DE602004012591T2

DE602004012591T2 - Steuerschaltung für eine injektoranordnung

Info

Publication number: DE602004012591T2
Application number: DE602004012591T
Authority: DE
Inventors: Steven J. Sturry Canterbury MARTIN
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2004-09-23
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2024-09-24
Also published as: JP4383453B2; WO2005028836A1; US7525234B2; EP1680586A1; DE602004012591D1; ATE389794T1; JP2007506038A; US20070103033A1; EP1680586B1; EP1519024A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für eine Injektoranordnung. Sie betrifft insbesondere, wenngleich nicht ausschließlich, eine Treiberschaltung für eine Injektoranordnung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Injektoranordnung zumindest einen Injektor von dem Typ umfasst, der einen piezoelektrischen Aktuator zum Steuern einer Injektorventilnadelbewegung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeugmotoren sind im Allgemeinen mit Kraftstoffinjektoren zur Injektion von Kraftstoff (z. B. Benzin- oder Dieselkraftstoff) in die einzelnen Zylinder oder den Einlasskrümmer des Motors ausgestattet. Die Motor-Kraftstoffinjektoren sind mit einer Kraftstoffleitung gekoppelt, die Hochdruck-Kraftstoff enthält, der mithilfe eines Kraftstoffversorgungssystems geliefert wird. In Dieselmotoren verwenden herkömmliche Kraftstoffinjektoren typischerweise ein Ventil, das betätigt wird, um sich zu öffnen und zu schließen und die Menge an fluidischem Kraftstoff, die von der Kraftstoffleitung dosiert und in den entsprechenden Motorzylinder oder -einlasskrümmer eingespritzt wird, zu steuern.
Ein Typ von Kraftstoffinjektor, der eine exakte Dosierung von Kraftstoff bietet, ist der piezoelektrische Kraftstoffinjektor. Piezoelektrische Kraftstoffinjektoren verwenden piezoelektrische Aktuatoren, die aus einem Stapel von piezoelektrischen Elementen gebildet sind, die mechanisch in Serie angeordnet sind, um ein Injektionsventil zum Dosieren von Kraftstoff, der in den Motor eingespritzt wird, zu öffnen und zu schließen. Beispiele für piezoelektrische Kraftstoffinjektoren sind in den US-Patenten Nr. 4 101 076 und 4 635 849 offenbart. Piezoelektrische Kraftstoffinjektoren sind für die Verwendung in Kraftfahrzeugmotoren gut bekannt.
Die Dosierung von Kraftstoff mit einem piezoelektrischen Kraftstoffinjektor wird im Allgemeinen erreicht, indem das an die piezoelektrischen Elemente angelegte elektrische Spannungspotential gesteuert wird, um dadurch den Betrag der Ausdehnung und der Kontraktion der piezoelektrischen Elemente zu variieren. Der Betrag der Ausdehnung und Kontraktion der piezoelektrischen Elemente variiert mit der Distanz der Bewegung eines Ventilkolbens und daher mit der Kraftstoffmenge, die durch den Kraftstoffinjektor geleitet wird. Piezoelektrische Kraftstoffinjektoren bieten die Möglichkeit, eine geringe Kraftstoffmenge exakt zu dosieren. Allerdings benötigen piezoelektrische Kraftstoffinjektoren im Allgemeinen auch relativ hohe Spannungen (typischerweise hunderte Volt) und hohe Stromstärken (mehrere zehn Ampere), um korrekt zu funktionieren.
Eine bekannte herkömmliche Treiberschaltung zum Steuern eines piezoelektrischen Kraftstoffinjektors ist im Allgemeinen kompliziert und benötigt Energie in großem Maß. Diese Energie wird üblicherweise durch eine zugeordnete Energieversorgung wie z. B. einen Transformator geliefert, der die von der Fahrzeugbatterie erzeugte Spannung (z. B. 12 Volt) auf eine höhere Spannung (z. B. 230 Volt) hochtransformiert. Die hochtransformierte Spannung wird dann an große Speicherkondensatoren angelegt, um die Ladung und Entladung eines oder mehrerer Kraftstoffinjektoren für jedes Injektionsereignis zu betreiben. Diese zugeordnete Energieversorgung erzeugt genug Energie, um die Speicherkondensatorspannung über den vollen Betriebeslast- und Drehzahlbereich des Motors aufrechtzuerhalten. Allerdings besteht ein Nachteil der Bereitstellung einer zugeordneten Energieversorgung dieser Größe in erhöhten Kosten. Somit be steht ein weiterer Nachteil insofern, als das Steuergerät, das erforderlich ist, um die Treiberschaltung zu steuern, groß sein muss.
Die deutsche Patentanmeldung Nr. DE 102 45 135 A1 (Nippon Soken, Inc. et al.) beschreibt eine Treiberschaltung zum Steuern mehrerer piezoelektrischer Kraftstoffinjektoren. Die Treiberschaltung umfasst einen Gleichstrom-Spannungswandler 21, um die von einer Fahrzeugbatterie erzeugte Spannung hochzutransformieren. Die hochtransformierte Spannung wird an Kondensatoren in der Schaltung angelegt, die dann verwendet werden, um die piezoelektrischen Elemente des Kraftstoffinjektors aufzuladen. Die Treiberschaltung umfasst eine einzige Spannungsversorgungsschiene und ist nur unidirektional wirksam (d. h., sie liefert keine negativen Spannungen) und kann daher nicht verwendet werden, um bidirektionale Kraftstoffinjektoren anzusteuern, die sowohl negative als auch positive Spannungen erfordern.
Es besteht die Tendenz, dass Fahrzeughersteller planen, 12-Volt-Fahrzeugbatterien gegen ein 42-Volt-Ladesystem auszutauschen. Diese Änderung wurde durch die Bewegung angeregt, mechanische und hydraulische Systeme durch Elektronik zu ersetzen (d. h. „drive-by-wire"), und wird eine Möglichkeit bereitstellen, den Kraftstoffverbrauch zu verbessern und Emissionen zu reduzieren. Ein weiteres Problem mit derzeitigen Treiberschaltungen besteht darin, dass es schwierig ist, die Spannung an den großen Speicherkondensatoren dynamisch zu steuern, wenn die höhere 42-Volt-Versorgung (oder eine Versorgung mit niedrigerer Spannung) erforderlich sein sollte.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Treiberschaltung vorzusehen, die weniger Komponenten benötigt als bestehende Treiberschaltungen für Injektoranordnungen, und die daher kostengünstiger und besser steuerbar ist als solche Treiberschaltungen. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Treiberschaltung vorzusehen, die zur Verwendung mit Spannungsversorgungen geeignet ist, die verschiedene Fähigkeiten aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Treiberschaltung für eine Injektoranordnung mit mindestens einem Injektor vorgesehen, wobei die Treiberschaltung umfasst: eine erste Spannungsschiene (V₀; V_supply) mit einem ersten Spannungspegel; eine zweite Spannungsschiene (V₁) mit einem zweiten Spannungspegel, der höher als der erste Spannungspegel ist; ein Spannungsversorgungsmittel (22, 36); ein erstes Ladungsspeichermittel (C2) für eine wirksame Verbindung mit einem des mindestens einen Injektors (12a, 12b) während einer Entladephase, um es einem Entladestrom zu ermöglichen, dort hindurch zu fließen, um dadurch ein Injektionsereignis einzuleiten; ein zweites Ladungsspeichermittel (C1), das mit der ersten und zweiten Spannungsschiene (V₀; V_supply, V1) für eine wirksame Verbindung mit dem mindestens einen Injektor (12a, 12b) während einer Ladephase verbunden ist, um zu bewirken, dass ein Ladestrom dort hindurch fließt, um dadurch das Injektionsereignis zu beenden; ein Schaltermittel (Q1, Q2), um zu steuern, ob das erste Ladungsspeichermittel (C2) mit dem mindestens einen Injektor wirksam verbunden ist, oder ob das zweite Ladungsspeichermittel (C1) mit dem mindestens einen Injektor wirksam verbunden ist; und ein Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1), das dazu dient, an dem Ende der Ladephase vor einer anschließenden Entladephase eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel an zumindest das zweite Ladungsspeichermittel über eine Energiespeichereinrichtung (L1) zu übertragen.
