WO2004051066A1 - Überwachungsverfahren für einen aktor und zugehörige treiberschaltung - Google Patents

Überwachungsverfahren für einen aktor und zugehörige treiberschaltung Download PDF

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WO2004051066A1
WO2004051066A1 PCT/DE2003/003635 DE0303635W WO2004051066A1 WO 2004051066 A1 WO2004051066 A1 WO 2004051066A1 DE 0303635 W DE0303635 W DE 0303635W WO 2004051066 A1 WO2004051066 A1 WO 2004051066A1
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voltage
diag
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Eric Chemisky
Walter Schrod
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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    • H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
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    • F02D2400/16—Adaptation of engine control systems to a different battery voltages, e.g. for using high voltage batteries

Definitions

  • the invention relates to a driver circuit for an actuator, in particular for a piezoelectric actuator for an injection valve of an internal combustion engine, and a monitoring method for such a driver circuit.
  • piezoelectric actuators are used as actuators for the injection valves, which enables highly dynamic control of the injection process compared to conventional solenoid valves.
  • the stroke of such a piezoelectric actuator and thus the valve position of the associated injection valve depends on the state of charge, so that the piezoelectric actuator must be charged or discharged in accordance with the desired stroke.
  • a driver circuit for electrically actuating such a piezoelectric actuator which has a DC converter arranged on the input side as well as a charging switch and a discharging switch.
  • the charge switch connects a diode connected in series with the actuator to a supply voltage to charge the actuator, while the discharge switch connects the actuator to ground via the diode to discharge the actuator.
  • the desired stroke of the actuator can then be achieved by pulse-width-modulated control of the charge switch and the discharge switch.
  • the known driver circuit also enables the detection of a short circuit of the actuator.
  • the electrical current flowing through the actuator and the current flowing elsewhere in the actuator circuit are measured as part of a conventional fault current measurement.
  • the two measured currents must match, whereas a short circuit in the actuator circuit leads to different measured values, since the current flows away at least in part via the short circuit.
  • the two measured values are therefore compared with one another, a corresponding diagnostic signal being generated as a function of the comparison.
  • a disadvantage of this known driver circuit is first of all the fact that in the event of a short circuit, a shutdown must take place within a very short period of around 10 ⁇ s in order to prevent damage to the driver circuit.
  • Another disadvantage of the known driver circuit is that a relatively high outlay on circuitry is required to decouple the fault current measurement from the DC-DC converter arranged on the input side. Otherwise the influence of the DC-DC converter on the fault current measurement would falsify the measurement result.
  • Another disadvantage of the known driver circuit is the fact that it is not possible to differentiate between a short circuit to ground and a short circuit to the supply voltage.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved driver circuit or a corresponding monitoring method for a driver circuit, as a result of which a short-circuit detection and a distinction between a ground short circuit and a battery short circuit is made possible.
  • the invention encompasses the general technical teaching of distinguishing at least three different states as a function of the comparison of the measured currents and correspondingly generating a diagnostic signal with at least three possible states.
  • diagnostic signal with several possible states used in the context of the invention is to be understood in general terms and does not only include a diagnostic signal in the narrower sense, which for example can assume three different signal levels. Rather, it is also possible for the diagnostic signal to consist of three digital signals, each of which indicates error-free operation, a ground short circuit or a short circuit in relation to the supply voltage.
  • the invention is also not limited to the known type of driver circuit described at the outset, but can also be implemented with a different type of driver circuit.
  • the driver circuit can have a transformer, the primary side of the transformer being connected to a supply voltage via a charge switch, while the secondary side is connected to the piezoelectric actuator via a discharge switch.
  • the charge state of the piezoelectric actuator can then be set according to the desired stroke by a suitable pulse-width-modulated control of the charge switch and the discharge switch, so that the injection valve either opens or closes at the predetermined times.
  • a preferred embodiment of the invention also enables not only short-circuit detection, but also detection of a line break.
  • An interruption of the actuator circuit usually leads to an excessive voltage rise in the actuator circuit. It is therefore in this embodiment it is provided that the electrical voltage in the actuator circuit is measured and the diagnostic signal is generated as a function of the measured value, the diagnostic signal being able to assume at least four different states in order to distinguish between error-free operation, a ground short circuit, battery short circuit and a line break.
  • a variant of the invention provides that the voltage rise is evaluated, for example by eating the time that elapses until a predetermined voltage threshold is reached. This variant is based on the knowledge that the voltage in the actuator circuit rises particularly quickly during a charging process if the line to the actuator is interrupted.
  • the voltage is measured which arises in the actuator circuit after a charge pulse from the driver circuit. This measured value is then compared with the known Zener voltage of the protective diode in order to generate the diagnostic signal as a function of the comparison.
  • a variant of the invention for detecting a line break provides for measuring the voltage above the normal working range during charging, while limiting the charging current or switching off the primary side of the driver circuit.
  • the fault current measurement according to the invention in the actuator circuit can be carried out in various ways, a number of options being briefly described below.
  • a variant of the invention provides that the current in the actuator circuit takes place at both measurement points on the ground side (“low side”) by measuring the voltage in each case via a resistor connected to ground.
  • the advantage of this ground-side fault current measurement at both measuring points is the relatively low circuit complexity, since the measured voltages are directly proportional to the respective current.
  • the fault current measurement is carried out at both measuring points in the actuator circuit on the voltage side by means of two measuring resistors (“shunts”) which are arranged in series in the actuator circuit on the voltage side. The voltage drop across these measuring resistors then reflects the current in the actuator circuit.
  • the fault current measurement in the actuator circuit takes place at one measuring point through a measuring resistor on the ground side and at the other measuring point through a measuring resistor arranged on the voltage side.
  • the above-mentioned voltage-side fault current measurement can also be carried out using coils instead of a measuring resistor, which is well known per se.
  • the measurement points for the fault current measurement are decoupled from the input of the driver circuit in terms of circuitry in order to avoid falsification of the fault current measurement on the input side. This is particularly useful if the driver circuit has a DC converter on the input side.
  • the decoupling of the measuring points arranged in the actuator circuit for measuring the residual current from the input of the driver circuit can take place, for example, by means of a galvanic isolation, in that see the input of the driver circuit and the actuator circuit, a transformer is arranged.
  • the invention also includes a correspondingly designed driver circuit which enables a short circuit to be identified and distinguished from ground and supply voltage.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a driver circuit according to the invention
  • FIGS. 3a to 3h different failures of the driver circuit from FIG. 1.
  • the driver circuit shown in FIG. 1 is used for the electrical control of piezoelectric actuators of injection valves of an internal combustion engine.
  • a single actuator CP is shown here, although in a multi-cylinder internal combustion engine there are several actuators corresponding to the number of combustion chambers.
