EP1260694A2

EP1260694A2 - Method and device for increasing the voltage level of a high-dynamic inductive load

Info

Publication number: EP1260694A2
Application number: EP02010711A
Authority: EP
Inventors: Joachim Schenk; Hubert Schweiggart
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: DE10123519A1; ES2330724T3; EP1260694B1; EP1260694A3; DE50213843D1

Abstract

The method involves using the inductive energy present during the switching off of one or more inductive loads (5-7) to increase the voltage when switching on the remaining electromagnetic loads or, if an increased switch-on voltage is exceeded, supplying electrical actuators (9) in the on-board electrical system via switching elements (20-23). AN Independent claim is also included for the following: a circuit for implementing the method.

Description

Technical field

Für Anwendungen an Kraftfahrzeugen ist zukünftig der Einsatz von elektromagnetisch bzw. elektrohydraulisch betätigten Ventilen in Sicht. Mit solchen Ventilen lassen sich zum Beispiel die Einspritzventile einer luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschine ansteuern. Zur Erzielung einer hohen Stelldynamik wird zum Öffnen und teilweise auch zum Schließen eine hohe Spannung benötigt. Diese hohe Spannung wird bislang von zusätzlich benötigten Spannungswandlern aus kleineren jedoch vorhandenen Spannungsnetzen generiert.In the future, electromagnetic applications will be used for automotive applications or electrohydraulically operated valves in sight. With such valves can For example, control the injection valves of an air-compressing internal combustion engine. To achieve a high dynamic range is to open and sometimes also Closing requires a high voltage. This high tension has so far been additional required voltage transformers generated from smaller but existing voltage networks.

State of the art

DE 37 02 680 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltung zur Ansteuerung von elektromagnetischen Verbrauchern. Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung von elektromagnetischen Verbrauchern mit mindestens einer Magnetspule, insbesondere von magnetisch betätigbaren Einspritzventilen über mindestens einen steuerbaren Schalter vorgeschlagen. Nach Abschaltung eines elektromagnetischen Verbrauchers vorhandene induktive Energie der stromdurchflossenen Magnetspule des elektromagnetischen Verbrauchers wird für den Einschaltvorgang eines elektromagnetischen Verbrauchers verwendet. Außerdem wird eine Schaltung zur Ausführung des Verfahrens geschaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß mindestens ein mit einem elektromagnetischen Verbraucher verbundener Kondensator zur Zwischenspeicherung der bei Abschaltung des elektromagnetischen Verbrauchers in dessen Magnetspule vorhandenen induktiven Energie vorgesehen ist.DE 37 02 680 A1 relates to a method and a circuit for controlling electromagnetic consumers. There is a method for controlling electromagnetic Consumers with at least one magnetic coil, in particular magnetic actuable injection valves proposed via at least one controllable switch. After switching off an electromagnetic consumer existing inductive Energy of the current-carrying solenoid coil of the electromagnetic consumer is used for switching on an electromagnetic consumer. Moreover a circuit for executing the method is created, which is characterized by that at least one connected to an electromagnetic consumer Capacitor for temporary storage when the electromagnetic consumer is switched off existing inductive energy is provided in its magnetic coil.

DE OS 44 19 240 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers. Bei dieser Vorrichtung wird die beim Abschalten freiwerdende Energie in einen Kondensator gespeichert. Dabei wird die beim Übergang von einem Haltestrom auf den Strom Null freiwerdende Energie in einen Kondensator umgeladen. Die beim Übergang vom Anzugsstrom auf den Haltestrom freiwerdende elektrische Energie geht bei dieser Einrichtung verloren.DE OS 44 19 240 relates to a device for controlling an electromagnetic Consumer. In this device, the energy released when switching off stored in a capacitor. The transition from a holding current energy released to zero current is transferred to a capacitor. The electrical energy released during the transition from the pull-in current to the holding current is lost in this facility.

DE 195 39 071 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers. Die Vorrichtung umfaßt ein erstes Schaltmittel, das zwischen einem ersten Anschluß einer Versorgungsspannung und einem ersten Anschluß wenigstens eines Verbrauchers angeordnet ist, ferner zweite Schaltmittel, die zwischen einem zweiten Anschluß eines zugeordneten Verbrauchers und dem zweiten Anschluß der Spannungsversorgung angeordnet sind. Beim Übergang von einem ersten höheren Stromwert auf einen zweiten niedrigeren Stromwert wird die freiwerdende Energie in einem Speichermittel gespeichert.DE 195 39 071 relates to a device for controlling at least one electromagnetic Consumer. The device comprises a first switching means which between a first connection of a supply voltage and a first connection at least a consumer is arranged, further second switching means between a second connection of an associated consumer and the second connection of the power supply are arranged. When transitioning from a first higher current value the energy released in a storage medium is reduced to a second lower current value saved.