Vorzugsweise ist das erste Ladungsspeichermittel mit der ersten Spannungsschiene und Masse verbunden.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient das Regenerationsschaltermittel vorzugsweise dazu, eine Ladung an dem Ende der Ladephase von dem Spannungsversorgungsmittel an das erste Ladungsspeichermittel und dann an das zweite Ladungsspeichermittel von dem ersten Ladungsspeichermittel über die Energiespeichereinrichtung zu übertragen. Am bevorzugtesten wird das Regenerationsschaltermittel verwendet, um eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel an sowohl die erste als auch die zweite Spannungsschiene zu übertragen, sodass die Spannung an dem ersten und dem zweiten Ladungsspeichermittel erhöht ist. In dieser Ausführungsform umfasst das Spannungsversorgungsmittel zweckmäßigerweise eine Fahrzeugbatterie und einen Transformator, um die von der Fahrzeugbatterie erzeugte Spannung auf eine höhere Spannung hochzutransformieren, die geeignet ist, um sie an das erste Ladungsspeichermittel anzulegen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Spannungsversorgungsmittel nur verwendet wird, um die Ladung an dem ersten Ladungsspeichermittel zu erhöhen, und daher ein kleineres und kostengünstigeres Spannungsversorgungsmittel als in bekannten Treiberschaltungen verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass, wenn das Spannungsversorgungsmittel ein 42-Volt-Ladesystem vorsieht und die Injektoren bei einer ähnlichen Spannung betrieben werden können, in diesem Fall ein Transformator nicht unbedingt notwendig ist, was zu einer weiteren Reduktion der Größe und Kosten des Spannungsversorgungsmittels führt.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient das Regenerationsschaltermittel vorzugsweise dazu, eine Ladung an dem Ende der Ladephase von dem Spannungsversorgungsmittel an das erste Ladungsspeichermittel und auch an das zweite Ladungsspeichermittel vor der anschließenden Entladephase zu übertragen. Am bevorzugtesten wird das Regenerationsschaltermittel verwendet, um eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel an die zweite Spannungsschiene zu übertragen, sodass die Spannung an dem zweiten Ladungsspeichermittel erhöht ist (wobei die erste Spannungsschiene von dem Spannungsversorgungsmittel versorgt wird). Das Spannungsversorgungsmittel umfasst vorzugsweise eine Fahrzeugbatterie und vorteilhafterweise ist kein Transformator erforderlich, um die von der Fahrzeugbatterie erzeugte Spannung hochzutransformieren. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass es nicht notwenig ist, eine zugeordnete Energieversorgung (wie z. B. einen Transformator) vorzusehen, was zu einer kostengünstigeren und besser steuerbaren Treiberschaltung gegenüber den im Stand der Technik bekannten führt.
Wenn Injektoren, die bei ungefähr –12 Volt betrieben werden können, in der Treiberschaltung verwendet werden, so ist das Verhältnis zwischen dem kapazitiven Widerstand des ersten Ladungsspeichermittels und des zweiten Ladungsspeichermittels vorzugsweise auswählbar, um die erforderliche negative Injektor-Betriebesspannung zu erzielen.
In beiden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Treiberschaltung ferner ein Schaltermittel mit einem ersten Schalter (wie z. B. einem „Lade"-Schalter), der geschlossen werden kann, um die Ladephase zu aktivieren, und einem zweiten Schalter (wie z. B. einem „Entlade"-Schalter), der geschlossen werden kann, um die Entladephase zu aktivieren, umfassen. Daher ist das Regenerationsschaltermittel in der ersten Ausführungsform vorzugsweise aufgebaut, um in Ansprechen auf den Betrieb des zweiten Schalters eine Ladung von dem Spannungsversorgungs mittel an das zweite Ladungsspeichermittel zu übertragen, wenn eine Ladung durch das Spannungsversorgungsmittel an das erste Ladungsspeichermittel geliefert wird. Allerdings ist in der zweiten Ausführungsform das Regenerationsschaltermittel vorzugsweise aufgebaut, um in Ansprechen auf den Betrieb des zweiten Schalters eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel an das erste und das zweite Ladungsspeichermittel zu übertragen.
Das Regenerationsschaltermittel muss nicht zwischen allen Injektionsereignissen in Funktion sein, sondern kann selektiv zwischen nur wenigen Injektionsereignissen in Funktion sein.
Vorzugsweise umfassen das erste und zweite Ladungsspeichermittel Kondensatoren und die Energiespeichereinrichtung ist ein Induktor.
Vorzugsweise umfasst die Treiberschaltung erste und zweite Injektoren, welche parallel angeordnet sind und mit dem Schaltermittel, dem Regenerationsschaltermittel und einem weiteren Schaltermittel wirksam verbunden sind, um eine unabhängige Auswahl des ersten oder zweiten Injektors zu steuern, um zu ermöglichen, dass während einer Entladephase ein Entladestrom an den gewählten Injektor geliefert wird, um ein Injektionsereignis einzuleiten.
Die Treiberschaltung ist vorzugsweise als eine Halbbrückenschaltung ausgestaltet, die einen mittleren Schaltungszweig aufweist, wobei der erste und zweite Injektor in dem mittleren Schaltungszweig parallel angeordnet sind.
Die Treiberschaltung kann auch ein Spannungserfassungsmittel zur Erfassung der Spannung an dem gewählten Injektor (und, falls gewünscht, auch dem nicht gewählten Injektor) und ein Steuerungsmittel zum Empfang eines Signals umfassen, das die erfasste Spannung anzeigt, und um ein Beendigungssteuerungssignal an das weitere Schaltermittel bereitzustellen, um die Ladephase des gewählten Injektors zu beenden, sobald eine vorbestimmte Ladungsschwellenspannung erfasst wird. Das Steuerungsmittel kann auch angeordnet sein, um das Schaltermittel mit einem Einleitungssignal zu versorgen, um die Ladephase des gewählten Injektors einzuleiten. Das Steuerungsmittel kann auch angeordnet sein, um das Schaltermittel mit einem Einleitungssteuerungssignal zu versorgen, um den Entlademodus des gewählten Injektors einzuleiten und das Schaltermittel mit einem Beendigungssteuerungssignal zu versorgen, um die Entladephase zu beenden, sobald eine vorbestimmte Entladungsschwellenspannung erfasst wird.
Die Treiberschaltung kann auch ein Erfassungsmittel zur Erfassung der Spannung an dem ersten und zweiten Kondensator umfassen. Das Steuerungsmittel kann auch angeordnet sein, um ein Einleitungssignal bereitzustellen, um die Regenerationsphase der Schaltung einzuleiten, und um ein Beendigungssignal bereitzustellen, um die Regenerationsphase zu beenden.
Das Steuerungsmittel kann ferner angeordnet sein, um ein pulsweitenmoduliertes Signal bereitzustellen, um den Entladeschalter während der Regenerationsphase abwechselnd zu freizugeben und zu sperren (d. h. den Entladeschalter auf- und zuzutasten).
Unter „Freigeben" des Entladeschalters ist zu verstehen, dass der Entladeschalter in einen derartigen Zustand versetzt wird, dass er, entweder unter der direkten Steuerung des Mikroprozessors über ein pulsweitenmoduliertes Signal, dadurch, dass der Regenerationsstrom unter einen vorbestimmten Strompegel fällt, oder mithilfe eines anderen beliebigen geeigneten Verfahrens aktiviert (d. h. geschlossen) werden kann. Ebenso ist unter „Sperren" des Entladeschalters zu verstehen, dass der Entladeschalter in einen derartigen Zustand versetzt wird, dass er nicht aktiviert werden kann, ohne zuerst freigegeben zu werden.
Die Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung ist geeignet, um eine Gruppe von mindestens zwei Injektoren zu steuern, wobei jeder Injektor derart angeordnet ist, um Kraftstoff in einen zugehörigen Brennraum oder Motorzylinder einzuspritzen. Die Gruppe kann eine beliebige Anzahl von Injektoren umfassen und ein Motor kann, abhängig von der Anzahl der Motorzylinder, mehr als eine Injektorgruppe aufweisen. Die Treiberschaltung ist jedoch ebenso anwendbar, um nur einen einzigen Injektor zu steuern. Aufgrund dessen, dass die Treiberschaltung der vorliegenden Erfindung erste und zweite Spannungsschienen aufweist, ist die Treiberschaltung bidirektional wirksam und ist daher geeignet, um bipolare Kraftstoffinjektoren anzusteuern, die für ihren Betrieb sowohl positive als auch negative Spannungen benötigen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerungsverfahren für eine Injektoranordnung mit mindestens einem Injektor vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: wirksames Verbinden eines ersten Ladungsspeichermittels mit einem des mindestens einen Injektors während einer Entladephase, um zu bewirken, dass ein Entladestrom dort hindurch fließt, um dadurch ein Injektionsereignis einzuleiten; wirksames Verbinden eines zweiten Ladungsspeichermittels mit dem mindestens einen Injektor während einer Ladephase, um zu bewirken, dass ein Ladestrom dort hindurch fließt, um dadurch das Injektionsereignis zu beenden; Aktivieren eines Regenerationsschaltermittels an dem Ende der Ladephase, um eine Regenerationsphase einzuleiten, in welcher eine Ladung von einem Spannungsversorgungsmittel an eine Energiespeichereinrichtung übertragen wird, und von der Energiespeichereinrichtung vor der anschließenden Entladephase an zumindest das zweite Ladungsspeichermittel übertragen wird; und Deaktivieren des Regenerationsschaltermittels, um die Regenerationsphase zu beenden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird während des Aktivierungsschritts eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel an die Energiespeichereinrichtung übertragen und anschließend von der Energiespeichereinrichtung an das erste und zweite Ladungsspeichermittel übertragen. In einer weiteren Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung wird eine Ladung während des Aktivierungsschritts von dem Spannungsversorgungsmittel an das erste Ladungsspeichermittel übertragen und anschließend von dem ersten Ladungsspeichermittel an die Energiespeichereinrichtung zur Übertragung an das zweite Ladungsspeichermittel übertragen.
Die Schritte der Übertragung einer Ladung an die und von der Energiespeichereinrichtung werden vorzugsweise periodisch ausgeführt, am bevorzugtesten unter der Steuerung eines pulsweitenmodulierten (PWM) Signals.