  • the actuators (not shown) are constructed identically and are connected in parallel to the actuator CP, as indicated by the dashed lines.
  • the actuator CP is - like the other actuators (not shown) for the other combustion chambers of the internal combustion engine - connected in series with a selection switch 1 and a resistor Rl, the selection switch 1 consisting of a parallel connection of a switching element S1 and a diode Dl.
  • the selector switch 1 enables one of the actuators for to select a charging or discharging process by the respective switch S1 turning on while the corresponding switches for the other actuators are disconnecting.
  • a transformer 3 with a primary winding W1 and a secondary winding W2 is arranged between the actuator CP and the voltage converter 2, the primary winding W1 being connected to the voltage converter 2, while the secondary winding is connected to the actuator CP.
  • the primary winding W1 of the transformer 3 is connected in series with a resistor R2 and a parallel circuit consisting of a diode D2 and a charging switch S2.
  • the charging switch S2 is actuated with a predetermined frequency and duty cycle in pulse mode with a predetermined number of pulse width-coded signals at the predetermined charging voltage.
  • the current through the primary coil W1 rises and is interrupted at a predetermined point in time by opening (non-conducting control) the charging switch S2.
  • a pulsed voltage flows through the secondary winding W2 at a current corresponding to the turns ratio W2 / W1, which is smoothed by a capacitor C2, and charges the actuator CP with each current pulse until finally after the predetermined number of Pulsing a predetermined actuator voltage is approximately reached.
  • the secondary circuit is closed when selector CP is loaded using selector switch 1.
  • the secondary winding W2 of the transformer 3 is connected in series with two parallel circuit branches, the one circuit branch consisting of a series connection of a diode D3 and a resistor R3, which carries the current during the charging process, while the other circuit branch through a series connection from a discharge switch S3 and a resistor R4 is formed and leads the current during the discharge of the actuator CP.
  • the actuator CP is also discharged with pulse-width-modulated signals in that the discharge switch S3 is controlled in a conductive and non-conductive manner, as a result of which the actuator voltage drops.
  • the current flows from the actuator CP via the secondary winding W2, the discharge switch S3 and the selection switch 1 back to the actuator CP.
  • the selection switch 1, the charging switch S2 and the discharging switch S3 are activated in a conventional manner by pulse-width-modulated control signals and are therefore not described in further detail below.
  • the driver circuit has a diagnostic unit 4 in order to detect a short circuit in the actuator CP or a line interruption, as will be described later with reference to the flowchart shown in FIGS. 2a and 2b.
  • FIG. 3a shows a ground short circuit at the positive connection of the actuator CP, so that the capacitor C2 is completely discharged via the ground short circuit.
  • this has the consequence that the voltage U c2 measured by the diagnostic unit 4 drops to zero.
  • the currents I R1 and I R3 measured by the diagnostic unit 4 in the actuator circuit are no longer exactly the same in the event of a short to ground at the positive connection of the actuator CP, since the actuator circuit then has several meshes.
  • the diagnostic unit 4 can therefore identify a short to ground at the positive connection of the actuator CP on the basis of a measurement of the voltage U c2 and the currents I R1 and I R3 .
  • FIG. 3b shows a short circuit against a battery voltage of + 12V at the positive connection of the actuator CP.
  • the two currents I Ri and I R3 do not match exactly, since the actuator circuit has several meshes due to the short circuit.
  • the voltage U c2 measured by the diagnostic unit 4 is essentially the same as the battery voltage (U C2 «+ 12V), which makes it possible to distinguish the short-circuit shown in FIG. 3a at the positive connection of the actuator CP.
  • FIG. 3c also shows a short circuit against a battery voltage of + 42V at the positive connection of the actuator CP.
  • the currents I Ri and I R3 also do not match, since the actuator circuit becomes multi-meshed due to the battery short circuit.
  • the voltage U c2 is essentially the same as the battery voltage, ie it applies U C2 + 42V.
  • FIG. 3d further shows a fault in the driver circuit in which a ground short circuit occurs at the negative connection of the actuator CP.
  • a ground short circuit occurs at the negative connection of the actuator CP.
  • the currents I RX and I R3 assume different values because the actuator circuit becomes multi-meshed due to the short circuit.
  • the voltage U c2 depends on the state of charge of the actuator and can be significantly higher than the battery voltage of + 42V, which enables a distinction to be made from the fault cases described above, in which the currents I R1 and I R3 are also different.
  • FIG. 3e shows a fault in the driver circuit in which a short circuit to a battery voltage of + 12V occurs at the negative connection of the actuator CP.
  • This in turn has the consequence that the currents I R ⁇ and I R3 assume different values, since the actuator circuit becomes multi-meshed due to the short circuit.
  • the voltage U c2 also depends on the state of charge of the actuator and can be significantly above the battery voltage of + 42V, which enables a distinction from the short circuits shown in FIGS. 3a to 3c at the positive connection of the actuator CP, in which the currents I R ⁇ and I R3 are also different.
  • FIG. 3f also shows a fault in the driver circuit in which a short circuit to a battery voltage of + 42V occurs at the negative connection of the actuator CP.
  • the currents I R1 and I R3 also assume different values because the actuator circuit becomes multi-meshed due to the short circuit.
  • the voltage U c2 in turn depends on the state of charge of the actuator and can be significantly above the battery voltage of + 42V, which allows a distinction from the short circuits shown in FIGS.
  • the faults shown in FIGS. 3d to 3f with a short circuit at the negative connection of the actuator CP can be differentiated if one also considers the charge which flows away via the resistor R1 to ground during a predetermined period of time in the event of a short circuit. This electrical charge arises when the switch S1 is activated solely from the short-circuit voltage 0V, + 12V or + 42V, the resistance R1 and the integration time.
  • the possible differentiation of the different short-circuit cases at the negative connection of the actuator CP is described in detail later with reference to FIGS. 2a and 2b.
  • FIG. 3g shows a fault in the driver circuit in which a short circuit occurs across the actuator CP itself.
  • the actuator circuit remains single-meshed, so that the currents I R1 and I R3 measured by the diagnostic unit 4 are essentially the same size.
  • the current I R ⁇ flowing in the actuator circuit is, however, much larger in this fault case.
  • FIG. 3h shows an error in the driver circuit in which a line interruption occurs in the actuator branch of the actuator circuit.
  • the line interruption is represented by an infinite line resistance R L.
  • the driver circuit charges the capacitor C2 instead of the actuator CP, so that the voltage U c2 measured by the diagnostic unit 4 can rise to values of more than + 200V.
  • FIGS. 2a and 2b The monitoring method according to the invention, which is carried out by the diagnostic unit 4, is now described below with reference to FIGS. 2a and 2b.
