SE524196C2 - Anordning, system och metod för att driva en elektromagnetisk komponent i ett fordon - Google Patents

Description

nunn- 10 15 20 25 30 524 196 Ett insprutningsförlopp gàr till sà att en lämplig styrsignal skickas till spolen som stänger ventilen. häller hàllförloppet sà länge som insprutningsförloppet skall Styrsignalen sedan ventilen stängd under pàgà. Sedan, dà styrsignalen stängs av, öppnas ventilen igen. ventilen än det behövs till att hälla den stängd, sà Eftersom det behövs mer kraft till att stänga varierar styrsignalens amplitud med tiden under ett insprutningsförlopp. Under stängningsförloppet drar spolen mer ström än under hàllförloppet. För att stänga ventilen snabbt och för att övervinna den kraft som häller dels leverera en hög ström och dels ha en kort stigtid under ventilen öppen, behöver styrsignalen stängningsförloppet.

För att uppfylla nya, hårdare miljökrav som kräver minskade utsläpp och även minska bränsleförbrukning, mäste moderna motorers insprutningsförlopp styras noggrannare än tidigare. Detta medför att ventilen och därmed elektromagneten måste styras snabbare och exaktare än tidigare. För att styra en elektromagnet snabbt sä krävs det att drivningen kan leverera en hög ström med en så kort stigtid som möjligt.

Problemet med att driva en elektromagnet med en hög ström och kort stigtid, dvs med en brant flank, är att drivsignalen alstrar stora elektromagnetiska störningar i form av högfrekventa radiostörningar. Dessa störningar kan dels störa fordonets styrelektronik och dessutom extra utrustning monterad i fordonet, sásom telefon, radio, kommunikationsradio mm. Är störningen kraftig kan även andra fordon eller apparater i fordonets närhet störas. oo so... 10 15 20 25 30 524 196 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med uppfinningen är därför att åstadkomma en anordning för att driva en elektrisk komponent, t.ex. en injektor, på ett sätt som alstrar så lite elektromagnetisk strålning som nöjligt, att åstadkomma ett system innehållandes en elektrisk komponent, t.ex. en injektor, som drives på ett sätt som alstrar så lite elektromagnetisk I strålning som möjligt, samt att åstadkomma en metod för att driva en elektrisk komponent, t.ex. en injektor, på ett sätt som alstrar så lite elektromagnetisk strålning som möjligt.

Den uppfinningsenliga lösningen till denna uppgift är beskriven i den kännetecknande delen i patentkrav l avseende anordningen, i den kännetecknande delen i patentkrav 5 avseende systemet och i den kännetecknande delen i patentkrav 10 avseende metoden. De övriga patentkraven innehåller fördelaktiga utbildningar och vidareutvecklingar av den uppfinningsenliga anordningen (krav 2 till 4), det uppfinningsenliga systemet (krav 6 till 9) samt den uppfinningsenliga metoden (krav ll).

Genom en första utformning av den uppfinningsenliga anordningen tillhandahålles en anordning för att driva en elektrisk komponent med en balanserad, symmetrisk drivsignal bestående av en första signal och en andra signal, där den andra signalen är en inverterad avbild av den första signalen. Detta reducerar de alstrade radiostörningarna betydligt.

Vid en fördelaktig första vidareutveckling av den uppfinningsenliga anordningen så innefattar anordningen medel för att av en inkommande styrsignal skapa en balanserad, symmetrisk utsignal bestående av en första o-uon ß 10 15 20 25 30 524 196 signal och en andra signal, där den andra signalen är en inverterad avbild av den första signalen. Fördelen med detta är att den befintliga styrsignalen kan användas som insignal till anordningen.

Vid en fördelaktig andra vidareutveckling av den uppfinningsenliga anordningen sä är anordningen anpassad för att leverera en drivsignal med en stigtid mindre än 10 mikrosekunder/Amperé. Syftet med detta är att skall komponenten tillräckligt snabbt. drivsignalen kunna driva den elektriska Vid en fördelaktig av den uppfinningsenliga anordningen så är anordningen anpassad tredje vidareutveckling för att driva minst en injektor för bränsleinsprutningen till en motor.

Genom en första utformning av det uppfinningsenliga systemet tillhandahälles ett system som driver en elektrisk komponent med en balanserad, symmetrisk drivsignal bestående av en första signal och en andra signal, där den andra signalen är en inverterad avbild av den första signalen. Detta reducerar de alstrade radiostörningarna fràn systemet betydligt.