Der Wirkungsgrad der Kraftstoffinjektoren bestimmt, wie viel Energie aus dem ersten und zweiten Ladungsspeichermittel entfernt wird, und bestimmt auch einen Spitzenstrom in der Energiespeichereinrichtung über eine Zeitspanne zur Regeneration der in dem ersten und zweiten Ladungsspeichermittel gespeicherten Ladung. Anders ausgedrückt, je effizienter der Injektor ist, desto kleiner ist der Strom in der Energiespeichereinrichtung und desto kürzer ist die erforderliche Regenerationszeit. Es ist daher ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die Regenerationszeit steuerbar ist.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise den weiteren Schritt eines Variierens der Eigenschaften (z. B. des Tastverhältnisses und der Modulationsfrequenz) des PWM-Signals. Das erforderliche Tastverhältnis kann von der Spannung des Spannungsversorgungsmittels abhängig sein. Wenn die Spannung des Spannungsversorgungsmittels z. B. niedrig ist, dann sind längere PWM-EIN-Zeiten erforderlich, und umgekehrt sind dann, wenn die Spannung des Spannungsversorgungsmittels hoch ist, kürzere PWM-EIN-Zeiten notwendig. Das Tastverhältnis und/oder die Modulationsfrequenz des PWM-Signals wird/werden optional durch den Mikroprozessor variiert, z. B. um das Regenerationsschaltermittel direkt zu betätigen. Vorzugsweise können die Eigenschaften des PWM-Signals gesteuert werden, indem zugelassen wird, dass die Treiberschaltung den Strom in der Energiespeichereinrichtung dadurch detektiert, dass sie ein normales Entladeereignis beginnt, aber das Regenerationsschaltermittel anstelle eines Injektors auswählt.
Das Verfahren kann den weiteren Schritt umfassen, dass gesteuert wird, ob das erste oder das zweite Ladungsspeichermittel mit dem Injektor wirksam verbunden ist.
Das Verfahren kann auch die Schritte eines Bereitstellens eines Regenerationseinleitungssignals, um das Regenerationsschaltermittel zu aktivieren und somit die Regenerationsphase zu beginnen, und eines Bereitstellens eines Regenerationsbeendigungssignals, um das Regenerationsschaltermittel zu deaktivieren und somit die Regenerationsphase zu beenden, umfassen.
Vorzugsweise kann das Regenerationseinleitungssignal nach jedem Injektionsereignis bereitgestellt werden. Alternativ kann das Regenerationseinleitungssignal nach einer vorbestimmten Anzahl von Injektionsereignissen bereitgestellt werden. Das heißt, die Regenerationsphase kann zwischen Injektionsereignissen ausgeführt werden. Die Regenerationsphase wird zweckmäßigerweise über eine Zeitspanne ausgeführt, die notwendig ist, um eine konstante Ladung an dem ersten und dem zweiten Ladungsspeichermittel aufrechtzuerhalten.
Es wird einzusehen sein, dass die vorliegende Erfindung, wenngleich sie insbesondere auf ein Injektorsystem anwendbar ist, in dem die Injektoren piezoelektrische Aktuatoren aufweisen, ebenso auf jedes beliebige System anwendbar ist, in welchem die Injektoren kondensatorartige Eigenschaften aufweisen, wie z. B. elektromotorbetriebene Injektoren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Blockdiagramm ist, dass eine Treiberschaltung gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Steuern eines piezoelektrischen Kraftstoffinjektors in einem Motor veranschaulicht;
2a ein Schaltplan ist, der die piezoelektrische Treiberschaltung von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2b den Schaltplan von 2a zeigt, der den Stromflusspfad während einer Regenerationsphase eines Betriebes der Schaltung anzeigt;
3a ein Graph zur Veranschaulichung der Energieniveaus in einem ersten Kondensator in der Treiberschaltung von 2 während eines Betriebes der Treiberschaltung ist;
3b ein Graph ist, der die Energieniveaus in einem zweiten Kondensator in der Treiberschaltung von 2 während eines Betriebes der Treiberschaltung veranschaulicht;
3c ein Graph ist, der den Strom in einem Induktor, das Pulsieren eines Entladeschalters und die Aktivierung eines Regenerationsschalters in der Treiberschaltung von 2 während eines Betriebes der Treiberschaltung zeigt;
3d ein Graph zur Veranschaulichung eines an einen Kraftstoffinjektor angelegten Ansteuerungsimpulses, um ein Injektionsereignis einzuleiten und zu beenden, ist;
3e das Freigeben/Sperren und Aktivieren/Deaktivieren eines Schalters während eines Betriebes der Treiberschaltung von 2 veranschaulicht;
4 ein Schaltplan ist, der die piezoelektrische Treiberschaltung von 1 und den Stromflusspfad durch die Schaltung während der Regenerationsphase eines Betriebes der Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5a ein Graph ist, der die Energieniveaus in dem ersten Kondensator in der Treiberschaltung von 4 während eines Betriebes der Treiberschaltung veranschaulicht;
5b ein Graph ist, der die Energieniveaus in dem zweiten Kondensator in der Treiberschaltung von 4 während eines Betriebes der Treiberschaltung veranschaulicht; und
5c ein Graph ist, der den Strom in dem Induktor und den an einen Kraftstoffinjektor angelegten Ansteuerungsimpuls, um ein Injektionsereignis einzuleiten und zu beenden, veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf 1 ist allgemein ein Motor 10, wie z. B. ein Kraftfahrzeugmotor gezeigt, der einen ersten und einen zweiten piezoelektrischen Kraftstoffinjektor 12a und 12b aufweist, um Kraftstoff in einzelne Zylinder oder einen Einlasskrümmer des Motors 10 zu dosieren und einzuspritzen. Die piezoelektrischen Kraftstoffinjektoren 12a und 12b steuern die Menge an fluidischem (z. B. flüssigem) Kraftstoff, die während jedes Kraftstoffinjektionshubes des Motors 10 von einer Kraftstoffleitung eines Kraftstoffversorgungssystems in einen Motor eingespritzt wird. Die piezoelektrischen Kraftstoffinjektoren 12a und 12b können in einem Dieselmotor verwendet werden, um Dieselkraftstoff in den Motor einzuspritzen, oder können in einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor verwendet werden, um verbrennbares Benzin in den Motor einzuspritzen. Obwohl in der Ausführungsform von 1 zwei piezoelektrische Kraftstoffinjektoren 12a und 12b gezeigt und beschrieben sind, sollte einzusehen sein, dass der Motor 10 mehr piezoelektrische Kraftstoffinjektoren umfassen kann, die alle von einer gemeinsamen Treiberschaltung gesteuert sein könnten.
Der Motor 10 wird allgemein von einem Motorsteuergerät (ECM) 14 gesteuert. Das ECM 14 umfasst allgemein einen Mikroprozessor und Speicher 16, um verschiedene Steuerroutinen zum Steuern des Betriebes des Motors 10, unter anderem die Steuerung der Kraftstoffinjektion, auszuführen. Das ECM 14 kann die Motordrehzahl und -last überwachen und die Kraftstoffmenge und die Injektionsverstellung zur Injektion von Kraftstoff in den Motorzylinder steuern. Ebenfalls in dem Mikroprozessor und Speicher 16 enthalten ist ein Geber 24 von pulsweitenmodulierten Signalen, um pulsweitenmodulierte (PWM) Signale 26 zu erzeugen, deren Zweck später im Detail beschrieben wird.
Gemäß der der vorliegenden Erfindung ist eine piezoelektrische Halbbrücken-Treiberschaltung 20a, 20b gezeigt, die in dem Motorsteuergerät 14 integriert ist. Die Treiberschaltung 20a, 20b ist derart angeordnet, um die High-Side-Injektorspannungen INJ1HI, INJ2HI und die Low-Side-Injektorspannungen INJ1LO, INJ2LO zu überwachen und zu steuern und die Betätigung der piezoelektrischen Kraftstoffinjektoren 12a und 12b zum Öffnen und Schließen der Injektoren zu steuern. Die piezoelektrische Treiberschaltung 20a, 20b kann in dem Motorsteuergerät 14 integriert sein, wie gezeigt, oder kann getrennt davon vorgesehen sein. Der Mikroprozessor und Speicher 16 liefern verschiedene Steuerungssignale 18, 26 an die Treiberschaltung 20a, 20b.
Die piezoelektrische Treiberschaltung 20a, 20b, wie hierin gezeigt und beschrieben, arbeitet in einer Entladephase, die einen Injektor 12a, 12b entlädt, um das Injektorventil zu öffnen und Kraftstoff einzuspritzen, und arbeitet ferner in einer Ladephase, die einen Injektor 12a, 12b lädt, um das Injektorventil zu schließen und eine Injektion von Kraftstoff zu verhindern. In diesem Fall sind die Injektoren vom Negativladungs-Verschiebungstyp. Die Treiberschaltung 20a, 20b und die Injektoren 12a und 12b könnten jedoch anders ausgestaltet sein, um während einer Ladephase zu öffnen und während einer Entladephase zu schließen, wobei die Injektoren vom Positivladungs-Verschiebungstyp sind.