  • the diagnostic unit 4 measures the electrical voltage U c2 , which drops across the capacitor C2. Knowing this voltage makes it possible, for example, to distinguish between the short circuits shown in FIGS. 3a to 3c at the positive connection of the actuator.
  • the diagnostic unit 4 uses a voltage tap to measure the voltage that drops across the resistor R1, this voltage representing the current i Ri that flows through the resistor R1 and the actuator CP in the actuator circuit during the charging process.
  • the current i R ⁇ is then integrated over a predetermined observation period in order to determine the charge Qi which flows through the resistor Rl to ground during the observation period.
  • Knowledge of the charge Qi enables a distinction to be made between the error cases shown in FIGS. 3f-3h, as will be described in detail below.
  • the diagnostic unit 4 uses a voltage tap to measure the voltage drop across the resistor R3, which represents the current i R3 flowing through the resistor R3 in the actuator circuit during the charging process.
  • the fault current ⁇ i is compared with the negative limit value II in order to check whether there is a short circuit at the positive connection of the actuator CP.
  • the diagnostic unit 4 continues the monitoring method according to the invention with the method steps shown in FIG. 2b, which are described below.
  • FIG. 2b it is first checked whether the short circuit at the positive connection of the actuator CP is a ground short circuit. In this case, namely the voltage U c2 approximately match the ground potential.
  • the diagnostic unit 4 therefore compares the measured voltage U c2 with ground potential 0V and with a positive limit value + 6V, a ground short circuit being assumed if the voltage U c2 is within this voltage range.
  • the diagnostic unit 4 ends the monitoring method according to the invention, since the error has been detected and displayed.
  • the fault detection can only be carried out during a charging process, since only then can the current in the actuator circuit flow through the resistor R3 and be measured.
  • the discharge switch S3 is closed, so that the current in the actuator circuit flows through the resistor R4.
  • the current i R4 through the resistor R4 is therefore additionally measured in order to enable error detection even during a discharge process.
  • a voltage tap shown in dashed lines is additionally provided, via which the diagnostic unit 4 measures the current i R4 through the resistor R4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für einen Aktor (CP), insbesondere für einen piezoelektrischen Aktor (CP) eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit den folgenden Schritten: Messung des in einem Aktorstromkreis durch den Aktor (CP) fließenden elektrischen Stroms (iR1), Messung des in dem Aktorstromkreis vor oder nach dem Aktor (CP) fließenden elektrischen Stroms (iR3), Vergleich der beiden gemessenen Ströme (iR1, iR2) zur Erkennung einer Störung und Erzeugung eines die Störung anzeigenden Diagnosesignals (DIAG) in Abhängigkeit von dem Vergleich. Es wird vorgeschlagen, dass das Diagnosesignal (DIAG) zur Unterscheidung eines Massekurzschlusses, eines Spannungskurzschlusses und eines fehlerfreien Zustands in Abhängigkeit von dem Vergleich der gemessenen Ströme mindestens drei verschiedene Werte annimmt. Weiterhin umfasst die Erfindung eine entsprechende Treiberschaltung.

Description

Beschreibung
Überwachungsverfahren für einen Aktor und zugehörige Treiberschaltung
Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für einen Aktor, insbesondere für einen piezoelektrischen Aktor für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, sowie ein Überwachungsverfahren für eine derartige Treiberschaltung.
In modernen Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen werden piezoelektrische Aktoren als Stellglieder für die Einspritzventile eingesetzt, was im Vergleich zu herkömmlichen Magnetventilen eine hochdynamische Steuerung des Einspritzvorgangs ermöglicht. Der Hub eines derartigen piezoelektrischen Aktors und damit die Ventilstellung des zugehörigen Einspritzventils hängt von dem Ladungszustand ab, so dass der piezoelektrische Aktor entsprechend dem gewünschten Hub aufgeladen bzw. entladen werden muss.
Aus EP 1 138 917 AI ist eine Treiberschaltung zur elektrischen Ansteuerung eines derartigen piezoelektrischen Aktors bekannt, die einen eingangsseitig angeordneten Gleichspannungswandler sowie einen Ladeschalter und einen Entladeschal- ter aufweist. Der Ladeschalter verbindet eine mit dem Aktor in Reihe geschaltete Diode mit einer Versorgungsspannung, um den Aktor aufzuladen, während der Entladeschalter den Aktor über die Diode mit Masse verbindet, um den Aktor zu entladen. Durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Ladeschalters und des Entladeschalters lässt sich dann der gewünschte Hub des Aktors erreichen.
Darüber hinaus ermöglicht die bekannte Treiberschaltung auch die Erkennung eines Massekurzschlusses des Aktors. Hierzu wird im Rahmen einer herkömmlichen Fehlerstrommessung der durch den Aktor fließende elektrische Strom sowie der an anderer Stelle des Aktorstromkreises fließende Strom gemessen. Bei einem fehlerfreien Betrieb müssen die beiden gemessenen Ströme übereinstimmen, wohingegen ein Kurzschluss in dem Aktorstromkreis zu unterschiedlichen Messwerten führt, da der Strom zumindest teilweise über den Kurzschluss abfließt. Die beiden Messwerte werden deshalb miteinander verglichen, wobei in Abhängigkeit von dem Vergleich ein entsprechendes Diagnosesignal erzeugt wird.
Nachteilig an dieser bekannten Treiberschaltung ist zunächst die Tatsache, dass bei einem Kurzschluss innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne von rund 10 μs eine Abschaltung erfolgen muss, um eine Beschädigung der Treiberschaltung zu verhindern.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Treiberschaltung besteht darin, dass zur Entkopplung der Fehlerstrommessung von dem eingangsseitig angeordneten Gleichspannungswandler ein relativ hoher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist. Andernfalls würde der Einfluss des Gleichspannungswandlers auf die Fehlerstrommessung das Messergebnis verfälschen.
Nachteilig an der bekannten Treiberschaltung ist darüber hinaus die Tatsache, dass nicht zwischen einem Kurzschluss nach Masse und einem Kurzschluss gegenüber der Versorgungsspannung unterschieden werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Treiberschaltung bzw. ein entsprechendes Überwachungsverfahren für eine Treiberschaltung zu schaffen, wodurch eine Kurzschlusserkennung und eine Unterscheidung zwischen einem Massekurzschluss und einem Batteriekurzschluss ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen bekannten Überwachungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich einer entsprechenden Treiberschaltung durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, in Ab- hängigkeit von dem Vergleich der gemessenen Ströme mindestens drei verschiedene Zustände zu unterscheiden und entsprechend ein Diagnosesignal mit mindestens drei möglichen Zuständen zu erzeugen.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Diagnosesignals mit mehreren möglichen Zuständen ist allgemein zu verstehen und umfasst nicht nur ein Diagnosesignal im engeren Sinne, das beispielsweise drei unterschiedliche Signalpegel annehmen kann. Es ist vielmehr auch möglich, dass das Diagno- sesignal aus drei digitalen Signalen besteht, die jeweils einen fehlerfreien Betrieb, einen Massekurzschluss oder einen Kurzschluss gegenüber der Versorgungsspannung anzeigen.