Vid en fördelaktig första vidareutveckling av det uppfinningsenliga systemet sä innefattar systemet medel som skapar en balanserad, symmetrisk utsignal av en inkommande styrsignal. Fördelen. med detta är att den befintliga styrsignalen kan användas som insignal till systemet.

Vid en fördelaktig andra vidareutveckling av det uppfinningsenliga systemet är den ingàende elektriska 10 15 20 25 30 524 196 komponenten kapacitiv eller induktiv. Fördelen med detta är att systemet kan innefatta reaktiva komponenter.

Vid en fördelaktig utformning av den andra vidareutvecklingen av det uppfinningsenliga systemet är den ingående elektriska komponenten en spole i en injektor. Fördelen med detta är att radiostörningar alstrade av ett bränsleinsprutningssystem kan reduceras betydligt.

Vid en fördelaktig tredje vidareutveckling av det uppfinningsenliga systemet är den elektriska komponenten skild Fördelen med detta är att jordslingor i systemet kan galvaniskt ifràn jordpotentialen i systemet. undvikas.

En uppfinningsenlig' metod för att driva en elektrisk komponent innefattar steget att driva den elektriska komponenten med tvà drivsignaler, där den ena drivsignalen är en inverterad avbild av den andra drivsignalen. Fördelen med denna metod är att den elektromagnetiska strålningen som alstras då en elektrisk komponent drivs kan reduceras betydligt.

Vid en fördelaktig vidareutveckling av den uppfinningsenliga metoden innefattas steget att av en inkommande styrsignal skapa tvà utsignaler, där den ena utsignalen är en inverterad avbild av den andra utsignalen. Fördelen, med detta är att den befintliga styrsignalen kan användas som insignal till styrenheten som driver den elektriska komponenten.

KORT BESKRIVNING AV FIGURER oas-e 10 15 20 25 30 524 196 Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande, med hänvisning till utföringsexempel som visas pà de bifogade ritningarna, varvid FIG l FIG 2 visar ett känt bränsleinsprutningssystem och visar ett sàdant system enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL De följande beskrivna utföringsexemplen av uppfinningen med vidareutvecklingar skall ses enbart som exempel och skall pá intet vis vara begränsande för patentkravens skyddsomfàng.

I de följande beskrivna exemplen av uppfinningen kan en elektrisk komponent vara vilken komponent som helst som alstrar störningar när den drivs. Företrädelsevis är det komponenter som är mer eller mindre reaktiva, dvs som innehäller spolar och/eller kondensatorer, och som drivs med relativt hög ström och/eller signaler med kort stigtid som hänsyftas. Det kan t.ex. vara reläer, kontaktorer, magnetventiler, högspänningslampor, piezo- komponenter, etc. I dessa exempel kommer en injektor för bränsleinsprutning till en förbränningsmotor att användas som exempel pä en sàdan elektrisk komponent.

En injektor 6 för bränsleinsprutning till en motor 4 är normalt ansluten till en styrenhet 5 :ned en tväpolig kabel 2, 3 bränsleinsprutningssystem l. Den enligt Fig. 1, som visar ett känt positiva polen 2 används till drivsignalen D och den andra polen 3 är ansluten till chassijord. Dá en osymmetrisk drivsignal driver injektorn 6 så. kommer en del av signalen att kapacitivt koppla till motorn 4 via t.ex. parasitkapacitansen cp 9 med en ström iqfl Detta ger upphov till en common-mode ström ibn, som flyter genom ...uu 10 15 20 25 30 524 196 motorn 4 tillbaka till styrenheten 5 t.ex. genom en jordfläta 8. Denna strömväg ger upphov till en oönskad jordslinga. Denna jordslinga tillsammans med common-mode strömmen icn medför att systemet alstrar elektromagnetiska störningar, här kallade radiostörningar.

Amplituden och frekvensinnehállet hos de utstràlade radiostörningarna, dvs de elektromagnetiska störningarna, beror pá manga faktorer. De påverkas bland annat av drivsignalens amplitud, utformning och stigtid, av dess periodicitet, av parasitkapacitansen mellan injektor och motorblock, av kablarnas längd mellan styrenhet och injektor, av jordslingans längd, av jordförbindelsens resistans, mm.

Ett känt sätt att försöka begränsa dessa radiostörningar direkt fràn motorblocket till styrenheten. Detta kan delvis begränsa är att ansluta en jordförbindelse 8 störningarna i lägre frekvensband, typiskt under 30 MHz, men högre frekvenser påverkas inte.