Die piezoelektrische Treiberschaltung 20a gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im Detail in dem Blockdiagramm/Schaltplan von 2a veranschaulicht. Die Treiberschaltung 20a umfasst eine erste und eine zweite Spannungsversorgungsschiene V₀ und V₁ und ist allgemein als eine Halbbrücke mit einem mittleren Schaltungsstrompfad 32 ausgestaltet, der als ein bidirektionaler Strompfad dient. Der mittlere Schaltungszweig 32 umfasst einen Induktor L1 und ein Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34, das in Serie mit einer Parallelverbindung der Injektoren 12a und 12b und einer zugehörigen Schaltschaltung gekoppelt ist. Jeder Injektor 12a und 12b weist die elektrischen Eigenschaften eines Kondensators auf, wobei sein piezoelektrischer Aktuatorstapel aufladbar ist, um eine Spannung zu halten, welche die Potentialdifferenz zwischen den Lade(+) und Entlade(–)-Anschlüssen der Injektoren 12a und 12b ist. Eine Ladung und Entladung eines jeden Injektors 12a, 12b wird erreicht, indem der Stromfluss durch den bidirektionalen Strompfad 32 mithilfe des Mikroprozessors 16 gesteuert wird.
Die Treiberschaltung 20a umfasst ferner einen ersten und einen zweiten Schalter Q1 und Q2 zum Steuern der Lade- und Entladefunktionen des Injektors 12a und/oder 12b. Die Schalter Q1 und Q2 können jeweils einen n-Kanal-Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) mit einem Gatesteuerungs-Stromfluss von dem Kollektor an den Emitter umfassen. Jeder der Schalter Q1 und Q2 lässt einen unidirektionalen Stromfluss von dem Kollektor an den Emitter zu, wenn er eingeschaltet ist, und verhindert einen Stromfluss, wenn er ausgeschaltet ist. Jeder Schalter Q1, Q2 weist eine entsprechende damit verbundene Rezirkulationsdiode D1, D2 auf, um zuzulassen, dass ein Rezirkulationsstrom zu den Energiespeicherkondensatoren C1, C2 während einer Energierückgewinnungs- oder -rezirkulationsphase des Betriebes der Schaltung und auch eine Regenerationsphase zurückkehrt, wie unten stehend im Detail beschrieben. Der erste Energiespeicherkondensator C1 ist mit der ersten und der zweiten Spannungsversorgungsschiene V₀ und V₁ verbunden, wogegen der zweite Energiespeicherkondensator C2 mit der ersten Spannungsversorgungsschiene V₀ und Masse verbunden ist.
Die Treiberschaltung 20a umfasst auch eine Spannungsquelle 22 wie z. B. eine Fahrzeugbatterie. Allerdings umfasst die Treiberschaltung 20a der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu bekannten Treiberschaltungen für Injektoranordnungen keine zugeordnete Energieversorgung, um Energie an den ersten C1 und den zweiten C2 Energiespeicherkondensator zu liefern, wie die durch die Strichlinien 85 in 2a angezeigten.
Jeder der Injektoren 12a, 12b ist in Serie mit einem zugeordneten Wählerschalter Q3, Q4 verbunden. Jeder Wählerschalter Q3, Q4 besitzt typischerweise die Form eines IGBT, der ein Gate aufweist, das mit einem Gate-Treiber gekoppelt ist, der an einem Bias-Versorgungseingang gespeist wird. Wenn z. B. der dem ersten Injektor 12a zugeordnete Wählerschalter Q3 aktiviert wird (d. h. eingeschaltet wird), wird ein Stromfluss (I_ENTLADEN) in einer Entladerichtung durch den gewählten Injektor zugelassen. Eine Diode D3 ist parallel mit dem Wählerschalter Q3 verbunden, um zuzulassen, dass ein Strom (I_LADEN) in der Laderichtung während der Ladephase des Betriebes der Schaltung fließt. Ebenso ist eine Diode D4 parallel mit dem Wählerschalter Q4 für den zweiten Injektor 12b verbunden.
Ein Regenerationsschalter Q5 ist in der Schaltung 20 zwischen dem Induktor L1 und der Fahrzeugbatterie 22 umfasst, um die Batterie mit dem ersten C1 und dem zweiten C2 Kondensator zu verbinden (und davon zu trennen). Der Regenerationsschalter Q5 besitzt typischerweise die Form eines IGBT, der ein Gate aufweist, das mit einem Gate-Treiber gekoppelt ist, der an einem Bias-Versorgungseingang gespeist wird. Eine Diode D5 ist in Serie mit dem Regenerationsschalter Q5 verbunden, um zu verhindern, dass während der Ladephase ein Strom dort hindurch fließt.
Das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34 ist angeordnet, um den Strom in dem Pfad 32 zu erfassen, den erfassten Strom mit vorbestimmten Stromschwellenwerten I_P und I_R zu vergleichen und Ausgangssignale zu erzeugen, wobei I_P der Spitzenstrom-Schwellenwert ist und I_R der Rezirkulationsstrom-Schwellenwert ist. Vorbestimmte Werte für I_P und I_R sind in dem Mikroprozessor und Speicher 16 zusammen mit einer Ladungsschwellenspannung (V_CHARGE) und einer Entladungsschwellenspannung (V_DISCHARGE) gespeichert. Vorbestimmte Spannungspegel V_ge1 und V_ge2 an den Kondensatoren C1 und C2, um zu bestimmen, wann die Regenerationsphase beendet werden soll, können ebenfalls in dem Mikroprozessor und Speicher 16 gespeichert sein. Falls erforderlich, können die Stromschwellenwerte I_P und I_R, die Schwellenspannungen V_CHARGE und V_DISCHARGE und die Spannungspegel V_ge1 und V_ge2 verstellbar sein.
Ein Spannungserfassungsmittel (nicht gezeigt) ist ebenfalls vorgesehen, um die Spannung V_SENSE an dem Injektor 12a, 12b, der für eine Injektion gewählt ist, zu erfassen. Das Spannungserfassungsmittel kann auch verwendet werden, um die Spannungen V_c1 und V_c2 an dem ersten C1 und dem zweiten C2 Kondensator und die Spannung der Fahrzeugbatterie 22 zu erfassen. Der Mikroprozessor und Speicher 16 stellt ferner ein Lade/Entladesignal C/D (das verwendet werden kann, um einen Schalter freizugeben und zu sperren), einen Injektor-Wähler zum Auswählen eines der Injektoren während des Entladebetriebes und ein Steuerungssignal zum Aktivieren des Regenerationsschalters Q5 bereit.
Die Treiberschaltung 20a umfasst auch eine Steuerungslogik 30 zum Empfangen des Ausgangs des Stromerfassungs- und Steuerungsmittels 34, der erfassten Spannung V_SENSE von dem positiven Anschluss (+) der Injektoren 12a und 12b und der verschiedenen Ausgangssignale von dem Mikroprozessor und Speicher 16. Die Steuerungslogik 30 kann ferner eine Software umfassen, die von dem Mikroprozessor und Speicher 16 ausgeführt wird, um die verschiedenen Eingänge zu verarbeiten und so Steuerungssignale für jeden der Lade/Entladeschalter Q1, Q2, der Wählerschalter Q3, Q4 und den Regenerationsschalter Q5 zu erzeugen.
Während des Betriebes der Treiberschaltung 20a wird ein Treiberimpuls (oder eine Spannungswellenform) an den piezoelektrischen Aktuator der Kraftstoffinjektoren 12a und 12b angelegt. Der Treiberimpuls variiert zwischen der Ladungsspannung V_CHARGE und der Entladungsspannung V_DISCHARGE. Wenn sich der Injektor 12a in einem Nicht-Injektions-Zustand vor einer Injektion befindet, befindet sich der Treiberimpuls bei V_CHARGE, sodass eine relativ hohe Spannung an den piezoelektrischen Aktuator angelegt wird. Typischerweise liegt V_CHARGE bei etwa 200 bis 300 V. Wenn es erforderlich ist, ein Injektionsereignis einzuleiten, wird der Treiberimpuls auf V_DISCHARGE reduziert, die typischerweise etwa –100 V beträgt. Um die Injektion zu beenden, wird die Spannung des Treiberimpulses wiederum auf seinen Ladungsspannungspegel V_CHARGE erhöht.
Die Treiberschaltung 20a arbeitet allgemein in drei Phasen: (1) einer Entladephase, um einen gewählten der Kraftstoffinjektoren 12a, 12b zu öffnen; (2) einer Ladephase, um die Kraftstoffinjektoren 12a und 12b zu schließen; und (3) einer Regenerationsphase, um die Energiespeichereinrichtungen C1 und C2 in der Schaltung 20a wieder spannungsführend zu machen, sodass eine zugeordnete Energieversorgung nicht erforderlich ist. Jede dieser Phasen wird nun im Detail beschrieben.
Während der Entladephase wird der Entladeschalter Q2 aktiviert (d. h. geschlossen) und einer der Wählerschalter Q3 und Q4 wird aktiviert, um einen der Injektoren 12a und 12b für eine Injektion auszuwählen. So wird z. B. der Wählerschalter Q3 geschlossen, wenn es erforderlich ist, mit dem ersten Injektor 12a einzuspritzen. Der andere Wählerschalter Q4 für den zweiten Injektor 12b bleibt deaktiviert, da es nicht notwenig ist, dass der zweite Injektor 12b einspritzt.