Auch ist die Erfindung nicht auf den eingangs beschriebenen bekannten Typ einer Treiberschaltung beschränkt, sondern auch mit einer andersartigen Treiberschaltung realisierbar. Beispielsweise kann die Treiberschaltung einen Transformator aufweisen, wobei die Primärseite des Transformators über einen Ladeschalter mit einer Versorgungsspannung verbunden ist, während die Sekundärseite über einen Entladeschalter mit dem piezoelektrischen Aktor verbunden ist. Durch eine geeignete pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Ladeschalters und des Entladeschalters lässt sich dann der Ladezustand des piezoelektrischen Aktors entsprechend dem gewünschten Hub einstel- len, so dass das Einspritzventil zu den vorgegebenen Zeiten entweder öffnet bzw. schließt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht darüber hinaus nicht nur eine Kurzschlusserkennung, sondern auch eine Erkennung eines Leitungsbruchs. So führt eine Unterbrechung des Aktorstromkreises in der Regel zu einem übermäßigen Spannungsanstieg in dem Aktorstromkreis. Es ist deshalb in dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die elektrische Spannung in dem Aktorstromkreis gemessen und das Diagnosesignal in Abhängigkeit von dem Messwert erzeugt wird, wobei das Diagnosesignal zur Unterscheidung eines fehlerfreien Betriebs, eines Massekurzschlusses, Batteriekurzschlusses und einer Leitungsunterbrechung mindestens vier verschiedene Zustände annehmen kann.
Zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung anhand der gemesse- nen Spannung bestehen verschiedene Möglichkeiten, die im folgenden kurz beschrieben werden.
Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der Spannungsanstieg ausgewertet wird, indem beispielsweise die Zeit ge es- sen wird, die bis zum Erreichen einer vorgegebenen Spannungsschwelle verstreicht. Diese Variante beruht auf der Erkenntnis, dass die Spannung in dem Aktorstromkreis während eines Ladevorgangs besonders schnell ansteigt, wenn die Leitung zu dem Aktor unterbrochen ist.
In einer anderen Variante der Erfindung wird die Spannung gemessen, die sich in dem Aktorstromkreis nach einem Ladeimpuls der Treiberschaltung einstellt. Dieser Messwert wird dann mit der bekannten Zenerspannung der Schutzdiode verglichen, um das Diagnosesignal in Abhängigkeit von dem Vergleich zu erzeugen.
Ferner sieht eine Variante der Erfindung zur Erkennung einer Leitungsunterbrechung vor, die Spannung oberhalb des normalen Arbeitsbereichs während des Ladens zu messen, während der Ladestrom begrenzt oder die Primärseite der Treiberschaltung abgeschaltet wird.
Die erfindungsgemäße Fehlerstrommessung in dem Ak- torstromkreis kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei im folgenden einige Möglichkeiten kurz beschrieben werden. Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass der Strom in dem Aktorstromkreis an beiden Messpunkten masseseitig ("Low- Side") erfolgt, indem die Spannung jeweils über einem an Masse geschalteten Widerstand gemessen wird. Vorteilhaft an die- ser masseseitigen Fehlerstrommessung an beiden Messpunkten ist der relativ geringe schaltungstechnische Aufwand, da die gemessenen Spannungen dem jeweiligen Strom direkt proportional sind.
In einer anderen Variante der Erfindung erfolgt die Fehlerstrommessung dagegen an beiden Messpunkten in dem Aktorstromkreis spannungsseitig mittels zweier Messwiderstände ("Shunts"), die spannungsseitig in Reihe in dem Aktorstromkreis angeordnet sind. Der Spannungsabfall über die- sen Messwiderständen gibt dann den Strom in dem Aktorstromkreis wieder.
In einer weiteren Variante der Erfindung erfolgt die Fehlerstrommessung in dem Aktorstromkreis dagegen an einem Mess- punkt durch einen masseseitigen Messwiderstand und an dem anderen Messpunkt durch einen spannungsseitig angeordneten Messwiderstand.
Die vorstehend erwähnte spannungsseitige Fehlerstrommessung kann hierbei auch mit Spulen anstelle eines Messwiderstands erfolgen, was an sich hinlänglich bekannt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Messpunkte für die Fehlerstrommessung von dem Eingang der Treiberschaltung schaltungstechnisch entkoppelt sind, um eine eingangsseitige Verfälschung der Fehlerstrommessung zu vermeiden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Treiberschaltung eingangsseitig einen Gleichspannungswandler aufweist. Die Entkopplung der in dem Aktorstromkreis angeordneten Messpunkte für die Fehlerstrommessung von dem Eingang der Treiberschaltung kann beispielsweise durch eine galvanische Trennung erfolgen, indem zwi- sehen dem Eingang der Treiberschaltung und dem Aktorstromkreis ein Transformator angeordnet wird.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch eine entsprechend ausgestaltete Treiberschaltung, die eine Erkennung und Unterscheidung eines Kurzschlusses gegen Masse und Versorgungsspannung ermöglicht.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüche enthalten oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Treiberschaltung,
Figur 2a und 2b das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren für die Treiberschaltung gemäß Figur 1 als Flussdiagramm sowie Figur 3a bis 3h verschiedene Fehlerfälle der Treiberschaltung aus Figur 1.
Die in Figur 1 dargestellte Treiberschaltung dient zur elektrischen Ansteuerung piezoelektrischer Aktoren von Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine. Zur Vereinfachung ist hierbei nur ein einziger Aktor CP dargestellt, obwohl bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine entsprechend der Anzahl von Brennräumen mehrere Aktoren vorhanden sind. Die nicht dargestellten Aktoren sind jedoch identisch aufgebaut und parallel zu dem Aktor CP angeschlossen, wie durch die ge- strichelten Linien angedeutet ist.
Der Aktor CP ist - wie die nicht dargestellten weiteren Aktoren für die anderen Brennräume der Brennkraftmaschine - in Reihe mit einem Auswahlschalter 1 und einem Widerstand Rl ge- schaltet, wobei der Auswahlschalter 1 aus einer Parallelschaltung aus einem Schaltelement Sl und einer Diode Dl besteht. Der Auswahlschalter 1 ermöglicht es, einen der Aktoren für einen Lade- bzw. Entladevorgang auszuwählen, indem der jeweilige Schalter Sl durchschaltet, während die entsprechenden Schalter für die anderen Aktoren trennen.
