EP1440230B1 - Vorrichtung zum schutz einer elektronischen schaltung - Google Patents

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EP1440230B1
EP1440230B1 EP02758111A EP02758111A EP1440230B1 EP 1440230 B1 EP1440230 B1 EP 1440230B1 EP 02758111 A EP02758111 A EP 02758111A EP 02758111 A EP02758111 A EP 02758111A EP 1440230 B1 EP1440230 B1 EP 1440230B1
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EP
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housing
electronic circuit
throttle valve
protecting
electronic
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Stefan Josten
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3005—Details not otherwise provided for

Definitions

  • a structural unit for a throttle actuator of a drive motor which comprises a housing arranged in a drive motor, arranged on a shaft throttle and a position sensor for detecting the position of the throttle valve. Position sensor and drive motor are connected to the throttle shaft. About connectors, the drive signals of the unit are supplied and returned the determined position signals.
  • the position sensor is at least one potentiometer.
  • the unit is installed in the intake manifold of the internal combustion engine.
  • the electronic circuits that provide measured signal values with a predetermined accuracy, in dependence of which a control function for engine, brake or vehicle control is calculated, must be protected against EMC radiation and ESD pulses.
  • electrostatic charges of the housing of the aggregate e.g. created by the flow of air, derived.
  • the protection of the electronic circuit in particular an integrated circuit, provided with only one component.
  • several ICs which have a common connection, for example a common ground connection, can be protected together with a component.
  • the smaller number of components in addition to the effective protection of the circuit also improves the availability and cost, since the low number of electrical components, the risk of failure and the amount of costs is reduced.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a throttle valve actuator, in whose housing, inter alia, an electronic circuit, e.g. the evaluation of a position sensor is housed.
  • Figure 2 shows a preferred embodiment of a circuit for protecting such an electronic circuit.
  • FIG. 1 shows a suction pipe 1, in which a throttle body 2 is installed.
  • the body of this throttle body is made of metal. It is electrically isolated, for example with respect to the intake manifold (if the intake manifold made of plastic), internal combustion engine or vehicle body, stored.
  • the throttle body includes a throttle valve 3 mounted on a shaft 4.
  • This shaft 4 is further connected to the drive shaft of an electric motor 5, which rotates by rotation in one direction or the other, the drive shaft and thus the throttle valve 3.
  • the opening cross section of the suction pipe is changed.
  • at least one position sensor 6, 7 is mounted on the shaft, as shown schematically in FIG. These detect either potentiometrically or without contact (for example, according to the Hall principle) the position of the shaft 4 and thus of the throttle valve 3.
  • the position sensor 6, 7 comprises an electronic circuit 8, 9, which evaluates the measured signal detected by the sensor.
  • the electrical circuit is electrically isolated from the housing of the throttle body.
  • the electronic circuits are implemented in the preferred embodiment as integrated circuits, in other embodiments as discrete circuits.
  • two position sensors 6 and 7 are provided.
  • an electronic control unit 10 which comprises in one embodiment at least one microcomputer which outputs control signals for actuating the electric motor 5 according to its implemented programs, in accordance with measuring signals from measuring devices 16 to 20 supplied via input lines 11 to 15.
  • the control unit 10 does not include a microcomputer, but other means for forming drive signals. These drive signals are fed via the drive lines 21 and 22 to the electric motor 5.
  • the electronic circuits 8 and 9 and optionally the sensors 6 and 7 are supplied by the control unit 10 via the lines 23 and 24 with energy.
  • the line 23 represents the Connection to the positive pole of a voltage source, while the line 24 represents a ground connection. Positive pole and earth connection correspond to the corresponding connections of the control unit 10.
  • the processed measurement signals of the sensors 6 and 7 are supplied from the electronic circuits 8 and 9 via lines 25 and 26 to the electronic control unit 10, which signals in the context of the control Throttle 3 or other functions considered. Sensors and electronic circuits are electrically isolated from the housing of the throttle valve actuator.