Presentation of the invention

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist eine Spannungsversorgung darstellbar, mit welcher die Einschaltspannung von induktiven Stellgliedern zum Beispiel zur Einund Abschaltung von Ventilen zur Einspritzung von Kraftstoff in Brennkraftmaschinen erfolgen kann, wobei eine gegenseitige Spannungserhöhung zum Schalten der einzelnen induktiven Stellglieder erzielbar ist. Bei Abschaltung eines als Schalter mit kurzen Schaltzeiten dienenden Transistors erfolgt der Aufbau einer Überspannung im induktiven Stellglied, die über eine Diode in einen Kondensator geleitet wird. Die im Kondensator gespeicherte Spannung erhöht die Betriebsspannung entsprechend, so daß für das folgende induktive Stellglied bei Einschaltung des dieses ansteuernden Transistors eine höhere Spannung zur Verfügung steht. Aufgrund der höheren Spannung schaltet das Ventil schneller durch.A voltage supply can be represented with the solution proposed according to the invention, with which the switch-on voltage of inductive actuators, for example for switching on and off Shutdown of valves for fuel injection in internal combustion engines can take place, with a mutual voltage increase for switching the individual inductive actuators can be achieved. When switching off one as a switch with short switching times serving transistor, an overvoltage is built up in the inductive actuator, which is led into a capacitor via a diode. The one stored in the capacitor Voltage increases the operating voltage accordingly, so that for the following inductive Actuator when switching on the transistor controlling this a higher voltage is available. The valve switches faster due to the higher voltage by.

Der als Schalter mit kurzen Schaltzeiten bevorzugt eingesetzte Transistor kann im ein- und ausgeschalteten Zustand getaktet werden, solange gewährleistet ist, daß der Abfallmindeststrom am induktiven Stellglied nicht unterschritten wird bzw. der Mindesteinschaltstrom überschritten bleibt. Zwischen diesen Stromwerten ist der Transistor entsprechend zu regeln.The transistor preferably used as a switch with short switching times can be switched on and off switched off state are clocked as long as it is ensured that the minimum waste current on the inductive actuator or the minimum inrush current remains exceeded. The transistor must be regulated accordingly between these current values.

Reicht die durch das Abschalten eines induktiven Stellgliedes im Kondensator erzeugte Überspannung nicht aus, so können durchaus auch mehrere schaltende induktive Stellglieder parallel zur Spannungsanhebung auf einen oder mehrere Kondensatoren geschaltet werden. Bei Abschaltung eines induktiven Stellgliedes ohne daß der Transistor leitend ist und Auftreten einer Spannung oberhalb der erhöhten Einschaltspannung der Stellglieder, kann diese über eine Diode abgeführt werden, ohne daß das induktive Stellglied Schaden nimmt.Sufficient is generated by switching off an inductive actuator in the capacitor If there is no overvoltage, several switching inductive actuators can also be used connected to one or more capacitors in parallel with the voltage increase become. When an inductive actuator is switched off without the transistor being conductive and occurrence of a voltage above the increased switch-on voltage of the actuators, can be removed via a diode without damaging the inductive actuator takes.

Fällt die Spannung oberhalb der erzeugten Einschaltspannung wieder auf ein Spannungsniveau ab, auf dem die Diode nicht leitet, teilt sich die im Kondensator gespeicherte Restenergie auf die verbleibenden, in Reihe geschalteten induktiven Stellglieder und Dioden auf.If the voltage falls above the generated switch-on voltage again to a voltage level on which the diode does not conduct, the residual energy stored in the capacitor divides on the remaining inductive actuators and diodes connected in series.

In einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann eine Abführung der Abschaltenergie induktiver Stellglieder in ein Bordnetz zum Beispiel eines Kraftfahrzeuges über einen Analogschalter erfolgen. Bei abgeschaltetem als Schalter mit kurzen Schaltzeiten eingesetzten Transistor und nicht über den Transistor aktiviertem induktiven Stellglied, kann die Abschaltenergie des induktiven Stellgliedes anstatt in einen Kondensator durch Aktivierung des Analogschalters über einen Treiber in das Bordnetz zurückgespeist werden. Sobald der Transistor wieder aktiviert wird, wird der Analogschalter abgeschaltet, so daß die andernfalls ins Bordnetz eingespeiste Abschaltenergie beim Schalten induktiver Stellglieder in Kondensatoren geleitet wird, so daß eine Spannungsreserve für induktive Stellglieder zur Verfügung steht und diese schneller aktiviert, d.h. durchgeschaltet werden können.In one embodiment variant of the solution proposed according to the invention, one Dissipation of the shutdown energy of inductive actuators in an electrical system, for example one Motor vehicle done via an analog switch. When switched off as a switch with Short switching times used transistor and not activated via the transistor inductive Actuator, can switch off the energy of the inductive actuator instead of in one Capacitor by activating the analog switch via a driver in the vehicle electrical system be fed back. As soon as the transistor is activated again, the analog switch switched off, so that the switch-off energy otherwise fed into the vehicle electrical system when switching inductive actuators in capacitors, so that a voltage reserve is available for inductive actuators and activates them faster, i.e. can be switched through.

Beim Schalten induktiver Stellglieder auftretende Spannungserhöhungen können mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sowohl im Kondensator gespeichert und zur Durchschaltbeschleunigung genutzt als auch in das Bordnetz eingespeist werden.Voltage increases occurring when switching inductive actuators can be avoided with the solution proposed according to the invention both stored in the capacitor and for Switching acceleration can be used as well as fed into the vehicle electrical system.

drawing

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.