Wenn es gewünscht ist, unter Verwendung des ersten Injektors 12a einzuspritzen, wird nach einer Aktivierung des Entladeschalters Q2 zugelassen, dass Strom direkt von der Spannungsversorgung 22 über den Kondensator C2 durch den Wählerschalter Q3 und in die entsprechende negative Seite des gewählten Injektors 12a fließt. Ein Entladestrom I_ENTLADEN fließt von der Injektorlast für den Injektor 12a durch das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34, durch den Induktor L1, durch den geschlossenen Entladeschalter Q2 und zurück zu dem negativen Anschluss des Kondensators C2. Da der Wählerschalter Q4 offen bleibt und auf Grund des Vorhandenseins der Diode D4 kann im Wesentlichen kein Strom durch den zweiten Injektor 12b in die negative Seite des Injektors 12b fließen.
Das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34 überwacht den Stromfluss durch den bidirektionalen Strompfad 32, während er sich aufbaut, und sobald der Spitzenstrom-Schwellenwert I_P erreicht ist, wird ein Ausgangssignal erzeugt, um die Deaktivierung (d. h. Öffnung) des Entladeschalters Q2 einzuleiten. An diesem Punkt rezirkuliert der in dem Induktor L1 aufgebaute Strom durch die dem Ladeschalter Q1 zugehörige Diode D1. Folglich ändern sich die Richtung des Stromflusses durch den Induktor L1 und der gewählte von den Injektoren 12a und 12b nicht. Dies ist als die „Rezirkulationsphase" der Entladephase des Betriebes der Treiberschaltung 20a bekannt.
Während der Rezirkulationsphase fließt Strom direkt von der negativen Seite des Kondensators C1 durch den gewählten Schalter Q3, durch den gewählten Injektor 12a, durch das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34, durch den Induktor L1 und zuletzt durch die Diode D1 und in die positive Seite des Kondensators C1. Während dieser Rezirkulationsphase wird Energie von dem Induktor L1 und dem gewählten von den piezoelektrischen Injektoren 12a und 12b an den Kondensator C1 zur Energiespeicherung darin übertragen.
Das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34 überwacht den Rezirkulationsstrom, und wenn der Rezirkulationsstrom unter den Rezirkulationsstrom-Schwellenwert I_R gefallen ist, wird ein Signal erzeugt, um den Entladeschalter Q2 zu reaktivieren und dadurch den Entladebetrieb fortzusetzen. Die Spannung V_inj1 oder V_inj2 an dem gewählten Injektor 12a oder 12b wird von dem Spannungserfassungsmittel (nicht gezeigt) ebenfalls überwacht und der Zyklus des Stromaufbaus und der Rezirkulation wird fortgesetzt, bis der entsprechende Entladespannungspegel (Schwellenwert V_DISCHARGE) erreicht wurde.
In diesem Entladezyklus liefert der Kondensator C2 Energie, während der Kondenstor C1 Energie zum Speichern empfängt. Sobald die entsprechende Endladeschwellenspannung V_DISCHARGE erreicht ist, wird die Halbbrücken-Treiberschaltung 20a deaktiviert, bis ein Ladezyklus eingeleitet wird.
Um den ersten Injektor 12a zu laden (d. h. zu schließen), wird der Ladeschalter Q1 aktiviert und somit zugelassen, dass ein Ladestrom I_LADEN durch den Strompfad 32 und zu dem ersten Injektor 12a fließt. Dies ist als die Ladephase des Betriebes der Treiberschaltung 20a bekannt. Während der Ladephase wird der Großteil des Ladestroms I_LADEN durch den zuvor entladenen Injektor (d. h. den ersten Injektor 12a) fließen. Der zweite Injektor 12b, der vorher nicht entladen wurde, wird Strom empfangen, wenn die entsprechende Spannung V_inj2 an ihm unter die Ladeschwellenspannung V_CHARGE abgefallen ist.
Das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34 überwacht den Stromaufbau, und sobald der Spitzenstrom-Schwellenwert I_P erreicht ist, erzeugt die Steuerungslogik 30 ein Steuerungssignal, um den Ladeschalter Q1 zu öffnen. An diesem Punkt rezirkuliert der in dem Induktor L1 aufgebaute Strom durch die dem (offenen) Entladeschalter Q2 zugehörige Diode D2. Dies ist die Rezirkulationsphase der Ladephase des Betriebes der Treiberschaltung 26. Daher ändert sich die Richtung des Stromflusses durch den Induktor L1 und die Injektoren 12 und 12b nicht.
Während der Rezirkulationsphase fließt Strom von der negativen Seite des zweiten Kondensators C2 durch die dem Entladeschalter Q2 zugehörige Diode D2, durch den Induktor L1 und das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34, durch die Injektoren 12a und 12b, durch die Dioden D3 und D4 und in die positive Seite des Energiespeicherkondensators C2. Während dieser Rezirkulationsphase wird Energie von dem Induktor L1 und den piezoelektrischen Injektoren 12a und 12b an den Energiespeicherkondensator C2 übertragen. Das Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34 überwacht den Rezirkulationsstrom, und wenn der Rezirkulationsstrom unter den Rezirkulationsstrom-Schwellenwert I_R gefallen ist, wird ein Signal erzeugt, um den Ladeschalter Q1 zu reaktivieren und den Ladeprozess fortzusetzen. Die Spannung an dem gewählten Injektor 12a wird überwacht und der Zyklus des Stromaufbaus und der Rezirkulation wird fortgesetzt, bis der entsprechende Ladungsspannungspegel (Schwellenwert V_CHARGE) erreicht wurde. In dieser Ladephase liefert der Energiespeicherkondensator C1 Energie, und der Energiespeicherkondenstor C2 empfängt Energie zum Speichern. Sobald der entsprechende Ladungsschwellenspannung V_CHARGE erreicht ist, wird die Halbbrücken-Treiberschaltung 20a deaktiviert, bis ein Entladezyklus eingeleitet wird.
Anschließend an die Ladephase folgt an dem Ende des Injektionsereignisses die Regenerationsphase. Während der Regenerationsphase wird der Regenerationsschalter Q5 (der während der Lade- und Entladephase deaktiviert blieb) aktiviert und der Entladeschalter Q2 wird unter der Steuerung des pulsweitenmodulierten Signals 26 geöffnet und geschlossen, bis die Spannungen an dem ersten C1 und dem zweiten C2 Kondensator vorbestimmte Pegel (d. h. V_ge1 und V_ge2 in den 3a bzw. 3b) erreichen.
Unter Bezugnahme auf 2b wird bei aktiviertem Regenerationsschalter Q5, während der Entladeschalter Q2 eingeschaltet ist, Strom von der Fahrzeugbatterie 22 gezogen und gelangt durch den Induktor L1 und den Entladeschalter Q2, wie durch die gestrichelten Pfeile 87 veranschaulicht ist. Wenn der Entladeschalter Q2 ausgeschaltet wird, fließt Strom von der Fahrzeugbatterie 22 durch den Induktor L1, durch die dem Ladeschalter Q1 zugehörige Diode D1 und gelangt durch die Kondensatoren C1 und C2 (von positiv zu negativ), sodass die Spannung V_c1 und V_c2 an den Konden satoren C1 und C2 ansteigt und die darin gespeicherte Energie zunimmt. Somit erhöht der Induktor L1 während der Regenerationsphase die Batteriespannung, um die Spannung an der ersten und zweiten Spannungsversorgungsschiene V₀ und V₁ zu erhöhen, sodass die Spannung an den Kondensatoren C1 und C2 ebenfalls ansteigt (d. h., der Induktor L1 dient als Energieversorgungsmittel). Der Strompfad während der Regenerationsphase ist durch die ausgezogenen Pfeile 89 in 2b veranschaulicht.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3a und 3b sind die Energien Ec1 und Ec2, die in den Kondensatoren C1 und C2 gespeichert sind, während der Entlade-, Lade- und Regenerationsphasen gezeigt.
Es ist gezeigt, dass die Energie E_C1, die in dem Kondensator C1 (durch die Linie 40A in 3a angegeben) gespeichert ist, während der Entladephase über eine Wellenform 42A mit Spitzen 46A ansteigt und während der Ladephase über eine Wellenform 44A mit Spitzen 48A abnimmt. Die Wellenform 50A zeigt die in dem Kondensator C1 gespeicherte Energie, die während der Regenerationsphase zunimmt, während der Entladeschalter Q2 auf- und zugetastet wird. Es sind auch Spitzen 52A gezeigt, die veranschaulichen, dass Energie jedes Mal, wenn der Entladeschalter Q2 zwischen dem aktivierten (geschlossenen) und deaktivierten (offenen) Zustand geschaltet wird, an den ersten Kondensator C1 übertragen wird.
Es ist gezeigt, dass die Energie Ec2, die in dem Kondensator C2 (durch die Linie 40b in 3b angegeben) gespeichert ist, während der Entladephase über eine Wellenform 42B mit Spitzen 46B abnimmt und während der Ladephase über eine Wellenform 44B mit Spitzen 48B ansteigt. Die Wellenform 50B zeigt die in dem Kondensator C2 gespeicherte Energie, die sich während der Regenerationsphase erhöht, während der Entladeschalter Q2 auf- und zugetastet wird. Es sind auch Spitzen 52B gezeigt, die veran schaulichen, dass Energie jedes Mal, wenn der Entladeschalter Q2 zwischen dem aktivierten (geschlossenen) und deaktivierten (offenen) Zustand geschaltet wird, an den zweiten Kondensator C2 übertragen wird.