  • the ground connection and / or the positive connection is not made from the control unit, but from other components or directly from a voltage source.
  • an electrical device such as a voltage dependent resistor, e.g. a varistor, or components such as diodes, spark gaps, capacitors clip between the housing of the throttle and inserted a suitable terminal, e.g. the ground terminal of the at least one electronic circuit.
  • a protection exclusively against ESD pulses is achieved with two Zener diodes connected in series in the opposite direction.
  • FIG. An example of this is shown in FIG. There, the sensors 6 and 7 and the electronic circuits 8 and 9 are shown as integrated circuits IC1 and IC2 and interconnected in the manner shown in Figure 1. Between the ground line 23 of the electronic circuits and the housing 2 of the throttle body is a voltage-dependent resistor 100 introduced. Electrostatic charges of the housing 2 are accordingly dissipated via the varistor 100 to ground, while electrostatic pulses and electromagnetic radiation are dissipated into the electronic circuits via the varistor 100.

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer mit einem Stellelement einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors verbundenen elektronischen Schaltung, gegen elektrostatische Impulse und elektro-magnetische Einstrahlungen (ESD-Impulse (ESD = electrostatic discharge); EMV-Einstrahlungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit)) wie z.B. aus EP-A-0 736 682 .
  • Aus der DE 42 41 020 A1 ist eine Baueinheit für einen Steller für eine Drosselklappe eines Antriebsmotors bekannt, die einen in einem Gehäuse angeordneten Antriebsmotor, eine auf einer Welle angeordnete Drosselklappe und einen Lagesensor zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe umfasst. Lagesensor und Antriebsmotors sind dabei mit der Drosselklappenwelle verbunden. Über Steckverbindungen werden die Ansteuersignale der Baueinheit zugeführt sowie die ermittelten Stellungssignale zurückgeführt. Bei dem Lagesensor handelt es sich dabei um wenigstens ein Potentiometer. Die Baueinheit wird ins Saugrohr des Verbrennungsmotors eingebaut.
  • Bei der bekannten Lösung ist nur der Lagesensor selbst in das Gehäuse des Drosselklappenstellers integriert. Die erfassten Spannungsrohsignale werden an eine Steuereinheit übertragen, die diese auswertet. Zukünftig werden jedoch zunehmend auch elektronische Bauteile in einem solches Stellergehäuse verbaut, z.B. Auswerteelektronik zur Auswertung und/oder Digitalwandlung des Sensorsignals, insbesondere bei berührungslosen Lagesensoren. Dies gilt nicht nur für einen Drosselklappensteller, sondern auch für andere Aggregate in Verbindung mit der Steuerung eines Verbrennungsmotors (z.B. eine Fahrpedaleinheit, vgl. z. B. DE-A 43 34 963 ).
  • Die elektronischen Schaltungen, die mit einer vorgegebenen Genauigkeit Meßsignalwerte liefern, in deren Abhängigkeit eine Steuerfunktion zur Motor-, Bremsen- oder Fahrzeugsteuerung berechnet wird, müssen gegen EMV-Einstrahlungen und ESD-Impulse geschützt sein.
  • Aus der DE 195 08 625 C1 ist bekannt, elektrostatische Aufladungen über hochohmige Widerstände von dem Drosselgehäuse an die Masse des DC-Motors abzugeben. Diese Variante ist für unseren Fall nicht geeignet, da die hochohmigen Widerstände nicht geeignet sind für EMV und ESD-Schutz.
    • Vorteile der Erfindung
  • Durch die Schaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes (Varistor) oder eines ähnlichen elektrischen Bauelements zwischen dem Gehäuse des Aggregats und einem geeigneten Anschluss der elektronischen Schaltung, z.B. des Masseanschlusses der elektronischen Schaltung, wird diese wirkungsvoll gegen ESD-Impulse und EMV-Einstrahlungen geschützt.
  • In vorteilhafter Weise werden zusätzlich mit diesem Bauelement elektrostatische Aufladungen des Gehäuses des Aggregats, die z.B. durch die Luftströmung entstehen, abgeleitet.