It shows:

Figur 1Figure 1: ein Blockschaltbild von induktiven Stellgliedern mit über ein Steuergerät anzusteuernden Transistoren,a block diagram of inductive actuators to be controlled via a control unit transistors,
Figur 2Figure 2: ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsvariante,2 shows a block diagram of a further embodiment variant,
Figur 3Figure 3: ein Blockschaltbild mit einer Schaltdiode zur Einspeisung von Spannungsspitzen ins Bordnetz unda block diagram with a switching diode for feeding voltage peaks into the electrical system and

Figur 4Figure 4: ein Blockschaltbild mit einem Analogschalter zur Abführung der Abschaltenergie.a block diagram with an analog switch for dissipating the shutdown energy.

variants

Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild mit induktiven Stellgliedern mit über ein Steuergerät anzusteuerndem Transistor.Figure 1 shows a block diagram with inductive actuators to be controlled via a control unit Transistor.

In einem eine Spannungsquelle 2 aufweisenden Bordnetz 1, zum Beispiel eines Kraftfahrzeuges, ist ein Steuergerät 3 aufgenommen, welches z.B. einen Mikrocontroller 4 umfaßt. Elektromagnetische Verbraucher in Gestalt einer 1. Aktuatorstufe 5 einer 2. Aktuatorstufe 6 sowie einer 3. Aktuatorstufe 7 können zum Beispiel die Einspritzventile an einer luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschine oder auch als andere Aktuatoren ausgebildet sein. Die 1. Aktuatorstufe 5, die 2. Aktuatorstufe 6 sowie die 3. Aktuatorstufe 7 stehen jeweils über Eingangsdioden 8 mit dem Bordnetz 1 in Verbindung, dessen Versorgungssspannung durch die Spannungsquelle 2 gestellt wird. Jeder der Aktuatorstufen 5, 6 und 7 ist ein elektrisches Ventil in Gestalt beispielsweise einer stromdurchflossenen Magnetspule zugeordnet. Bei diesen Aktuatoren kann es sich zum Beispiel über schnellschaltende elektromagnetische Ventile, Steller oder auch um Magnetspulen handeln. Ferner umfaßt jede der Aktuatorstufen 5, 6 und 7 einen Schalter mit kurzen Schaltzeiten, zum Beispiel einen Transistor (Feldeffekttransistor), der mit dem Steuergerät 3 vor jeweils einer Ansteuerleitung 13 bzw. 14 bzw. 15 in Verbindung steht. Ferner ist in jedem der Aktuatorstufen 5, 6 und 7 der elektromagnetischen Verbraucher eine Diode 16 aufgenommen, die nur in eine Richtung durchgängig ist, demzufolge in die andere Richtung sperrt.In an electrical system 1 having a voltage source 2, for example a motor vehicle, a control device 3 is included, which e.g. comprises a microcontroller 4. Electromagnetic consumers in the form of a 1st actuator stage 5 a 2nd actuator stage 6 and a third actuator stage 7, for example, the injection valves on an air-compressing one Internal combustion engine or be designed as other actuators. The 1st actuator stage 5, the 2nd actuator stage 6 and the 3rd actuator stage 7 each stand Via input diodes 8 in connection with the vehicle electrical system 1, its supply voltage is provided by the voltage source 2. Each of the actuator stages 5, 6 and 7 is an electrical one Valve assigned in the form of, for example, a current-carrying solenoid. These actuators can be fast-switching electromagnetic, for example Valves, actuators or solenoid coils. Each also includes Actuator stages 5, 6 and 7 a switch with short switching times, for example a transistor (Field effect transistor), which is connected to the control unit 3 in front of a respective control line 13 or 14 or 15 is connected. Furthermore, in each of the actuator stages 5, 6 and 7 electromagnetic consumers a diode 16 added that only in one direction is continuous, consequently blocks in the other direction.

In der Schaltungsvariante gemäß Figur 1 ist jedem elektromagnetischen Verbraucher in Gestalt einer Aktuatorstufe 5, 6 oder 7 ein Speicherelement für induktive Energie wie zum Beispiel ein Kondensator 17, 18 oder 19 zugeordnet.In the circuit variant according to FIG. 1, each electromagnetic consumer is in Shape of an actuator stage 5, 6 or 7, a storage element for inductive energy such as Example, a capacitor 17, 18 or 19 assigned.

Mit der in Figur 1 wiedergegebenen Schaltungsanordnung kann eine Spannungsversorgung geschaffen werden, welche die Einschaltspannung von induktiven Stellgliedern wie zum Beispiel der elektrischen Aktuatoren 9 (stromdurchflossene Magnetspulen) bei Ein- und Ausschalten durch gegenseitige Hochspannungserzeugung signifikant erhöht.A voltage supply can be provided with the circuit arrangement shown in FIG be created, which the inrush voltage of inductive actuators such as Example of the electrical actuators 9 (current-carrying solenoid coils) at input and Switching off due to mutual high voltage generation increased significantly.