Die Stromversorgung der Treiberschaltung erfolgt durch einen Spannungswandler 2, der ausgangsseitig durch einen Kondensator Cl gepuffert ist und beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug von dem Kraftfahrzeugbordnetz mit einer Netzspannung UNETZ=42V versorgt wird.
Zwischen dem Aktor CP und dem Spannungswandler 2 ist hierbei ein Transformator 3 mit einer Primärwicklung Wl und einer Sekundärwicklung W2 angeordnet, wobei die Primärwicklung Wl mit dem Spannungswandler 2 verbunden ist, während die Sekundär- wicklung mit dem Aktor CP verbunden ist.
Die Primärwicklung Wl des Transformators 3 ist in Reihe mit einem Widerstand R2 und einer Parallelschaltung aus einer Diode D2 und einem Ladeschalter S2 geschaltet. Zum Aufladen des Stellgliedes wird der Ladeschalter S2 mit vorgegebener Frequenz und vorgegebenem Tastverhältnis im Pulsbetrieb mit einer vorgegebenen Zahl von Pulsweiten odulierten Signalen bei der vorgegebenen Ladespannung angesteuert. Während des leitenden Zustandes des Ladeschalters S2 steigt der Strom durch die Primärspule Wl an und wird zu einem vorgegebenen Zeitpunkt durch Öffnen (nichtleitendsteuern) des Ladeschalters S2 abgebrochen. In dieser nichtleitenden Phase der Primärseite fließt über die Sekundärwicklung W2 bei einem dem Windungsverhältnis W2/W1 entsprechenden Strom eine impulsförmige Spannung, die von einem Kondensator C2 geglättet wird, und lädt den Aktor CP mit jedem Strompuls weiter auf, bis schließlich nach der vorgegebenen Zahl von Pulsen eine vorgegebene Aktorspannung in etwa erreicht ist. Der Sekundärkreis wird beim Laden des Aktors CP über den Auswahlschalter 1 ge- schlössen. Die Sekundärwicklung W2 des Transformators 3 ist dagegen in Reihe mit zwei parallelen Schaltungszweigen geschaltet, wobei der eine Schaltungszweig aus einer Reihenschaltung einer Diode D3 und einem Widerstand R3 besteht, der den Strom während des Ladevorgangs führt, während der andere Schaltungszweig durch eine Reihenschaltung aus einem Entladeschalter S3 und einem Widerstand R4 gebildet wird und den Strom während des Entladens des Aktors CP führt.
Die Entladung des Aktors CP erfolgt ebenfalls mit pulsweiten- modulierten Signalen dadurch, dass der Entladeschalter S3 pulsförmig leitend und nichtleitend gesteuert wird, wodurch die Aktorspannung sinkt. Dabei fließt der Strom von dem Aktor CP über die Sekundärwicklung W2, den Entladeschalter S3 und den Auswahlschalter 1 zurück zu dem Aktor CP.
Bei jedem Öffnen des Entladeschalters S3 wird ein Teil der Entladeenergie auf die Primärseite des Transformators 3 übertragen und in den Ladekondensator Cl rückgespeichert. Der Primärstromkreis schließt sich über die Diode D2.
Die Ansteuerung des Auswahlschalters 1, des Ladeschalters S2 sowie des Entladeschalters S3 erfolgt in herkömmlicher Weise durch pulsweitenmodulierte Steuersignale und wird deshalb im folgenden nicht weiter detailliert beschrieben.
Darüber hinaus weist die Treiberschaltung eine Diagnoseeinheit 4 auf, um einen Kurzschluss des Aktors CP oder eine Leitungsunterbrechung zu erkennen, wie anhand des in den Figuren 2a und 2b dargestellten Flussdiagramms später beschrieben wird.
Im folgenden werden zunächst verschiedene Fehlerfälle der Treiberschaltung beschrieben, die in den Figuren 3a bis 3h dargestellt sind und von der Diagnoseeinheit 4 erkannt werden können. Figur 3a zeigt einen Massekurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP, so dass der Kondensator C2 vollständig über den Massekurzschluss entladen wird. Dies hat zum einen die Folge, dass die von der Diagnoseeinheit 4 gemessene Spannung Uc2 auf Null abfällt. Zum anderen sind die von der Diagnoseeinheit 4 gemessenen Ströme IR1 und IR3 in dem Aktorstromkreis bei einem Massekurzschluss an dem positiven Anschluss des Aktors CP nicht mehr exakt gleich, da der Aktorstromkreis dann mehrere Maschen aufweist. Die Diagnoseeinheit 4 kann also an- hand einer Messung der Spannung Uc2 und der Ströme IR1 und IR3 einen Massekurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP erkennen. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=1 an, wobei die Bestimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert an- hand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Figur 3b zeigt dagegen einen Kurzschluss gegen eine Batteriespannung von +12V am positiven Anschluss des Aktors CP. Auch in diesem Fall stimmen die beiden Ströme IRi und IR3 nicht exakt überein, da der Aktorstromkreis durch den Kurzschluss mehrere Maschen aufweist. Die von der Diagnoseeinheit 4 gemessene Spannung Uc2 ist hierbei jedoch im wesentlichen gleich der Batteriespannung (UC2«+12V) , was eine Unterschei- düng von dem in Figur 3a gezeigten Massekurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP ermöglicht. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=2 an, wobei die Bestimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Figur 3c zeigt weiterhin einen Kurzschluss gegen eine Batteriespannung von +42V am positiven Anschluss des Aktors CP. In diesem Fehlerfall stimmen die Ströme IRi und IR3 ebenfalls nicht überein, da der Aktorstromkreis durch den Batteriekurz- schluss mehrmaschig wird. Die Spannung Uc2 ist dabei jedoch im wesentlichen gleich der Batteriespannung, d.h. es gilt UC2 +42V. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=3 an, wobei die Bestimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Ferner zeigt Figur 3d einen Fehlerfall der Treiberschaltung, in dem am negativen Anschluss des Aktors CP ein Massekurzschluss auftritt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Strö- me IRX und IR3 unterschiedliche Werte annehmen, da der Aktorstromkreis durch den Kurzschluss mehrmaschig wird. Die Spannung Uc2 hängt hierbei jedoch von dem Ladungszustand des Aktors ab und kann deutlich über der Batteriespannung von +42V liegen, was eine Unterscheidung von den vorstehend be- schriebenen Fehlerfällen ermöglicht, bei denen die Ströme IR1 und IR3 ebenfalls unterschiedlich sind. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=4 an, wobei die Bestimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Darüber hinaus zeigt Figur 3e einen Fehlerfall der Treiberschaltung, in dem am negativen Anschluss des Aktors CP ein Kurzschluss gegen eine Batteriespannung von +12V auftritt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Ströme IRι und IR3 unterschiedliche Werte annehmen, da der Aktorstromkreis durch den Kurzschluss mehrmaschig wird. Die Spannung Uc2 hängt hierbei ebenfalls von dem Ladungszustand des Aktors und kann deutlich über der Batteriespannung von +42V liegen, was eine Unterscheidung von den in Figuren 3a bis 3c gezeigten Kurzschlüssen am positiven Anschluss des Aktors CP ermöglicht, bei denen die Ströme IRι und IR3 ebenfalls unterschiedlich sind. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=5 an, wobei die Bestimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird. Ferner zeigt Figur 3f einen Fehlerfall der Treiberschaltung, in dem am negativen Anschluss des Aktors CP eine Kurzschluss gegen eine Batteriespannung von +42V auftritt. Hierbei nehmen die Ströme IR1 und IR3 ebenfalls unterschiedliche Werte an, da der Aktorstromkreis durch den Kurzschluss mehrmaschig wird. Die Spannung Uc2 hängt hierbei wiederum von dem Ladungszustand des Aktors und kann deutlich über der Batteriespannung von +42V liegen, was eine Unterscheidung von den in Figuren 3a bis 3c gezeigten Kurzschlüssen am positiven Anschluss des Aktors CP ermöglicht, bei denen die Ströme IRi und IR3 ebenfalls unterschiedlich sind. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall ebenfalls den Wert DIAG=5 an, wobei die Bestimmung des Diagnose- Signals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Die in den Figuren 3d bis 3f gezeigten Fehlerfälle mit einem Kurzschluss am negativen Anschluss des Aktors CP lassen sich unterscheiden, wenn man bei einem Kurzschluss zusätzlich die Ladung betrachtet, die während einer vorgegebenen Zeitspanne über den Widerstand Rl gegen Masse abfließt. Diese elektrische Ladung ergibt sich nämlich bei aktiviertem Schalter Sl allein aus der Kurzschlussspannung 0V, +12V bzw. +42V, dem Widerstand Rl und der Integrationszeit. Die dadurch mögliche Unterscheidung der verschiedenen Kurzschlussfälle am negativen Anschluss des Aktors CP wird später anhand der Figuren 2a und 2b detailliert beschrieben.
Figur 3g zeigt einen Fehlerfall der Treiberschaltung, bei dem über dem Aktor CP selbst ein Kurzschluss auftritt. In diesem Fall bleibt der Aktorstromkreis einmaschig, so dass die von der Diagnoseeinheit 4 gemessenen Ströme IR1 und IR3 im wesentlich gleich groß sind. Der in dem Aktorstromkreis fließende Strom IRι ist in diesem Fehlerfall jedoch wesentlich größer. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=7 an, wobei die Be- Stimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Schließlich zeigt Figur 3h einen Fehlerfall der Treiberschaltung, in dem eine Leitungsunterbrechung in dem Aktorzweig des Aktorstromkreises auftritt. Die Leitungsunterbrechung wird hierbei durch einen unendlichen Leitungswiderstand RL dargestellt. Dies hat zur Folge, dass die Treiberschaltung anstel- le des Aktors CP den Kondensator C2 auflädt, so dass die von der Diagnoseeinheit 4 gemessene Spannung Uc2 auf Werte von mehr als +200V ansteigen kann. Das von der Diagnoseeinheit 4 erzeugte Diagnosesignal DIAG nimmt in diesem Fehlerfall den Wert DIAG=8 an, wobei die Bestimmung des Diagnosesignals DIAG noch detailliert anhand des in den Figuren 2a und 2b gezeigten Flussdiagramms beschrieben wird.
Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Fehlerzustände und den resultierenden Wert des Diagnosesignals:
DIAG: Zeichnung: Fehlerzustand:
0 Fig . 1 kein Fehler
1 Fig . 3a Massekurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP
2 Fig . 3b Batteriekurzschluss gegen +12V am positiven Anschluss des Aktors CP
3 Fig . 3c Batteriekurzschluss gegen +42V am positiven Anschluss des Aktors CP
4 Fig . 3d Kurzschluss am negativen Anschluss des Aktors CP gegen Masse oder Batterie
5 Fig . 3e Batteriekurzschluss am negativen Anschluss des Aktors CP
6 Nicht spezifizierbarer Kurzschluss 7 Fig . 3g Kurzschluss über dem Aktor CP
8 Fig . 3h Leitungsunterbrechung Im folgenden wird nun anhand der Figuren 2a und 2b das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren beschrieben, das von der Diagnoseeinheit 4 durchgeführt wird.
Zunächst misst die Diagnoseeinheit 4 die elektrische Spannung Uc2, die über dem Kondensator C2 abfällt. Die Kenntnis dieser Spannung ermöglicht beispielsweise die Unterscheidung der in den Figuren 3a bis 3c dargestellten Kurzschlüsse am positiven Anschluss des Aktors.
Darüber hinaus misst die Diagnoseeinheit 4 mittels eines Spannungsabgriffs die Spannung, die über dem Widerstand Rl abfällt, wobei diese Spannung den Strom iRi wiedergibt, der während des Ladevorgangs in dem Aktorstromkreis durch den Widerstand Rl und den Aktor CP fließt.
Der Strom iRχ wird dann über eine vorgegebene Beobachtungsdauer aufintegriert, um die Ladung Qi zu ermitteln, die wäh- rend der Beobachtungsdauer über den Widerstand Rl gegen Masse abfließt. Die Kenntnis der Ladung Qi ermöglicht eine Unterscheidung der in den Figuren 3f-3h dargestellten Fehlerfälle, wie noch detailliert beschrieben wird.
Weiterhin misst die Diagnoseeinheit 4 über einen Spannungsabgriff die über dem Widerstand R3 abfallende Spannung, die den Strom iR3 wiedergibt, der während des Ladevorgangs im Aktorstromkreis durch den Widerstand R3 fließt.