Ett annat känt sätt att begränsa radiostörningar som alstras vid drivning av en elektrisk komponent är att skärma kabeln till den elektriska komponenten. I detta fall skulle dà kabeln som ansluter styrenheten med injektorn skärmas. En skärmning som är riktigt utförd skulle delvis begränsa de alstrade störningarna, men fortfarande skulle en del av signalen koppla till motorblocket och eftersom inte enbart kabeln fungerar som antenn skulle en skärmning av kablaget inte reducera störningarna tillräckligt. Dessutom skulle en anslutning med skärm kräva nya, dyra kontaktdon och injektorer och dessutom en dyr tillverkning. :soc o o 10 15 20 25 30 524 196 . . - u .- Ett första utföringsexempel av det uppfinningsenliga systemet visas i Fig. 2. Där visas ett bränsleinsprutningssystem 11 innefattandes en styrenhet 13 till en injektor 6 för bränsleinsprutning till en motor 4. Den 15 ansluten med en tvàpolig kabel 12, positiva polen 12 används till den positiva drivsignalen D+ och den negativa polen 13 används till den negativa drivsignalen D-. Styrenheten 15 innefattar en styrmodul 19 och en drivmodul 17, där drivmodulen 17 innehåller tvä drivsteg, 18a och 18b. Styrenheten 15 är fördelaktigt integrerad i. en befintlig motorstyrenhet, även om det också är möjligt att styrenheten består av en separat enhet.

Drivmodulen 17 levererar tvá drivsignaler, D+ och D-.

Detta gör att injektorn 6 drivs med en balanserad, symmetrisk drivsignal bestående av D+ och D-, varvid D- är en inverterad avbild av D+. Eftersom drivsignalen är symmetrisk kommer det inte att uppstà en common-mode ström iah dvs i@F0 och iqsü, därmed kopplas ingen signal genom parasitkapacitansen cp 9. Detta medför att i stort sett inga radiostörningar alstras.

En symmetrisk drivsignal kan åstadkommas pà olika sätt.

Antingen kan insignalen till drivmodulen 17, sásom i exemplet, skapas i styrmodulen 19 som är integrerad i styrenheten 15. Detta kan t.ex. ske genom att av insignalen S skapa tvà utsignaler S+ och S- genom att dela upp S i tvá signaler, där den ena signalen inverteras. Det är också möjligt att alstra de tvá utsignalerna, S+ och S-, direkt i. styrsystemet, t.ex. med en signalprocessor. Utsignalerna S+ och S- används som insignaler till drivstegen 18a och 18b. 10 15 20 25 30 524 196 » - » » .a För att minimera störningarna så mycket som möjligt är det fördelaktigt att bàde tidsförloppet för S+ och S- är sà lika som möjligt. Av svàrt att absolutbeloppet och olika anledningar är det undvika små skillnader i signalerna men även om signalerna skiljer àt lite i eller tid så störningarna betydligt. absolutbelopp reduceras För att drivsignalerna D+ och D- skall kunna driva injektorn 6 pá ett optimalt sätt, är det viktigt att systemet är avpassat för snabba styrpulser. Det fàr därför inte finnas komponenter i signalkedjan som lágpassfiltrerar signalen för mycket, dvs begränsar drivsignalens stigtid. För en typisk drivsignal är t.ex. spänningen 28 V, maximal ström t.ex. 8 A och stigtiden t.ex. nägra mikrosekunder.

För att kunna styra en injektor ännu snabbare och exaktare sá kan injektorn innefatta tvá elektriska spolar, en som öppnar och en som stänger ventilen. Det är dà möjligt att styra bade öppningsförloppet och stängningsförloppet i. ett insprutningsförlopp med stor precision. Med en sàdan injektor, där bàde högre strömmar och kortare stigtider kommer att användas, blir det ännu viktigare att ha en hög reducering av radiostörningar, eftersom störningsniván ökar med högre strömmar och snabbare förlopp.

I en fördelaktig vidareutveckling av det uppfinningsenliga systemet enligt Fig. 2 sà innefattar systemet därför ett styrsystem med tvà drivmoduler (17 i Fig. 2) per injektor (6 i Fig. 2). 10 15 20 25 30 524 196 10 Ånnu en fördel med ett system enligt uppfinningen är att styrelektronikens jord inte behöver kopplas ihop med motorblocket utan den kan 'vara galvaniskt skild fràn motorn. Det är t.ex. ett krav i marina applikationer att komponenter är galvaniskt skilda frän jord, detta för att undvika galvanisk korrosion.