  • In besonders vorteilhafter Weise wird der Schutz der elektronischen Schaltung, insbesondere eines integrierten Schaltkreises, mit nur einem Bauteil bereitgestellt. Dabei können auch mehrere ICs, die über einen gemeinsamen Anschluss, z.B. einen gemeinsamen Massenanschluss, verfügen, gemeinsam mit einem Bauelement geschützt werden.
  • Die geringere Anzahl von Bauelementen bewirkt neben dem wirksamen Schutz der Schaltung auch eine Verbesserung der Verfügbarkeit und des Aufwandes, da durch die geringe Anzahl von elektrischen Bauelementen die Gefahr von Ausfällen und die Höhe der Kosten verringert ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt dabei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Drosselklappensteller, in dessen Gehäuse unter anderem eine elektronische Schaltung, z.B. die Auswerteelektronik eines Lagesensors, untergebracht ist. Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Schutz einer solchen elektronischen Schaltung.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Figur 1 zeigt ein Saugrohr 1, in welches ein Drosselklappenstutzen 2 eingebaut ist. Das Gehäuse dieses Drosselklappenstutzen besteht aus Metall. Er ist elektrisch isoliert, z.B. gegenüber Saugrohr (wenn das Saugrohr aus Kunststoff besteht), Verbrennungsmotor oder Fahrzeugkarosserie, gelagert.
  • Der Drosselklappenstutzen umfasst eine Drosselklappe 3, die auf einer Welle 4 befestigt ist. Diese Welle 4 ist ferner mit der Antriebswelle eines elektrischen Motors 5 verbunden, der durch Drehen in der einen oder anderen Richtung die Antriebswelle und damit die Drosselklappe 3 dreht. Auf diese Weise wird der Öffnungsquerschnitt des Saugrohrs verändert. Ferner ist auf der Welle, wie in Figur 1 schematisch dargestellt, wenigstens ein Lagesensor 6,7 angebracht. Diese erfassen entweder potentiometrisch oder berührungslos (z.B. nach Hallprinzip) die Stellung der Welle 4 und damit der Drosselklappe 3. Der Lagesensor 6, 7 umfasst eine elektronische Schaltung 8, 9, welche das vom Sensor erfasste Meßsignal auswertet. Die elektrische Schaltung ist gegenüber dem Gehäuse des Drosselklappenstutzen elektrisch isoliert.
  • Die elektronischen Schaltungen sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel als integrierte Schaltungen ausgeführt, in anderen Ausführung auch als diskrete Schaltungen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwei Lagesensoren 6 und 7 vorgesehen.
  • Ferner ist eine elektronische Steuereinheit 10 vorgesehen, welche in einem Ausführungsbeispiel wenigstens einen Mikrocomputer umfasst, der nach Maßgabe von über Eingangsleitungen 11 bis 15 zugeführten Meßsignalen von Messeinrichtungen 16 bis 20 entsprechend seiner implementierten Programme u.a. Ansteuersignale zur Betätigung des elektrischen Motors 5 ausgibt. In anderen Asuführungen umfasst die Steuereinheit 10 keinen Mikrocomputer, sondern andere Mittel zur Bildung von Ansteuersignalen. Diese Ansteuersignale werden über die Ansteuerleitungen 21 und 22 zum elektrischen Motor 5 geführt. Die elektronischen Schaltungen 8 bzw. 9 und gegebenenfalls die Sensoren 6 bzw. 7 werden von der Steuereinheit 10 über die Leitungen 23 und 24 mit Energie versorgt. Dabei stellt im gezeigten Ausführungsbeispiel die Leitung 23 die Verbindung mit dem Pluspol einer Spannungsquelle dar, während die Leitung 24 eine Masseverbindung repräsentiert. Pluspol und Masseverbindung entsprechen dabei den entsprechenden Verbindungen der Steuereinheit 10. Die aufbereiteten Meßsignale der Sensoren 6 bzw. 7 werden von den elektronischen Schaltungen 8 bzw. 9 über Leitungen 25 und 26 an die elektronische Steuereinheit 10 abgegeben, die diese Signale im Rahmen der Steuerung der Drosselklappe 3 bzw. anderer Funktionen berücksichtigt. Sensoren und elektronische Schaltungen sind dabei gegenüber dem Gehäuse des Drosselklappenstellers elektrisch isoliert.