Bei fehlerfreiem Betrieb ohne Kurzschluss oder Leitungsunterbrechung müssen die Ströme iR3 und iRι ohne größere Abweichungen übereinstimmen. Die Diagnoseeinheit 4 berechnet deshalb den Fehlerstrom Δi=iR3-l-iRι am Massepunkt und vergleicht diese Abweichung Δi mit einem negativen Grenzwert IK0A und einem positiven Grenzwert I2>0A, um das Diagnosesignal DIAG in Abhängigkeit von dem Vergleich zu erzeugen. Zunächst wird der Fehlerstrom Δi mit dem negativen Grenzwert II verglichen, um zu überprüfen, ob ein Kurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP vorliegt. Bei einem Kurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP ist der Strom iR3 nä - lieh betragsmäßig wesentlich größer als der Strom iR1, so dass der Fehlerstrom Δi den negativen Grenzwert II unterschreitet. In diesem Fall setzt die Diagnoseeinheit 4 das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren mit den in Figur 2b gezeigten Verfahrensschritten fort, die nachfolgend beschrieben werden.
In Figur 2b wird zunächst überprüft, ob der Kurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP ein Massekurzschluss ist. In diesem Fall uss nämlich die Spannung Uc2 näherungsweise mit dem Massepotential übereinstimmen. Die Diagnoseeinheit 4 vergleicht die gemessene Spannung Uc2 deshalb mit Massepotential 0V und mit einem positiven Grenzwert +6V, wobei ein Massekurzschluss angenommen wird, wenn die Spannung Uc2 innerhalb dieses Spannungsbereichs liegt. Die Diagnoseeinheit 4 setzt das Diagnosesignal DIAG dann auf den Wert DIAG=1, um einen Massekurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP anzuzeigen. Anschließend beendet die Diagnoseeinheit 4 dann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde.
Andernfalls prüft die Diagnoseeinheit, ob der Kurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP ein Kurzschluss gegen die Batteriespannung von +12V ist. In einem solchen Fall muss die von der Diagnoseeinheit 4 gemessene Spannung Uc2 nämlich zwi- sehen +6V und +19V liegen. Die Diagnoseeinheit 4 vergleicht die Spannung Uc2 deshalb mit diesen Grenzwerten und setzt das Diagnosesignal DIAG ggf. auf einen Wert DIAG=2, um anzuzeigen, dass der positive Anschluss des Aktors CP einen Kurzschluss gegenüber der Batteriespannung von -I-12V aufweist. An- schließend beendet die Diagnoseeinheit 4 dann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde. Falls die Prüfung der Spannung Uc2 weder einen Massekurzschluss noch einen Batteriekurzschluss gegen +12V am positiven Anschluss des Aktors CP ergibt, so prüft die Diagnoseein- heit 4 in einem nächsten Schritt, ob der positive Anschluss des Aktors CP einen Kurzschluss gegen die Batteriespannung von +42V aufweist. In diesem Fall muss die von der Diagnoseeinheit 4 gemessene Spannung Uc2 nämlich zwischen +19V und +60V liegen. Die Diagnoseeinheit 4 vergleicht die Spannung UC2 deshalb mit diesen Grenzwerten und setzt das Diagnosesignal DIAG ggf. auf einen Wert DIAG=3, um anzuzeigen, dass der positive Anschluss des Aktors CP einen Kurzschluss gegenüber der Batteriespannung von +42V aufweist. Anschließend beendet die Diagnoseeinheit 4 dann das erfindungsgemäße Überwachungs- verfahren, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde.
Wenn auch diese Prüfung keinen Kurzschluss am positiven Anschluss des Aktors CP ergibt, so wird in einem nächsten Schritt ein Kurzschluss am negativen Anschluss des Aktors CP angenommen. Hierbei kann jedoch nicht weiter spezifiziert werden, ob der negative Anschluss des Aktors CP einen Kurzschluss gegenüber Masse oder gegenüber Batteriespannung aufweist. Es kann also einer der in den Figuren 3d bis 3f dargestellten Fehlerfälle vorliegen. Die Diagnoseeinheit 4 setzt das Diagnosesignal DIAG dann mangels weiterer Informationen auf den Wert DIAG=4 und beendet anschließend das Überwachungsverfahren .
Im folgenden wird nun die Beschreibung von Figur 2a für den Fall fortgesetzt, dass der Fehlerstrom Δi positiv oder betragsmäßig kleiner als der Grenzwert II ist.
In diesem Fall wird in einem nächsten Schritt überprüft, ob der Fehlerstrom Δi den positiven Grenzwert 12 überschreitet.
Falls diese nicht der Fall ist, so sind die beiden Ströme iRi und iR3 im wesentlichen gleich groß. Dies lässt den Schluss zu, dass weder ein Batteriekurzschluss noch ein Massekurzschluss vorliegt.
In einem weiteren Schritt wird dann geprüft, ob ein Kurz- schluss über dem Aktor CP vorliegt, was als Fehle-rfall in Figur 3g dargestellt ist. Hierzu vergleicht die Diagnoseeinheit 4 die über den Widerstand Rl nach Masse abgeflossene Ladung Qi mit einem vorgegebenen Grenzwert QMAX. Falls die Ladung Qi den Grenzwert QMÄχ überschreitet, so liegt ein Kurz- schluss über dem Aktor CP vor und die Diagnoseeinheit 4 setzt das Diagnosesignal DIAG auf den Wert DIAG=7. Anschließend beendet die Diagnoseeinheit 4 dann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde.
Andernfalls prüft die Diagnoseeinheit 4 in einem weiteren Schritt, ob der in Figur 3h dargestellte Fehlerfall einer Leitungsunterbrechung vorliegt . Hierzu vergleicht die Diagnoseeinheit 4 die gemessene Spannung Uc2 mit einem vorgegebenen Grenzwert von +200V. Falls die Spannung Uc2 den Grenzwert ü- berschreitet, so liegt eine Leitungsunterbrechung vor und die Diagnoseeinheit 4 setzt das Diagnosesignal DIAG auf den Wert DIAG=8. Anschließend beendet die Diagnoseeinheit 4 dann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde.
Falls die Überprüfung des Fehlerstroms Δi dagegen ergibt, dass der positive Grenzwert 12 überschritten wird, so muss ein Kurzschluss im Aktorstromkreis vorliegen.
In einem nächsten Schritt wird dann überprüft, ob die über den Widerstand Rl nach Masse abgeflossene Ladung den vorgegebenen Grenzwert QMAX überschreitet.
Falls dies der Fall ist, so liegt ein Batteriekurzschluss am negativen Anschluss des Aktors CP vor und die Diagnoseeinheit setzt das Diagnosesignal DIAG auf den Wert DIAG=5. Anschließend beendet die Diagnoseeinheit 4 dann das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde .
Andernfalls liegt dagegen ein nicht näher spezifizierbarer Kurzschluss vor, so dass die Diagnoseeinheit das Diagnosesignal DIAG auf den Wert DIAG=6 setzt und das Überwachungsverfahren anschließend beendet, da der Fehler erkannt und angezeigt wurde.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Fehlererkennung nur während eines Ladevorgangs durchgeführt werden, da nur dann der Strom in dem Aktorstromkreis durch den Widerstand R3 fließt und gemessen werden kann. Während eines Entladevorgangs ist dagegen der Entladeschalter S3 geschlossen, so dass der Strom in dem Aktorstromkreis durch den Widerstand R4 fließt.