3c zeigt den Strom I_L1 durch den Induktor L1, das Ein- und Ausschalten des Entladeschalters Q2 und das Ein- und Ausschalten des Regenerationsschalters Q5 während der Lade-, Entlade- und Regenerationsphase.
Es ist gezeigt, dass der Induktorstrom I_L1 (durch die Linie 50 angegeben) während eines Stromaufbaus stufenweise bis ca. minus zwanzig Ampere (–20 A) abfällt und während der Rezirkulationsphase der Entladephase auf etwa minus fünf Ampere (–5 A) zurückgeht, wie durch die Spitzen 56 der Wellenform 52 gezeigt. Während der Ladephase steigt der Induktorstrom I_L1 während des Stromaufbaus von etwa null Ampere auf ca. zwanzig Ampere (+20 A) an und fällt während der Rezirkulationsphase stufenweise auf ca. fünf Ampere (+5 A) ab, wie durch die Spitzen 58 der Wellenform 54 gezeigt. Die Spitzen 56 und 58 des Stroms I_L1 treten so lange auf, wie die Spannung V_c2 oder V_c1 angelegt wird, um die Injektorspannung V_inj1 zu entladen oder zu laden, wie in 3d gezeigt. Die Wellenform 70 veranschaulicht, dass der Induktorstrom I_L1 während der Taktung des Entladeschalters Q2 während der Regenerationsphase (d. h. wenn der Regenerationsschalter Q5 aktiviert ist, wie durch die gestrichelte Linie 78 gezeigt) periodisch von etwa null Ampere auf ca. minus 15 Ampere (–15 A) abnimmt. Die Wellenform 72 stellt das Steuerungssignal dar, das an den Entladeschalter Q2 angelegt wird, um den Schalter zu aktivieren und zu deaktivieren. So veranschaulicht die Wellenform 74 z. B. die Taktung des Entladeschalters Q2 während der Rezirkulationsphase der Entladephase, während die Wellenform 76 die pulsweitenmodulierte Taktung des Entladeschalters Q2 während der Regenerationsphase des Schaltungsbetriebes darstellt.
3d zeigt die Lade/Entladespannung V_inj1 an dem Injektor 12a während der Lade-, Entlade- und Regenerationsphase. Die durch die Linie 60 in 3d gezeigte Injektorspannung V_inj1 zeigt, wie die Spannung V_inj1 des ersten Injektors 12a in der Wellenform 62 während der Entladephase abnimmt und in der Wellenform 64 während der Ladephase ansteigt. Die Linie 66 zeigt, wie die Spannung V_inj1 des ersten Injektors 12a während der Regenerationsphase des Schaltungsbetriebes im Wesentlichen konstant bleibt.
Zusammengefasst sind, wenn es notwendig ist, mit einem gewählten Injektor (z. B. dem ersten Injektor 12a) einzuspritzen, der Entladeschalter Q2 und der Wählerschalter Q3 des ersten Injektors beide geschlossen. Während der nachfolgenden Entlade- und Rezirkulationsphase wird der Entladeschalter Q2 automatisch geöffnet und geschlossen, bis die Spannung an dem gewählten Injektor 12a auf den geeigneten Spannungsentladepegel (d. h. V_DISCHARGE, wie in 3d gezeigt) reduziert ist, um eine Injektion einzuleiten. Nach einer vorbestimmten Zeit, für die eine Injektion erforderlich ist, wird das Schließen des Injektors 12a erreicht, indem der Ladeschalter Q1 geschlossen wird, wodurch bewirkt wird, dass ein Ladestrom durch den ersten und den zweiten Injektor 12a und 12b fließt. Während der nachfolgenden Lade- und Rezirkulationsphase wird der Ladeschalter Q1 kontinuierlich geöffnet und geschlossen, bis der geeignete Ladespannungspegel (d. h. V_CHARGE, wie in 3d gezeigt) erreicht ist. Während der Regenerationsphase wird der Regenerationsschalter Q5 aktiviert und der Entladeschalter Q2 wird unter der Steuerung des pulsweitenmodulierten Signals 26 periodisch geöffnet und geschlossen, bis die Spannung an dem ersten C1 und dem zweiten C2 Kondensator einen vorbestimmten Pegel (d. h. V_ge1 und V_ge2 in den 3a bzw. 3b) erreicht.
Wenngleich der Betrieb der Schaltung 20a in der Lade-, Entlade- und Regenerationsphase unter Bezugnahme auf die Aktivierung der Lade- und Entladeschalter Q1 und Q2 erklärt wurde, können in der Praxis die Ladung, Entladung und Regeneration der Injektoren 12a und 12b auf mehrere Arten gesteuert werden. Erstens kann der Betrieb der Schaltung 20a in diesen Phasen ausgeführt werden, indem der Ladeschalter Q1 oder der Entladeschalter Q2 freigegeben wird und die Spitzenstrom- und Rezirkulationsstrom-Schwellenwerte I_P und I_R verwendet werden, um die Aktivierung und Deaktivierung des Ladeschalters oder Entladeschalters zu steuern (Modus 1). Oder sowohl eine Aktivierung als auch eine Deaktivierung des Ladeschalters Q1 oder Entladeschalters Q2 kann unter der direkten Steuerung des Mikroprozessors 16 ausgeführt werden, indem das Lade/Entladesignal C/D getaktet wird (Modus 2). Alternativ kann die Freigabe des Ladeschalters oder Entladeschalters unter der direkten Steuerung des Mikroprozessors 16 ausgeführt werden und die Deaktivierung des Ladeschalters oder des Entladeschalters kann erfolgen, wenn der in dem bidirektionalen Pfad 32 fließende Strom unter einen reduzierten Rezirkulationsstrom-Schwellenwert I_R fällt (Modus 3).
Die zuvor beschriebenen Modi sind in 3e veranschaulicht, wobei eine Diagrammkurve (a) zuerst den Strom I_INJ1 veranschaulicht, der in dem ersten Injektor 12a während einer Entladephase fließt (obwohl die Diagrammkurve gleichermaßen auf die Ladephase des Betriebes anwendbar ist). Wie ersichtlich, oszilliert der Strom in dem bidirektionalen Pfad 32 zwischen dem Spitzenstrom-Schwellenwert I_P und dem Rezirkulationsstrom-Schwellenwert I_R. Die Diagrammkurve (b) veranschaulicht das C/D-Signal, das sich von niedrig (sperren) zu hoch (freigeben) ändert, um den Entladeschalter Q2 während der Entladephase freizugeben. Die Diagrammkurve (c) zeigt, wie der Entladeschalter Q2 eingeschaltet wird, wenn der Strom I_P erreicht, und ausgeschaltet wird, wenn der Strom unter I_R fällt. Der Modus 2 ist in den Diagrammkurven (d) und (e) veranschaulicht, wobei das C/D-Signal (in der Diagrammkurve (d) gezeigt) getaktet wird, um den Entladeschalter Q2 freizugeben und zu sperren (in der Diagrammkurve (e) gezeigt).
Eine Treiberschaltung 20b gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. Die Treiberschaltung 20b ist allgemein ausgestaltet wie die Treiberschaltung 20a der ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche Komponenten gleiche Bezugsziffern aufweisen. Wie bei der ersten Treiberschaltung 20a weist die zweite Treiberschaltung 20b eine erste und eine zweite Spannungsversorgungsschiene V_supply und V₁ auf, und ist allgemein als eine Halbbrücke ausgestaltet, die einen mittleren Schaltungspfad 32 aufweist, der als ein bidirektionaler Strompfad dient. Die Treiberschaltung 20b umfasst auch einen Induktor L1 und ein Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34, das in Serie mit einer parallelen Verbindung der Injektoren 12a und 12b gekoppelt ist. Die zweite Treiberschaltung 20b umfasst auch einen ersten (Lade-) Schalter Q1 und einen zweiten (Entlade-)Schalter Q2 an entgegengesetzten Ecken der Halbbrückenanordnung, wobei jeder Schalter eine entsprechende Rezirkulationsdiode D1 und D2 aufweist, die mit ihnen verbunden sind, um zuzulassen, dass ein Rezirkulationsstrom während der Rezirkulationsphase zu dem ersten C1 und dem zweiten C2 Energiespeicherkondensator zurückkehrt und ein Regenerationsstrom I_regen während der Regenerationsphase zu den Energiespeicherkondensatoren fließt.
Die zweite Treiberschaltung 20b umfasst auch eine Spannungsquelle 22 wie z. B. eine Fahrzeugbatterie, die mit einer optionalen Stromversorgungseinheit (PSU) 36 verbunden sein kann. Die Stromversorgungseinheit 36 (falls erforderlich) ist zwischen Masse und der Spannungsschiene V_supply (die eine Niedrigspannungsschiene ist) verbunden und ist angeord net, um den zweiten Energiespeicherkondensator C2 mit Energie zu versorgen. Der erste Energiespeicherkondensator C1 ist mit der ersten und der zweiten Spannungsversorgungsschiene V_supply und V₁ verbunden, während der zweite Energiespeicherkondensator C2 mit der ersten Spannungsversorgungsschiene V_supply und Masse verbunden ist.