I ett första utföringsexempel av den uppfinningsenliga metoden sä innefattar metoden steget att driva en injektor 6 med tvà drivsignaler där den ena drivsignalen D- är en inverterad avbild av den andra drivsignalen D+. D+ är en signal med positiv amplitud och ett visst tidsberoende och D- är en liknande signal med negativ amplitud och samma tidsberoende. Drivsignalerna D+ och D- är signalerna fràn drivstegen 18a och 18b som driver injektorn 6.

Vid en vidareutveckling av metoden så innefattar metoden steget att av en insignal S till styrenheten skapa tvá utsignaler, S+ och S-, där utsignal S+ är en avbild av insignalen S och där utsignal S- är en inverterad avbild av insignalen S. Utsignalerna, S+ och S-, används som insignaler till drivstegen 18a och l8b.

Utsignalerna, S+ och S-, kan åstadkommas pä olika sätt.

Antingen kan de, sàsom i exemplet, skapas i styrmodul 19 som är integrerad i styrenheten 15. Detta kan t.ex. ske genom att av insignalen S skapa S+ och S- genom att dela upp S i tvá signaler, där den ena signalen inverteras.

Det är också möjligt att alstra de tvà signalerna, S+ och S-, direkt i styrsystemet, t.ex. med en signalprocessor. canon 524 196 ll Uppfinningen skall inte anses vara begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen, utan en rad ytter- ligare varianter och nmdifikationer är tänkbara inom ramen för efterföljande patentkrav. Systemet och metoden kan t.ex. användas även för system som inte är fordonsbaserade där man vill reducera utstrálade radiostörningar, där komponenter som åtminstone delvis är reaktiva drivs med en osymetrisk drivsignal, t.ex. för kontaktorer eller andra elektriska komponenter .

Claims (10)

10 15 20 25 30 5 2 4 1 9 6:: _ Il : :: v .."" N PATENTKRAV

1. En drivanordning (15) för att driva en elektromagnetisk komponent (6) i ett fordon, innefattande minst en drivmodul (17), k ä n n e t e c k n a d därav, att drivmodulen (17) levererar tvä drivsignaler (D+ och D'). (D-) avbild av den andra drivsignalen (D+). där den ena drivsignalen är en inverterad

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, (19) (S+ och S-), att anordningen innefattar medel för att av en insignal (S) skapa tvá utsignaler där en utsignal (S+) är en avbild av insignalen (S) och där en utsignal (S-) är en inverterad avbild av insignalen (S) och där utsignalerna (S+ och S-) fungerar som insignaler till drivmodulen (17).

3. Anordning enligt nágot av kraven 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen är anpassad för signaler med en stigtid mindre än 10 mikrosekunder/Amperé.

4. Anordning enligt nägot av kraven 1 till 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att den elektromagnetiska komponenten (6) är en injektor för bränsleinsprutning till en förbränningsmotor (4). (ll) för komponent (6) i ett

5. System att driva en elektromagnetisk fordon, innefattande minst en drivmodul (17) som är elektriskt förbunden med minst en elektromagnetisk komponent (6), k à n n e t e c k n a t därav, 10 15 20 25 30 524 196§s:æ::vr@*= ß att minst en drivmodul (D+ och D-), (17) där den ena drivsignalen levererar tvà drivsignaler (D-) inverterad avbild av den andra drivsignalen (D+). är en

6. System enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, (19) (S+ och S-) (S+) år en avbild av insignalen (S) och där en utsignal (S-) (S) och där utsignalerna fungerar som insignaler till att systemet innefattar medel som av en insignal (S) skapar tvá utsignaler där en utsignal är en inverterad avbild av insignalen (S+ och S-) drivmodulen (17).

7. System enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t därav, -att den elektromagnetiska komponenten (6) är en injektor för bränsleinsprutning till en förbränningsmotor (4).

8. System enligt nàgot av kraven 5 till 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att den elektromagnetiska komponenten (6) är galvaniskt skild ifràn jordpotentialen i systemet.

9. Metod för att driva en elektromagnetisk komponent (6) i ett fordon, innefattandes steget: - att driva den elektromagnetiska komponenten (6) med tvà drivsignaler (D+ och D-), där den ena drivsignalen (D-) är en inverterad avbild av den andra drivsignalen (D+).

10. Metod enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att metoden även innefattar steget: 524 196 ~ IH att av en insignal S-), (S) och där en utsignal (S) insignaler (S) (S+ och (S+) är en avbild av insignalen skapa tvá utsignaler där en utsignal (S-) är en inverterad avbild (S+ och S-) drivmodul av insignalen och där utsignalerna till levererar drivsignalerna (D+ och D-). fungerar som den som