Der elektrische Aktuator 9 des 1. elektromagnetischen Verbrauchers in Gestalt einer Aktuatorstufe 5 wird über die Spannungsquelle 2 im Bordnetz 1 und über die Eingangsdiode 8 versorgt. Über den vorzugsweise als Transistor beschaffenen schnellschaltenden Schalter ist der elektrische Aktuator 9 gegen Masse geschaltet. Bei Ansteuerung des Transistors 10 über die zugehörige Ansteuerleitung 13 vom Steuergerät 3 wird ein Stromfluß durch den elektrischen Aktuator 9 z.B. einer Magnetspule erzeugt. Wird der Transistor 10 vom Steuergerät 3 entsprechend der dort eingestellten Taktung über die Ansteuerleitung 13 abgeschaltet, baut der induktiv wirkende elektrische Aktuator 9 eine Überspannung auf, welche über die Diode 16 in den Speicher 18 (zum Beispiel ein Kondensator) abgeleitet wird. Somit steht für das in der weiteren Aktuatorstufe 6, d.h. dem weiteren elektromagnetischen Verbraucher eine größere Spannung als die in der Spannungsquelle 2 des Bordnetzes 1 herrschende Spannung zur Verfügung. Beim Einschalten des Transistors 11 des weiteren elektromagnetischen Verbrauchers, d.h. der 2. Aktuatorstufe 6 über den dieser zugeordneten Transistor 11 kann der elektrische Aktuator 9 in der 2. Aktuatorstufe 6 aufgrund der erhöhten Einschaltspannung schneller durchgeschaltet werden.The electric actuator 9 of the 1st electromagnetic consumer in the form of an actuator stage 5 is via the voltage source 2 in the vehicle electrical system 1 and via the input diode 8 provided. Via the fast switching switch, which is preferably a transistor the electrical actuator 9 is connected to ground. When transistor 10 is activated Via the associated control line 13 from the control unit 3, a current flow through the electric actuator 9 e.g. generated a magnetic coil. If the transistor 10 from the control unit 3 switched off via the control line 13 according to the timing set there, the inductively acting electrical actuator 9 builds up an overvoltage, which via the diode 16 into the memory 18 (for example a capacitor). Consequently stands for that in the further actuator stage 6, i.e. the further electromagnetic Consumer a greater voltage than that in the voltage source 2 of the electrical system 1 prevailing tension available. When turning on transistor 11 further electromagnetic consumer, i.e. the second actuator stage 6 via that assigned to it Transistor 11 can be the electrical actuator 9 in the second actuator stage 6 due to the increased switch-on voltage can be switched through more quickly.

Der als schnellschaltender Schalter fungierende Transistor kann im ein- und ausgeschalteten Zustand getaktet werden, solange nicht der Abfallmindeststrom eines als stromdurchflossene Magnetspule beschaffenen elektrischen Aktuators unterschritten bzw. dessen Mindesteinschaltstrom überschritten wird. Die Taktung kann aufgrund der technischen Daten des elektrischen Aktuators 9 und der über das Steuergerät 3 gemessenen Spannung berechnet werden. Aufgrund dieser berechneten Werte kann das Tastverhältnis entsprechend eingestellt und geregelt werden.The transistor acting as a fast switching switch can be switched on and off Be clocked as long as the minimum waste current does not flow as a current Solenoid coil procured electrical actuator below or its Minimum inrush current is exceeded. The timing can be due to the technical Data of the electrical actuator 9 and the voltage measured via the control unit 3 be calculated. Based on these calculated values, the duty cycle can be adjusted accordingly be adjusted and regulated.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsvariante einer Schaltung zur Erhöhung der Einschaltspannung induktiver Stellglieder.Figure 2 shows a block diagram of a further embodiment of a circuit for Increasing the switch-on voltage of inductive actuators.

Gemäß des Blockschaltbildes in Figur 2 sind anstelle von Eingangsdioden 8 zu jedem der elektromagnetischen Verbraucher 5, 6 oder 7 in Gestalt von Aktuatorstufen Schaltelemente 20, 21, 22 und 23 vorgesehen, welche als Z-Dioden ausgeführt sind, deren Zenerspannung die Spannungsüberhöhung zu der Versorgungsspannung 2 festlegen.According to the block diagram in FIG. 2, instead of input diodes 8 for each of the electromagnetic consumers 5, 6 or 7 in the form of actuator stages switching elements 20, 21, 22 and 23 are provided, which are designed as Z diodes, their Zener voltage determine the excess voltage to the supply voltage 2.