Jeder der Injektoren 12a und 12b ist in Serie mit einem zugehörigen Wählerschalter Q3 und Q4 verbunden und jeder Wählerschalter weist eine zugehörige Diode D3 und D4 auf. Die Funktion der Wählerschalter und der zugehörigen Dioden ist wie für die erste Treiberschaltung 20a beschrieben.
Ein Regenerationsschalter Q5 ist in der Schaltung 20b parallel mit dem ersten 12a und zweiten 12b Injektor enthalten, um den zweiten Energiespeicherkondensator C2 mit dem Induktor L1 zu verbinden. Der Regenerationsschalter Q5 besitzt typischerweise die Form eines IGBT mit einem Gate, das mit einem Gate-Treiber gekoppelt ist, der an einem Biasversorgungseingang gespeist wird. Der Regenerationsschalter Q5 weist eine zugehörige Schutzdiode D5 auf, die parallel mit ihm verbunden ist. Eine weitere Diode D6 ist in Serie mit dem Regenerationsschalter Q5 verbunden, um zu verhindern, dass Strom während der Ladephase dort hindurch fließt.
Das in dem mittleren Schaltungspfad 32 angeordnete Stromerfassungs- und Steuerungsmittel 34 besitzt dieselbe Funktion wie in der ersten Schaltung 20a und wird daher nicht weiter beschrieben. Ein Spannungserfassungsmittel (nicht gezeigt) ist ebenfalls vorgesehen, wie zuvor beschrieben.
Der Betrieb der zweiten Treiberschaltung 20b ist allgemein wie für die erste Treiberschaltung 20a beschrieben, allerdings mit einigen Unterschieden während der Regenerationsphase des Betriebes der Schaltung auf Grund des Vorhandenseins der Spannungsversorgung 22 (und optional der PSU 36), die mit der V_supply-Schiene der Schaltung verbunden ist.
Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung folgt die Regenerationsphase der Ladephase an dem Ende des Injektionsereignisses. Während der Regenerationsphase wird der Regenerationsschalter Q5 (der während der Lade- und Entladephase in seinem deaktivierten Zustand verblieben ist) aktiviert und der Entladeschalter Q2 wird unter der Steuerung des pulsweitenmodulierten Signals 26 geöffnet und geschlossen, bis die Energie an dem ersten C1-Kondensator einen vorbestimmten Pegel (d. h. E_C1 in 5a) erreicht. Wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Entladeschalter Q2 während der Regenerationsphase (und der Lade/Entladephase) auf dieselbe Weise wie zuvor beschrieben freigegeben werden.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 4 wird bei aktiviertem Regenerationsschalter Q5, während der Entladeschalter Q2 eingeschaltet ist, Strom aus der Fahrzeugbatterie 22 (oder der PSU 36) gezogen und gelangt durch den Regenerationsschalter Q5, die Diode D6, den Induktor L1, den Entladeschalter Q2 und durch den zweiten Energiespeicherkondensator C2 (wie durch die gestrichelten Pfeile veranschaulicht), sodass die Energie an dem zweiten Kondensator C2 abnimmt. Wenn der Entladeschalter Q2 ausgeschaltet wird, fließt Strom von dem ersten Kondensator C1 durch den Regenerationsschalter Q5, die Diode D6, den Induktor L1 und die dem Ladeschalter Q1 zugehörige Diode D1, sodass die Energie an dem ersten Kondensator C1 ansteigt (durch die fett gedruckten Pfeile gezeigt). Somit überträgt der Induktor L1 während der Regenerationsphase in der zweiten Ausführungsform der Erfindung Energie von dem zweiten Energiespeicherkondensator C2 an den ersten Energiespeicherkondensator C1, und die Fahrzeugbatterie 22 (oder die PSU 36) hält die Spannung an C2. Somit wird die Regenerationsphase verwendet, um Batteriespannung an die zweite Spannungsversorgungsschiene V₁ zu übertragen, sodass die Spannung an dem ersten Energiespeicherkondensator C1 ansteigt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5a und 5b sind die Energien E_C1 und E_C2, die in dem ersten C1 und dem zweiten C2 Kondensator gespeichert sind, während der Entlade-, Lade- und Regenerationsphase gezeigt.
Es ist gezeigt, dass die Energie E_C1, die in dem ersten Kondensator (durch die Linie 40A in 5a angegeben) gespeichert ist, während der Entladephase über eine Wellenform 42A mit Spitzen 46A ansteigt und während der Ladephase über eine Wellenform 44A mit Spitzen 48A abnimmt. Die Wellenform 50A zeigt die in dem ersten Kondensator C1 gespeicherte Energie, die während der Regenerationsphase zunimmt, während der Entladeschalter Q2 auf- und zugetastet wird. Es sind auch Spitzen 52A gezeigt, die veranschaulichen, dass Energie jedes Mal, wenn der Entladeschalter Q2 zwischen seinem aktivierten (geschlossenen) und deaktivierten (offenen) Zustand geschaltet wird, an den ersten Kondensator C1 übertragen wird.
Es ist gezeigt, dass die Energie E_C2, die in dem zweiten Kondensator C2 (durch die Linie 40B in 5b angegeben) gespeichert ist, während der Entladephase über eine Wellenform 42B mit Spitzen 46B abnimmt und während der Ladephase über eine Wellenform 44B mit Spitzen 48B ansteigt. Die Wellenform 50B zeigt die in dem zweiten Kondensator gespeicherte Energie, die während der Regenerationsphase abnimmt, während der Entladeschalter Q2 auf- und zugetastet wird. Die Spitzen 52B zeigen, dass Energie jedes Mal, wenn der Entladeschalter Q2 zwischen dem aktivierten (geschlossenen) und deaktivierten (offenen) Zustand geschaltet wird, von dem zweiten Kondensator C2 (und auf den ersten Kondensator C1) übertragen wird.
5c zeigt den Strom I_L1 durch den Induktor L1, die Lade/Entladespannung V_inj1 an dem Injektor 12a während der Lade-, Entlade- und Regenerationsphase.
Es ist gezeigt, dass der Induktorstrom I_L1 (durch die Linie 50 angegeben) während eines Stromaufbaus stufenweise bis ca. minus fünfundzwanzig Ampere (–25 A) abfällt und während der Rezirkulationsphase der Entladephase auf etwa minus fünf Ampere (–5 A) zurückgeht, wie durch die Spitzen der Wellenform 52 gezeigt. Während der Ladephase steigt der Induktorstrom I_L1 während des Stromaufbaus von etwa null Ampere auf ca. fünfundzwanzig Ampere (+25 A) an und fällt während der Rezirkulationsphase stufenweise auf ca. fünf Ampere (+5 A) ab, wie durch die Spitzen der Wellenform 54 gezeigt. Die Spitzen des Stroms I_L1 treten so lange auf, wie die Spannung angelegt wird, um die Injektorspannung V_inj1 zu entladen oder zu laden. Die Wellenform 70 veranschaulicht, dass der Induktorstrom I_L1 während der Taktung des Entladeschalters Q2 während der Regenerationsphase periodisch von etwa null Ampere auf ca. minus fünfzehn Ampere (–15 A) abnimmt.
Die Injektorspannung V_inj1 (durch die Linie 60 angegeben) zeigt, wie die Spannung des ersten Injektors 12a während der Entladephase in der Wellenform 62 abnimmt und während der Ladephase in der Wellenform 64 zunimmt. Die Linie 66 zeigt, dass die Spannung V_inj1 während der Regenerationsphase im Wesentlichen konstant bleibt.
Nach der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist einzusehen, dass die betreffenden Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und dass Änderungen und Abwandlungen, die einem Fachmann einfallen werden, vorgenommen werden können, ohne von dem in den beiliegenden Ansprüchen dargelegten Umfang der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel arbeiten die hierin beschriebenen piezoelektrischen Injektoren 12a und 12b in einem Entlademodus, der einen Injektor entlädt, um das Injektorventil zu öffnen und Kraftstoff einzuspritzen, und arbeiten ferner in einem Lademodus, der einen Injektor lädt, um das Injektorventil zu schließen und die Injektion von Kraftstoff zu verhindern. In diesem Fall sind die Injektoren vom Negativladungs-Verschiebungstyp. Die hierin beschriebenen Treiberschaltungen 20a und 20b könnten jedoch anders ausgestaltet sein, um während eines Lademodus zu öffnen und während eines Entlademodus für einen Injektor vom Positivladungs-Verschiebungstyp zu schließen.
Während zwei piezoelektrische Kraftstoffinjektoren 12a und 12b in Verbindung mit den Treiberschaltungen 20a und 20b der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben sind, sollte einzusehen sein, dass der Motor 10 einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren umfassen kann, die alle durch die Treiberschaltungen 20a und 20b gesteuert sein könnten.
Die hierin beschriebenen Treiberschaltungen 20a und 20b können in dem Motorsteuergerät 14 integriert sein oder können getrennt davon vorgesehen sein.