In einer Variante der Erfindung wird deshalb zusätzlich der Strom iR4 durch den Widerstand R4 gemessen, um auch während eines Entladevorgangs eine Fehlererkennung zu ermöglichen. Hierzu ist zusätzlich ein gestrichelt dargestellter Spannungsabgriff vorgesehen, über den die Diagnoseeinheit 4 den Strom iR4 durch den Widerstand R4 misst.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Patentansprüche
1. Überwachungsverfahren für einen Aktor (CP) , insbesondere für einen piezoelektrischen Aktor (CP) eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, mit den folgenden Schritten:
- Messung des in einem Aktorstromkreis durch den Aktor (CP) fließenden elektrischen Stroms (iRι) ,
- Messung des in dem Aktorstromkreis vor oder nach dem Aktor (CP) fließenden elektrischen Stroms (iR3) ,
- Vergleich der beiden gemessenen Ströme (iι, iR) zur Erkennung einer Störung und
- Erzeugung eines die Störung anzeigenden Diagnosesignals (DIAG) in Abhängigkeit von dem Vergleich, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Diagnosesignal (DIAG) ' zur Unterscheidung eines Massekurzschlusses, eines Spannungskurzschlusses und eines fehlerfreien Zustands in Abhängigkeit von dem Vergleich der gemessenen Ströme mindestens drei verschiedene Werte annimmt.
2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Diagnosesignal (DIAG) zur Unterscheidung eines Spannungskurzschlusses gegen eines erste Spannung und eines Span- nungskurzschlusses gegen eine zweite Spannung in Abhängigkeit von dem Vergleich der beiden gemessenen Ströme (iRι, iR3) mindestens vier verschiedene Werte annimmt.
3. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1 und/oder An- spruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die elektrische Spannung (Uc2) in dem Aktorstromkreis gemessen und das Diagnosesignal (DIAG) in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung (U2) erzeugt wird.
4. Überwachungsverfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Spannungsanstieg ermittelt und das Diagnosesignal (DIAG) in Abhängigkeit von dem gemessenen Spannungsanstieg erzeugt wird.
5. Überwachungsverfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Spannung (Uc2) während eines Ladevorgangs gemessen und das Diagnosesignal (DIAG) in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung (Uc2) erzeugt wird.
6. Überwachungsverfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Spannung (Uc2) zwischen einem Ladevorgang und einem Entladevorgang gemessen und das Diagnosesignal (DIAG) in Ab- hängigkeit von der gemessenen Spannung (Uc2) erzeugt wird.
7. Überwachungsverfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das die Messung des in dem Aktorstromkreis fließenden Stroms (IRI/ iR2) an zwei masseseitigen Messpunkten erfolgt.
8. Überwachungsverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das die Messung des in dem Aktorstromkreis fließenden Stroms (IRIA iR2) an zwei spannungsseitigen Messpunkten erfolgt.
9. Überwachungsverfahren nach mindestens einem der Ansprü- ehe 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das die Messung des in dem Aktorstromkreis fließenden Stroms (iRι, iR2) an einem masseseitigen Messpunkt und an einem spannungsseitigen Messpunkt erfolgt.
10. Treiberschaltung für einen Aktor (CP) , insbesondere für einen piezoelektrischen Aktor (CP) für ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine, mit
einem Aktorstromkreis zum Laden und Entladen des in dem Aktorstromkreis angeordneten Aktors (CP) ,
einer ersten Messeinrichtung (Rl, 4) zur Messung des durch den Aktor (CP) fließenden elektrischen Stroms (iRι) ,
einer zweiten Messeinrichtung (R3, 4) zur Messung des in dem Aktorstromkreis vor oder nach dem Aktor (CP) fließenden e- lektrischen Stroms (iR3) ,
einer Vergleichereinheit (4) zum Vergleich der beiden gemessenen elektrischen Ströme (iRι, i3) und zur Erzeugung eines Diagnosesignals (DIAG) in Abhängigkeit von dem Vergleich,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass das Diagnosesignal (DIAG) zur Unterscheidung eines Massekurzschlusses, eines Spannungskurzschlusses und eines fehlerfreien Zustands in Abhängigkeit von dem Vergleich der gemessenen Ströme (iRι, iR3) mindestens drei verschiedene mögli- ehe Werte aufweist.
11. Treiberschaltung nach Anspruch 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Transformator (3) mit einer Primärwicklung (Wl) und ei- ner Sekundärwicklung (W2), wobei die Sekundärwicklung (W2) in dem Aktorstromkreis angeordnet ist,
12. Treiberschaltung nach Anspruch 10 und/oder Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Aktorstromkreis einen ersten Schaltungszweig (S3, R4) und einen parallelen zweiten Schaltungszweig (D3, R3) aufweist, wobei der erste Schaltungszweig (S3, R4 ) einen Entladeschalter (S3) enthält und den elektrischen Strom während des Entladevorgangs führt, während der zweite Schaltungszweig (D3, R3) eine Diode (D3) enthält und den elektrischen Strom während des Ladevorgangs führt .
13. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Messeinrichtung einen ersten Messwiderstand (Rl) aufweist, der mit dem Aktor (CP) in Reihe geschaltet ist .
14. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zweite Messeinrichtung einen zweiten Messwiderstand
(R3) aufweist, der mit der Sekundärwicklung (W2) des Trans- formators (3) in Reihe geschaltet ist.
15. Treiberschaltung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zweite Messwiderstand (R3) in dem zweiten Schal- tungszweig (D3, R3) angeordnet ist.
16. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 15, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine dritte Messeinrichtung (C2, 4) zur Messung der während des Ladevorgangs in dem Aktorstromkreis entstehenden elektrischen Spannung (Uc2) , wobei die dritte Messeinrichtung mit der Vergleichereinheit (4) verbunden ist, um das Diagnosesignal (DIAG) in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung (UC2) zu erzeugen.
17. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Messeinrichtung (Rl, 4) und die zweite Mess- einrichtung (R3, 4) in dem Aktorstromkreis masseseitig angeordnet sind.
18. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung in dem Aktorstromkreis spannungsseitig angeordnet sind.
19. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine der beiden Messeinrichtungen masseseitig angeordnet ist, während die andere Messeinrichtung spannungsseitig angeordnet ist.
20. Treiberschaltung nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Messeinrichtung (Rl, 4) und/oder die zweite Messeinrichtung (R3, 4) von dem Schaltungseingang entkoppelt sind.
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