Das Bordnetz 1 gemäß Figur 2 enthält analog zum Blockschaltbild gemäß Figur 1 eine Spannungsquelle 2 sowie ein Steuergerät 3, welches zum Beispiel unter anderem einen Mikrocontroller 4 umfaßt. Vom Steuergerät 3 erstrecken sich Ansteuerleitungen 13, 14 und 15 zu den vorzugsweise als Transistoren ausgebildeten Schaltelementen 10, 11 und 12 der einzelnen elektromagnetischen Verbraucher 5, 6 oder 7. Jeder der elektromagnetischen Verbraucher 5, 6 oder 7 in Gestalt von Aktuatorstufen enthält einen elektrischen Aktuator 9, dem eine Sperrdiode 16 parallelgeschaltet ist. Bei entsprechender Ansteuerung durch das Steuergerät 3 wird durch den Transistor 10 im elektromagnetischen Verbraucher 5 ein Stromfluß durch den elektrische Aktuator 9 hervorgerufen. Bei Abschaltung des Transistors 10 des elektrischen Verbrauchers 5 baut der induktiv wirkende elektrische Aktuator eine Überspannung auf, die über die parallelgeschaltete Diode 16 und der elektrische Aktuator 10 des weiteren elektromagnetischen Verbrauchers 6 und den leitenden Transistor 11 des elektromagnetischen Verbrauchers 6 abgebaut wird. Somit steht für den elektrischen Aktuator 9 in dem weiteren elektromagnetischen Verbraucher 6 eine erhöhte Spannung, verglichen mit der von der Spannungsquelle 2 im Bordnetz 1 erzeugten Spannung zur Verfügung. Beim gleichzeitigen oder etwas vorzeitigen Einschalten des als Transistor vorzugsweise ausgebildeten Schalters 11 im weiteren elektromagnetischen Verbraucher 6 vor Abschaltung des Transistors 10 im diesen vorgeordneten elektromagnetischen Verbraucher 5 schaltet der elektrische Aktuator 9 im 2. elektromagnetischen Verbraucher 6 aufgrund der erhöhten Spannung schneller durch.The vehicle electrical system 1 according to FIG. 2 contains one analogously to the block diagram according to FIG Voltage source 2 and a control unit 3 which, for example, one Microcontroller 4 comprises. Control lines 13, 14 and extend from the control unit 3 15 to the switching elements 10, 11 and 12, which are preferably designed as transistors individual electromagnetic consumer 5, 6 or 7. Each of the electromagnetic Consumer 5, 6 or 7 in the form of actuator stages contains an electrical actuator 9, to which a blocking diode 16 is connected in parallel. With appropriate control by the Control unit 3 is turned on by transistor 10 in electromagnetic consumer 5 Current flow caused by the electrical actuator 9. When the transistor is switched off 10 of the electrical consumer 5 builds the inductively acting electrical actuator an overvoltage across the diode 16 connected in parallel and the electrical actuator 10 of the further electromagnetic consumer 6 and the conductive transistor 11 of the electromagnetic consumer 6 is broken down. Thus stands for the electrical Actuator 9 in the further electromagnetic consumer 6 an increased voltage, compared to the voltage generated by the voltage source 2 in the vehicle electrical system 1. With simultaneous or somewhat early switching on of the transistor preferably trained switch 11 in the further electromagnetic consumer 6 before Switching off the transistor 10 in this upstream electromagnetic consumer 5 switches the electrical actuator 9 in the 2nd electromagnetic consumer 6 due to increased tension faster.

Figur 3 ist ein Blockschaltbild entnehmbar mit einer Verbindung der elektromagnetischen Verbraucher untereinander.FIG. 3 is a block diagram that can be taken with a connection of the electromagnetic Consumers among themselves.

Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 3 unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 im wesentlichen dadurch, daß jedem der elektrischen Aktuatoren 9 in den elektromagnetischen Verbrauchern 5, 6 oder 7, d.h. der 1.2. oder 3 Aktuatorstufe zwei Sperrdioden 16 zugeordnet sind, die jeweils mit unterschiedlichen, die elektrischen Aktuatoren 9 miteinander verbindenden Parallelschaltzweigen 24, 25 bzw. 26 verbunden sind. Analog zum Blockschaltbild gemäß der Darstellung in Figur 2 umfaßt das Bordnetz 1 eine Spannungsquelle 2 sowie ein Steuergerät 3, in welchem ein Mikrocontroller 4 aufgenommen ist. Jeder der elektromagnetischen Verbraucher 5, 6 bzw. 7 gemäß des Blockschaltbildes in Figur 3 umfaßt einen vorzugsweise als schnellschaltenden Transistor ausgebildeten Schalter 10, 11 bzw. 12. Jeder der Transistoren 10, 11 bzw. 12 steht über eine Ansteuerleitung 13, 14 und 15 mit dem Steuergerät 3 in Verbindung und wird über dieses getaktet angesteuert. Reicht die Abschaltenergie eines abschaltenden elektrischen Aktuators 9 nicht aus, so können auch mehrere elektrische Aktuatoren 9 parallel zur Spannungsanhebung herangezogen werden. So kann eine Spannungserhöhung am elektrischen Aktuator 9 des elektromagnetischen Verbrauchers 5 dadurch herbeigeführt werden, daß diesem in Durchlaßrichtung der Sperrdiode 16 gesehen die Spannung des elektrischen Aktuators 9 des elektromagnetischen Verbrauchers 7 sowie die Spannung des elektrischen Aktuators 9 im nicht numerierten elektromagnetischen Verbraucher aufgeschaltet ist. Dazu sind die Sperrdioden 16 parallel zum elektrischen Aktuator 9 des elektromagnetischen Verbrauchers 6 mit den Parallelschaltzweigen 24 bzw. 27 der erwähnten elektrischen Aktuatoren 9 verbunden. The circuit arrangement according to FIG. 3 differs from the circuit arrangement according to Figure 2 essentially in that each of the electrical actuators 9 in the electromagnetic consumers 5, 6 or 7, i.e. the 1.2. or 3 actuator stage two Blocking diodes 16 are assigned, each with different electrical actuators 9 interconnecting parallel switching branches 24, 25 and 26 are connected. Analogous to the block diagram as shown in Figure 2, the electrical system 1 comprises one Voltage source 2 and a control unit 3, in which a microcontroller 4 is added is. Each of the electromagnetic consumers 5, 6 and 7 according to the block diagram in FIG. 3 comprises a transistor which is preferably designed as a fast switching transistor Switches 10, 11 and 12. Each of the transistors 10, 11 and 12 is connected via a control line 13, 14 and 15 in connection with the control unit 3 and is clocked via this driven. If the shutdown energy of a shutdown electrical actuator 9 is not sufficient off, several electrical actuators 9 can also be connected in parallel to the voltage increase be used. For example, a voltage increase on the electrical actuator 9 of the electromagnetic consumer 5 can be brought about in that this in the forward direction the blocking diode 16 seen the voltage of the electric actuator 9 of the electromagnetic consumer 7 and the voltage of the electric actuator 9 in non-numbered electromagnetic consumers is switched on. There are also blocking diodes 16 parallel to the electrical actuator 9 of the electromagnetic consumer 6 connected to the parallel switching branches 24 and 27 of the mentioned electrical actuators 9.