Claims

Treiberschaltung (20a; 20b) für eine Injektoranordnung mit mindestens einem Injektor (12a, 12b), wobei die Treiberschaltung umfasst: eine erste Spannungsschiene (V₀; V_supply) mit einem ersten Spannungspegel; eine zweite Spannungsschiene (V₁) mit einem zweiten Spannungspegel, der höher als der erste Spannungspegel ist; ein Spannungsversorgungsmittel (22, 36); ein erstes Ladungsspeichermittel (C2) für eine wirksame Verbindung mit einem des mindestens einen Injektors (12a, 12b) während einer Entladephase, um es einem Entladestrom zu ermöglichen, dort hindurch zu fließen, um dadurch ein Injektionsereignis einzuleiten; ein zweites Ladungsspeichermittel (C1), das mit der ersten und zweiten Spannungsschiene (V₀; V_supply, V1) für eine wirksame Verbindung mit dem mindestens einen Injektor (12a, 12b) während einer Ladephase verbunden ist, um zu bewirken, dass ein Ladestrom dort hindurch fließt, um dadurch das Injektionsereignis zu beenden; ein Schaltermittel (Q1, Q2), um zu steuern, ob das erste Ladungsspeichermittel (C2) mit dem mindestens einen Injektor wirksam verbunden ist, oder ob das zweite Ladungsspeichermittel (C1) mit dem mindestens einen Injektor wirksam verbunden ist; und ein Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1), das dazu dient, am Ende der Ladephase vor einer anschließenden Entladephase eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel an zumindest das zweite Ladungsspeichermittel über eine Energiespeichereinrichtung (L1) zu übertragen.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 1, wobei das erste Ladungsspeichermittel (C2) mit der ersten Spannungsschiene (V₀, V_supply) und Masse wirksam verbunden ist.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner ein Schaltermittel umfassend, das einen ersten Schalter (Q1), der geschlossen werden kann, um die Ladephase zu aktivieren, und einen zweiten Schalter (Q2) umfasst, der geschlossen werden kann, um die Entladephase zu aktivieren.
Treiberschaltung (20a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1) dazu dient, eine Ladung an dem Ende der Ladephase von dem Spannungsversorgungsmittel (22) an das erste Ladungsspeichermittel (C2) und das zweite Ladungsspeichermittel (C1) zu übertragen.
Treiberschaltung (20b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1) dazu dient, eine Ladung an dem Ende der Ladephase von dem Spannungsversorgungsmittel an das erste Ladungsspeichermittel (C2), und von dem ersten Ladungsspeichermittel (C2) über die Energiespeichereinrichtung (L1) an das zweite Ladungsspeichermittel (C1) zu übertragen.
Treiberschaltung (20a) nach Anspruch 4, wobei das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1) dazu dient, in Ansprechen auf den Betrieb des zweiten Schalters (Q2) während der Regenerationsphase eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel (22) an das erste (C2) und zweite (C1) Ladungsspeichermittel zu übertragen.
Treiberschaltung (20b) nach Anspruch 5, wobei das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1) dazu dient, in Ansprechen auf den Betrieb des zweiten Schalters (Q2) während der Regenerationsphase eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel (22, 36) an das erste Ladungsspeichermittel (C2) zu übertragen.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (C2) und zweite (C1) Ladungsspeichermittel Kondensatoren umfassen.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner erste (12a) und zweite (12b) Injektoren umfassend, welche parallel angeordnet sind und mit dem Schaltermittel (Q1, Q2), dem Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1) und einem weiteren Schaltermittel (Q3, Q4) wirksam verbunden sind, um eine unabhängige Auswahl des ersten (12a) oder zweiten (12b) Injektors zu steuern, um zu ermöglichen, dass während einer Entladephase ein Entladestrom an den gewählten Injektor (12a, 12b) geliefert wird, um ein Injektionsereignis einzuleiten.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 9, wobei die Treiberschaltung im Wesentlichen als eine Halbbrückenschaltung ausgestaltet ist, die einen mittleren Schaltungszweig (32) aufweist, wobei der erste (12a) und zweite (12b) Injektor in dem mittleren Schaltungszweig parallel angeordnet sind.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 9 oder 10, ferner ein Spannungserfassungsmittel zur Erfassung der Spannung an jedem Injektor (12a, 12b) und ein Steuerungsmittel zum Empfang eines Signals umfassend, das die erfasste Spannung anzeigt.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 11, wobei das Steuerungsmittel angeordnet ist, um das weitere Schaltermittel (Q3, Q4) mit einem Beendigungssteuerungssignal zu versorgen, um die Ladephase des gewählten Injektors zu beenden, sobald eine vorbestimmte Ladungsschwellenspannung (V_CHARGE) erfasst wird.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 12, wobei das Steuerungsmittel ferner angeordnet ist, um das Schaltermittel (Q1, Q2) mit einem Einleitungssignal zu versorgen, um die Ladephase des gewählten Injektors einzuleiten.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Steuerungsmittel ferner angeordnet ist, um das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2, L1) mit einem Einleitungssignal zu versorgen, um die Regenerationsphase einzuleiten, und um das Regenerationsschaltermittel mit einem Beendigungssignal zu versorgen, um die Regenerationsphase zu beenden.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 13, wobei das Steuerungsmittel ferner angeordnet ist, um das weitere Schaltermittel (Q3, Q4) mit einem Beendigungssteuerungssignal zu versorgen, um die Entladephase des gewählten Injektors zu beenden, sobald eine vorbestimmte Entladungsschwellenspannung (V_DISCHARGE) erfasst wird.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach Anspruch 15, wobei das Steuerungsmittel ferner angeordnet ist, um das Schaltermittel (Q1, Q2) mit einem Einleitungssteuerungssignal zu versorgen, um die Entladephase des gewählten Injektors einzuleiten.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Steuerungsmittel angeordnet ist, um ein pulsweitenmoduliertes Signal bereitzustellen, um das Schaltermittel (Q2) während der Regenerationsphase abwechselnd mit Aktivierungs- und Deaktivierungssignalen zu versorgen, um dadurch Energie an die und von der Energiespeichereinrichtung (L1) zu übertragen.
Treiberschaltung (20a, 20b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Injektor (12a, 12b) einen piezoelektrischen Aktuator umfasst.
Steuerungsverfahren für eine Injektoranordnung mit mindestens einem Injektor (12a, 12b), wobei das Verfahren umfasst: wirksames Verbinden eines ersten Ladungsspeichermittels (C2) mit einem des mindestens einen Injektors während einer Entladephase, um zu bewirken, dass ein Entladestrom dort hindurch fließt, um dadurch ein Injektionsereignis einzuleiten; wirksames Verbinden eines zweiten Ladungsspeichermittels (C1) mit dem mindestens einen Injektor während einer Ladephase, um zu bewirken, dass ein Ladestrom dort hindurch fließt, um dadurch das Injektionsereignis zu beenden; Aktivieren eines Regenerationsschaltermittels (Q5, Q2) an dem Ende der Ladephase, um eine Regenerationsphase einzuleiten, in welcher eine Ladung von einem Spannungsversorgungsmittel (22, 36) an eine Energiespeichereinrichtung (L1) übertragen wird, und von der Energiespeichereinrichtung (L1) vor der anschließenden Entladephase an zumindest das zweite Ladungsspeichermittel (C1) übertragen wird; und Deaktivieren des Regenerationsschaltermittels, um die Regenerationsphase zu beenden.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 19, wobei während des Aktivierungsschritts eine Ladung von dem Spannungsversorgungsmittel (22) an die Energiespeichereinrichtung (L1) übertragen wird, und anschließend von der Energiespeichereinrichtung (L1) an das erste (C2) und zweite (C1) Ladungsspeichermittel übertragen wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 19, wobei eine Ladung während des Aktivierungsschritts von dem Spannungsversorgungsmittel (22) an das erste Ladungsspeichermittel (C2) übertragen wird, und anschließend von dem ersten Ladungsspeichermittel (C2) an die Energiespeichereinrichtung (L1) zur Übertragung an das zweite Ladungsspeichermittel (C1) übertragen wird.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Schritte der Übertragung einer Ladung an die und von der Energiespeichereinrichtung (L1) periodisch ausgeführt werden.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 22, wobei die Schritte des Übertragens einer Ladung an die und von der Energiespeichereinrichtung (L1) unter der Steuerung eines pulsweitenmodulierten Signals ausgeführt werden.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 23, das den weiteren Schritt eines Variierens des Tastverhältnisses des pulsweitenmodulierten Signals umfasst.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, das den weiteren Schritt eines Steuerns, ob das erste (C2) oder das zweite (C1) Ladungsspeichermittel mit dem mindestens einen Injektor (12a, 12b) wirksam verbunden ist, umfasst.
Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, das den weiteren Schritt eines Bereitstellens eines Regenerationseinleitungssignals umfasst, um das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2) zu aktivieren, um die Regenerationsphase einzuleiten.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 26, das den weiteren Schritt eines Bereitstellens eines Regenerationsbeendigungssignals umfasst, um das Regenerationsschaltermittel (Q5, Q2) zu deaktivieren, um die Regenerationsphase zu beenden.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 26, wobei das Regenerationseinleitungssignal nach einer vorbestimmten Anzahl von Injektionsereignissen bereitgestellt wird.