), die mit dem elektromagnetischen Verbraucher verbunden ist, zur Zufuhr von Energie einer an einem Fahrzeug angebrachten Energieversorgung zu dem elektromagnetischen Verbraucher, einer zweiten Energiezufuhreinrichtung (T10, T20, T30, T40), die zwischen dem elektromagnetischen Verbraucher und der Energieakkumulationseinrichtung geschaltet ist, zur Zufuhr der in der Energieakkumulationseinrichtung akkumulierten Energie zu dem elektromagnetischen Verbraucher, einem Transistor (T11, T21), der zwischen dem elektromagnetischen Verbraucher und der an dem Fahrzeug angebrachten Energieversorgung geschaltet ist, zur Steuerung des dem elektromagnetischen Verbraucher zugeführten Stroms, einer Spannungsabhebeeinrichtung (50), die mit der Energieakkumulationseinrichtung verbunden ist, zur Zufuhr von in der Energieakkumulationseinrichtung zu akkumulierender Energie, einer Stromerfassungseinrichtung (R10, R20) zur Erfassung einer aus der Energieakkumulationseinrichtung zu dem elektromagnetischen Verbraucher zugeführten Energiemenge, und einer Steuerungseinrichtung (120) zur Steuerung der Energiezufuhreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (120) eingerichtet ist, die Energie lediglich in einer Menge, die für den elektromagnetischen Verbraucher zum einmaligen Betrieb erforderlich ist, auf der Grundlage der von der Stromerfassungseinrichtung erfassten Energiezufuhrmenge zuzuführen und nach der Energiezufuhr aus der Energieakkumulationseinrichtung zu dem elektromagnetischen Verbraucher durch Steuerung der zweiten Energiezufuhreinrichtung (T12, T122) die Energie der an dem Fahrzeug angebrachten Energieversorgung zu dem elektromagnetischen Verbraucher für eine Zeitdauer zum Antrieb des elektromagnetischen Verbrauchers durch Steuerung der ersten Energiezufuhreinrichtung (T110, T20, T30, T40) und des Transistors (T11, T21) zuzuführen, während die Energie der Spannungsanhebeeinrichtung der Energieakkumulationseinrichtung zugeführt wird, und die Energieakkumulationseinrichtung (C10, C20) derart eingerichtet ist, dass sie in der Lage ist, die für den elektromagnetischen Verbraucher zum zumindest zweimaligen Betrieb erforderliche Energie zu speichern.
  2. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Energieakkumulationseinrichtung (C10, C20) eingerichtet ist, Energie mit einer Spannung zu akkumulieren, die auf einen Pegel angehoben ist, der höher als derjenige der am Fahrzeug angebrachten Energieversorgung ist, die Steuerungseinrichtung (120) eingerichtet ist, die Energie der am Fahrzeug angebrachten Energieversorgung lediglich während einer Zeitdauer des Antriebs des elektromagnetischen Verbrauchers durch die ersten Energiezufuhreinrichtung (T10, T20, T30, T40) zuzuführen und auf der Grundlage des von der Stromerfassungseinrichtung bestimmten Stroms die Energie der Energieakkumulationseinrichtung (C10, C20) dem elektromagnetischen Verbraucher lediglich in einer Menge zuzuführen, die zu Verkürzung eines Ansprechens eines einzelnen Betriebs des elektromagnetischen Verbrauchers erforderlich ist.
  3. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (120) eingerichtet ist, die Zufuhr von Energie aus der Energieakkumulationseinrichtung auf der Grundlage eines zu dem elektromagnetischen Verbraucher fließenden Stroms zu stoppen.
  4. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl elektromagnetischer Verbraucher (101a, 102a, 103a und 104a) vorgesehen sind und jede der elektromagnetischen Verbraucher, die gleichzeitig angetrieben werden können, die Energie aus unterschiedlichen Energieakkumulationseinrichtungen (C10, C20) empfangen.
  5. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl elektromagnetischer Verbraucher (101a, 102a, 103a und 104a) vorgesehen sind und jede der elektromagnetischen Verbraucher, die nicht gleichzeitig angetrieben werden, die Energieakkumulationseinrichtung (C10, C20) gemeinsam nutzen.
  6. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl elektromagnetischer Verbraucher (101a, 102a, 103a und 104a) entsprechend Zylindern einer Brennkraftmaschine vorgesehen sind, und die Energieakkumulationseinrichtung jeweils mit einer Gruppe von elektromagnetischen Verbrauchern verbunden ist, die nicht gleichzeitig angetrieben werden, und zum Akkumulieren von Energie verwendet wird, die jeweils den elektromagnetischen Verbrauchern zuzuführen ist, die zu der Gruppe gehören.
  7. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine Rücklaufsenergie, die erzeugt wird, wenn ein irgendeinem der elektromagnetischen Verbraucher (101a, 102a, 103a und 104a) zugeführter Strom abgeschnitten wird, in die Energieakkumulationseinrichtung zurück akkumuliert wird.
  8. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass jeder der elektromagnetischen Verbraucher ein Elektromagnet eines Injektors (101, 102, 103, 104) zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine ist.
  9. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach Anspruch 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass, während Energie aus der Energieakkumulationseinrichtung zu irgendeinem der elektromagnetischen Verbraucher (101a, 102a, 103a und 104a) zugeführt wird, eine Betrieb zum elektrischen Laden der Energieakkumulationseinrichtung (C10, C20) durch Verwendung der Spannungsanhebeeinrichtung unterbunden wird.
  10. Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (120) die Zufuhr der Energie durch die zweite Energiezufuhreinrichtung (T12, T22) stoppt, wenn ein durch die Stromerfassungseinrichtung (R10, R20) erfasster Strom einen vorbestimmten Abschneidepegel (I0) erreicht, und danach die Zufuhr der Energie aus der an dem Fahrzeug angebrachten Energieversorgung startet, so dass der elektromagnetische Verbraucher betrieben wird.
DE60034709T 1999-06-30 2000-06-20 Steuerungsvorrichtung für einen elektromagnetischen Verbraucher mit variabel Antriebs- und Start-Energieversorgung Expired - Lifetime DE60034709T2 (de)

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