Eine Schaltspannungserhöhung am elektrischen Aktuator 9 des elektromagnetischen Verbrauchers 7, 6, d.h. der 2. Aktuatorstufe erfolgt durch Anlegen der Spannung am elektrischen Aktuator 9 des elektromagnetischen Verbrauchers 5 über den Parallelschaltzweig 24 bzw. Durchlaßrichtung der Diode 16 bzw. durch Anlegen der Spannung des elektrischen Aktuators 9 des nicht numerierten elektromagnetischen Verbrauchers. Jeder der Parallelschaltzweige 24, 25 bzw. 26 ist mit zwei Spannungsabgriffspunkten versehen, so daß einem jeden zwei elektrische Aktuatoren 9 zur Spannungserhöhung zugeordnet sind.A switching voltage increase on the electrical actuator 9 of the electromagnetic consumer 7, 6, i.e. the second actuator stage is done by applying the voltage to the electrical Actuator 9 of the electromagnetic consumer 5 via the parallel switching branch 24 or forward direction of the diode 16 or by applying the voltage of the electrical Actuator 9 of the non-numbered electromagnetic consumer. Each of the parallel branches 24, 25 and 26 is provided with two voltage tapping points, so that one are assigned to each two electrical actuators 9 for increasing the voltage.

Zum Schutz gegen übermäßig hohe Einschaltspannungen werden die jeweiligen elektrischen Aktuatoren 9 im abgeschalteten Zustand, ohne daß der entsprechend zugeordnete Transistor leitend ist, über die als Z-Dioden ausgebildeten Schaltelemente 20, 21, 22 bzw. 23 entladen, wenn die Spannung über der erhöhten Einschaltspannung der elektrischen Aktuatoren 9 ansteigt. Analog zur Darstellung gemäß des Blockschaltbildes in Figur 1 können die als Schalter fungierenden Transistoren 10, 11 oder 12 zwischenzeitlich auch abgeschaltet werden, solange nicht der jeweilige Abfallmindeststrom der elektrischen Aktuatoren 9 unterschritten wird. Ebenso kann ein elektrischer Aktuator 9 zur Spannungserzeugung auch kurzzeitig eingeschaltet werden, solange nicht der Mindesteinschaltstrom überschritten wird.To protect against excessively high switch-on voltages, the respective electrical Actuators 9 in the switched-off state without the correspondingly assigned one Transistor is conductive, via the switching elements 20, 21, 22 or 23 discharged when the voltage above the increased switch-on voltage of the electrical Actuators 9 rises. Analogous to the representation according to the block diagram in FIG. 1 in the meantime, the transistors 10, 11 or 12 acting as switches can also be switched off as long as the respective minimum waste current of the electrical actuators is not 9 falls below. An electrical actuator 9 can also be used to generate voltage can also be switched on briefly as long as the minimum inrush current is not is exceeded.

Der Darstellung gemäß Figur 4 ist ein Blockschaltbild mit einem Schaltelement zur Abführung der Abschaltenergie elektrischer Aktuatoren in das Bordnetz eines Fahrzeugs zu entnehmen.The illustration according to FIG. 4 is a block diagram with a switching element for removal the switch-off energy of electrical actuators in the vehicle electrical system.

Im Bordnetz 1 ist eine Spannungsquelle 2 aufgenommen, über welche zwei parallelgeschaltete elektromagnetische Verbraucher 5 bzw. 6 sowie ein Steuergerät 3 u.a. mit einem Mikrocontroller 4 und zwei Treibern 33 bzw. 34 mit elektrischer Energie versorgt werden.A voltage source 2 is received in the vehicle electrical system 1, via which two are connected in parallel electromagnetic consumers 5 and 6 and a control unit 3 and others with a Microcontroller 4 and two drivers 33 and 34 are supplied with electrical energy.

Jedem der elektromagnetischen Verbraucher 5 bzw. 6, im vorliegenden Falle einer 1. Aktuatorstufe 5 und einer 2. Aktuatorstufe 6 ist ein analoger Schalter 30 zugeordnet, der im wesentlichen aus einer Sperrdiode 31 und einem zu dieser parallelgeschalteten Transistor 32 besteht. Jeder der in Figur 4 schematisch dargestellten elektromagnetischen Verbraucher 5 bzw. 6 umfaßt einen elektrischen Aktuator 9, welchem jeweils eine Eingangsdiode 8 vorgeschaltet ist. Jedem der elektrischen Aktuatoren 9 ist eine Sperrdiode 16 parallelgeschaltet. Analog zu den elektromagnetischen Verbrauchern 5, 6 und 7 der Blockschaltbilder gemäß den Figuren 1, 2 und 3 umfassen auch die in Figur 4 wiedergegebenen elektromagnetischen Verbraucher 5 und 6 jeweils einen Transistor 10 bzw. 11, die als schnellschaltende Schalter wirken und über die Ansteuerleitungen 13 bzw. 14 vom Mikrocontroller 4 des Steuergerätes 3 in entsprechender Taktung angesteuert werden. Each of the electromagnetic consumers 5 and 6, in the present case a 1st actuator stage 5 and a second actuator stage 6 is assigned an analog switch 30, which in the essentially from a blocking diode 31 and a transistor connected in parallel to this 32 exists. Each of the electromagnetic consumers shown schematically in FIG. 4 5 and 6 comprises an electrical actuator 9, each of which has an input diode 8 is connected upstream. A blocking diode 16 is connected in parallel to each of the electrical actuators 9. Analogous to the electromagnetic consumers 5, 6 and 7 of the block diagrams according to FIGS. 1, 2 and 3 also include the electromagnetic ones shown in FIG. 4 Consumers 5 and 6 each have a transistor 10 or 11, which acts as a fast switching Switches act and via the control lines 13 and 14 from the microcontroller 4 of the control unit 3 can be controlled in appropriate clocking.