  • In anderen Ausführungsbeispielen wird die Masseverbindung und/oder die Plusverbindung nicht aus der Steuereinheit vorgenommen, sondern aus anderen Komponenten oder direkt aus einer Spannungsquelle.
  • Aufgrund der geschilderten Bauart ist es notwendig, die elektronischen Schaltungen 8 bzw. 9 gegen elektrostatische Impulse und elektromagnetische Einstrahlungen zu schützen. Für diesen Zweck wird ein elektrisches Bauelement wie einen spannungsabhängiger Widerstand, z.B. ein Varistor, oder Bauelemente wie Dioden, Funkenstrecken, Kondensatoren zwischen das Gehäuse des Drosselklappen stutzen und einem geeigneten Anschluss eingebracht, z.B. des Masseanschluss der wenigstens einen elektronischen Schaltung. Ein Schutz ausschliesslich gegen ESD-Impulse wird mit zwei in entgegengesetzter Richtung in Serie geschalteter Zener-Dioden erreicht.
  • Ein Beispiel hierfür ist in Figur 2 dargestellt. Dort sind die Sensoren 6 und 7 sowie die elektronischen Schaltungen 8 und 9 als integrierte Schaltungen IC1 und IC2 dargestellt und auf die in Figur 1 dargestellte Art und Weise verschaltet. Zwischen der Masseleitung 23 der elektronischen Schaltungen und dem Gehäuse 2 des Drosselklappenstutzen ist ein spannungsabhängiger Widerstand 100 eingebracht. Elektrostatische Aufladungen des Gehäuses 2 werden demgemäß über den Varistor 100 nach Masse abgeleitet, während elektrostatische Impulse und elektromagnetische Einstrahlungen in die elektronischen Schaltungen über den Varistor 100 abgeleitet werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Drosselklappenstellers beschrieben. In anderen Anwendungen wird bei einer elektronischen Schaltung, die in einem Gehäuse eines Aggregats elektrisch isoliert eingebaut ist und als Massenanschluss nicht das Gehäuse des Aggregats verwendet, entsprechend vorgegangen.
  • Anstelle von zwei integrierten Schaltungen, wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt, wird in anderen Ausführungen nur eine integrierte Schaltung oder drei und mehr Schaltungen eingesetzt.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung, die in einem Gehäuse (2) eingebaut ist, die gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist und der wenigstens ein Anschluss zugeführt ist, der die elektronische Schaltung mit einem vorgegebenen Potential verbindet, wobei zwischen Gehäuse und diesem wenigstens einen Anschluss wenigstens ein elektrisches Bauelement eingebracht ist, welches Aufladungen des Gehäuses und/oder Einstrahlungen in die elektronische Schaltung ableitet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses elektrische Bauelement ein spannungsabhängiger Widerstand (Varistor) oder wenigstens eine Diode oder Funkenstrecke oder wenigstens ein Kondensator ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse das Gehäuse eines elektrischen Drosselklappenstellers einer Brennkraftmaschine ist, wobei die elektronische Schaltung die Auswerteschaltung für einen Lagesensor ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Potential das Massepotential ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Massepotential das Massepotential eines Steuersystems zur Steuerung der Brennkraftmaschine ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung zur Auswertung von Meßsignalen von Sensoren dient, die potentiometrisch oder berührungslos die Stellung der Drosselklappe erfassen.
EP02758111A 2001-10-20 2002-07-23 Vorrichtung zum schutz einer elektronischen schaltung Expired - Lifetime EP1440230B1 (de)

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