Gemäß des Blockschaltbildes in Figur 4 wird bei abgeschaltetem Transistor 10 des am 1. elektromagnetischen Verbrauchers 5 und nicht aktiviertem elektrischen Aktuator 9 des weiteren elektromagnetischen Verbrauchers 6 die Abschaltenergie des elektrischen Aktuators 9 im elektromagnetischen Verbraucher 5, d.h. der 1. Aktuatorstufe durch Aktivierung des Analogschalters 30 des elektromagnetischen Verbrauchers 5 über Treiber 33 bzw. 34 in das Bordnetz 1 eines Fahrzeugs zurückgespeist. Bei der Aktivierung des Transistors 11 im elektromagnetischen Verbraucher 6, d.h. der 2. Aktuatorstufe wird der Analogschalter 30 abgeschaltet bzw. nicht aktiviert, so daß die Abschaltenergie des elektrischen Aktuators 9 im elektromagnetischen Verbraucher 5 zur Spannungserhöhung am elektrischen Aktuator 9 des elektromagnetischen Verbrauchers 6, d.h. der 2. Aktuatorstufe 6 eingesetzt werden kann. Dies bedeutet, daß der elektrische Aktuator 9 schneller durchgeschaltet werden kann.According to the block diagram in FIG. 4, when the transistor 10 is switched off, the first electromagnetic consumer 5 and not activated electrical actuator 9 of further electromagnetic consumer 6, the switch-off energy of the electrical actuator 9 in the electromagnetic consumer 5, i.e. the 1st actuator stage by activation of the analog switch 30 of the electromagnetic consumer 5 via driver 33 or 34 in the vehicle electrical system 1 is fed back. When activating the transistor 11 in electromagnetic consumer 6, i.e. the second actuator stage becomes the analog switch 30 switched off or not activated so that the switch-off energy of the electrical actuator 9 in the electromagnetic consumer 5 to increase the voltage on the electrical actuator 9 of the electromagnetic consumer 6, i.e. the 2nd actuator stage 6 can be used can. This means that the electrical actuator 9 can be switched through more quickly.

Mit den in den Figuren 1 bis 4 beispielhaft wiedergegebenen Blockschaltbildern sind Schaltungen charakterisiert, mit denen eine hohe Stelldynamik von induktiven Stellgliedern erzielt werden kann, um zum Beispiel Einspritzventile von luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen, die elektromagnetische Verbraucher im Sinne der obigen Ausführungen darstellen, hochdynamisch ansteuern und damit betätigen zu können. Bisher zusätzlich benötigte Spannungswandler von kleineren, am Fahrzeug vorhandenen, Spannungsnetzen können entfallen ebenso wie zusätzlich einzusetzende Kondensatoren, die von getakteten Aktuatoren aufgeladen werden. Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann eine Spannungsversorgung realisiert werden, die eine signifikante Erhöhung der Einschaltspannung von induktiven Stellgliedern wie zum Beispiel stromdurchflossene elektrische Magnetspulen, die als elektrische Aktuatoren Einsatz finden, erzielt werden. Die Ein- und Abschaltung von elektromagnetischen Verbrauchern kann somit auf dem Wege der gegenseitigen Hochspannungserzeugung erfolgen, wobei die Spannungserhöhung zum Einschalten eines elektrischen Aktuators 9 zuvor durch die Speicherung bzw. Umleitung der induktiven Energie beim Abschaltvorgang eines anderen elektrischen Aktuators 9 eingesetzt wird. With the block diagrams shown by way of example in FIGS. 1 to 4 Characterized circuits with which a high dynamic range of inductive actuators can be achieved, for example, injectors of air-compressing internal combustion engines, the electromagnetic consumer in the sense of the above statements to be able to control and operate with high dynamics. So far additionally required voltage transformers from smaller voltage networks available on the vehicle can be omitted as well as additional capacitors to be used by clocked actuators can be charged. With the solution proposed according to the invention can be realized a voltage supply that significantly increases the Switch-on voltage of inductive actuators such as current-carrying ones electrical magnetic coils, which are used as electrical actuators, can be achieved. The switching on and off of electromagnetic consumers can thus on the Mutual high voltage generation take place, the voltage increase to switch on an electric actuator 9 beforehand by storing or Redirection of the inductive energy when switching off another electrical actuator 9 is used.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bordnetzboard network
22: Spannungsquellevoltage source
33: Steuergerätcontrol unit
44: Mikrocontrollermicrocontroller
55: 1. Aktuatorstufe (elektromagnetischer Verbraucher)1st actuator stage (electromagnetic consumer)
66: 2. Aktuatorstufe (elektromagnetischer Verbraucher)2nd actuator stage (electromagnetic consumer)
77: 3. Aktuatorstufe (elektromagnetischer Verbraucher)3rd actuator stage (electromagnetic consumer)
88th: Eingangsdiodeinput diode
99: elektrischer Aktuatorelectrical actuator
1010: Transistortransistor
1111: Transistortransistor
1212: Transistortransistor
1313: Ansteuerleitungdrive line
1414: Ansteuerleitungdrive line
1515: Ansteuerleitungdrive line
1616: Sperrdiodeblocking diode
1717: Kondensatorcapacitor
1818: Kondensatorcapacitor
1919: Kondensatorcapacitor
2020: Z-DiodeZener diode
2121: Z-DiodeZener diode
2222: Z-DiodeZener diode
2323: Z-DiodeZener diode
2424: ParallelschaltzweigParalleling branch
2525: ParallelschaltzweigParalleling branch
2626: ParallelschaltzweigParalleling branch
2727: ParallelschaltzweigParalleling branch

3030: Schaltelementswitching element
3131: Sperrdiodeblocking diode
3232: Transistortransistor
3333: 1. Treiber1. Driver
3434: 2. Treiber2. Driver

Claims

Method for controlling electromagnetic consumers (5, 6, 7) of an on-board electrical system (1) which contains a voltage source (2) and a control unit (3) which controls the electromagnetic consumers (5, 6, 7) via switches (10, 11, 12), characterized in that the inductive energy available when switching off one or more of the electromagnetic consumers (5, 6, 7) is used to raise the voltage when the other electromagnetic consumers (5, 6, 7) are switched on or when one is exceeded increased switch-on voltage of electrical actuators (9) via switching elements (20, 21, 22, 23; 30, 33, 34) is fed into the vehicle electrical system (1).

Method according to Claim 1, characterized in that the switches (10, 11, 12) assigned to the electromagnetic consumers (5, 6, 7) are clocked between the on and off state via the control device (3).

Method according to Claim 2, characterized in that the control device (3) controls the timing of the switches (10, 11, 12) in such a way that the minimum current of the waste does not fall below the minimum current on the electrical actuator (9) and the minimum switch-on current is not exceeded.

Method according to claim 2, characterized in that the switches (10, 11, 12) are switched off via the control device (3) as long as the minimum waste current at the electrical actuator (9) is not fallen below.

Method according to claim 2, characterized in that the switches (10, 11, 12) are switched on via the control device (3) as long as the minimum switch-on current at the electrical actuator (9) is not exceeded.

Method according to Claim 1, characterized in that, in order to increase the inductive energy present when one or more of the electromagnetic consumers (5, 6, 7) are switched off, a plurality of electrical actuators (9) are connected in parallel via parallel switching branches (24, 25, 26, 27).

Method according to Claim 1, characterized in that when the electrical actuators (9) are switched off and corresponding switches (10, 11, 12) are switched on at voltages above an increased switch-on voltage of the electrical actuator (9), the latter are formed by switching elements (20, 21, 22, 23) drain off.

Method according to claim 7, characterized in that when the opening voltage of the Z-diodes (20, 21, 22, 23) is undershot, the inductive residual energy is divided between the electrical actuators (9) of the electromagnetic consumers (5, 6, 7).

A method according to claim 1, characterized in that when a switch (10) of a 1st electromagnetic consumer (5) and a non-activated electrical actuator (9) of a further electromagnetic consumer (6) is switched off, the switch-off energy of the electrical actuator (9) of the 1st electromagnetic consumer (5) by controlling a switching element (30) by the control unit (3) is fed back into the vehicle electrical system (1).

Method according to claim 9, characterized in that when a switch (11) of the further actuator stage (6) is activated, the switching element (30) is switched off, so that the inductive energy of the electrical actuator (9) of the electromagnetic consumer (5) increases the voltage is used on the electrical actuator (9) of the further electromagnetic consumer (6).

Circuit for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 10 with a control device (3), a voltage source (2) and several electromagnetic consumers (5, 6, 7), characterized in that each electromagnetic consumer (5, 6, 7) a switch (10, 11, 12) which can be controlled by the control device (3) and a memory for electrical energy (17, 18, 19) are assigned.

Circuit for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 10 with a control device (3), a voltage source (2) and a plurality of electromagnetic consumers (5, 6, 7), characterized in that each electromagnetic consumer (5, 6, 7) one is assigned as a Zener diode as a switching element (20, 21, 22, 23), the Zener voltage of which determines the voltage rise to the voltage supply (2).

Circuit according to Claim 12, characterized in that the electrical actuators (9) of a plurality of electromagnetic consumers (5, 6, 7) are connected to one another via parallel switching branches (24, 25, 26, 27).

Circuit for carrying out the method according to one or more of claims 1 to 10 with a control device (3), a voltage source (2) and with electromagnetic consumers (5, 6), characterized in that each electromagnetic consumer (5, 6) has one with the on-board electrical system (1) connecting switching element (30) is assigned, via which the switch-off energy of an electrical actuator (9) can be returned to the on-board electrical system (1).

Circuit according to Claim 14, characterized in that when the switching element (30) is switched off, the switch-off energy of an electrical actuator (9) is used to increase the voltage on a further electrical actuator (9) of an electromagnetic consumer (5, 6).

Circuit according to Claims 1 to 15, characterized in that an electromagnetic consumer is set up to generate an overvoltage and this overvoltage is made available in good time via the lines (24, 25, 26, 27) to other electromagnetic consumers for highly dynamic control.