WO2014032932A1 - Schaltungsanordnung zum induktiven heizen zumindest eines kraftstoffeinspritzventils sowie kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer solchen schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung und einer kraftstoffeinspritzventilanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung zum induktiven heizen zumindest eines kraftstoffeinspritzventils sowie kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer solchen schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung und einer kraftstoffeinspritzventilanordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2014032932A1
WO2014032932A1 PCT/EP2013/066640 EP2013066640W WO2014032932A1 WO 2014032932 A1 WO2014032932 A1 WO 2014032932A1 EP 2013066640 W EP2013066640 W EP 2013066640W WO 2014032932 A1 WO2014032932 A1 WO 2014032932A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit arrangement
switching element
connection node
injection valve
supply voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/066640
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Bolz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Priority to CN201380045223.3A priority Critical patent/CN104584685B/zh
Priority to US14/424,658 priority patent/US10281057B2/en
Publication of WO2014032932A1 publication Critical patent/WO2014032932A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K49/00—Means in or on valves for heating or cooling
    • F16K49/002—Electric heating means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/2006—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost capacitor
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/201—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost inductance
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2072—Bridge circuits, i.e. the load being placed in the diagonal of a bridge to be controlled in both directions
    • 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
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2075—Type of transistors or particular use thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M53/00—Fuel-injection apparatus characterised by having heating, cooling or thermally-insulating means
    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
    • F02M53/06—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means with fuel-heating means, e.g. for vaporising

Definitions

  • Circuit arrangement for inductive heating of at least one fuel injection valve and fuel injection valve arrangement with such a circuit arrangement and method for operating a circuit arrangement and a fuel injection valve arrangement
  • the invention relates to a circuit arrangement for inductively heating at least one fuel injection valve with a first controllable switching element, which is connected between the positive pole of a supply voltage and a first connection node, with a second controllable switching element which is connected between the first connection node and the negative pole of the supply voltage. with a third controllable switching element, which is connected between the positive pole of the supply voltage and a second connection node, with a fourth controllable switching element which is connected between the second connection node and the negative pole of the supply voltage, and with a first controllable switching element, which is connected between the positive pole of a supply voltage and a first connection node, with a second controllable switching element which is connected between the first connection node and the negative pole of the supply voltage.
  • Heater coil of the at least one injection valve which is electrically connected between the first and the second connection node.
  • Switching elements realized full-bridge power amplifier which is also referred to as H-bridge is described in DE 34 15 967 AI for driving an inductive heating for ferromagnetic materials.
  • the first and the fourth transistor are switched on periodically and the second and the third transistor are switched off periodically and vice versa.
  • the voltage applied to the heater coil which can be represented by its winding inductance and its effective resistance, has a rectangular profile with a peak value corresponding to the supply voltage.
  • the alternating current flowing is approximately triangular; its value is determined by the supply voltage, the switching duration, as well as the winding inductance and the effective resistance.
  • the self-inductance of the leads must be kept as low as possible, since this is in series with the heater inductance and obstructs the AC structure.
  • the object of the invention is a circuit arrangement which achieves a sufficiently high heat output with the lowest possible production costs.
  • the alternating current flowing in the supply lines to the heater inductances should have the lowest possible harmonic content in order to minimize the emission of electromagnetic interference signals. It should also be possible to change the power supplied to the heaters in a wide range by means of a suitable operating method.
  • Another object of the invention is a fuel injection valve assembly having a plurality of injection valves to be heated, which causes the lowest possible manufacturing costs.
  • the object is achieved according to claim 1 in a generic circuit arrangement in that connecting node, a first capacitor is connected in series with the first heater coil.
  • the H-bridge arrangement can be extended to a circuit arrangement with series resonance.
  • the value of the resonance capacitor should be chosen so that together with the
  • Heater inductance results in a natural oscillation frequency, which is tailored to the magnetic requirements of the heater.
  • a typical value for the resonance frequency is in the range of 50 to 60 kHz for the fuel injection valves considered here. Determining factors are ⁇ magnetic material properties, wall thickness of the valve, magnetic penetration depths etc.
  • the frequency of the drive signals and consequently the duration of their inputs and turn-off is in this case matched to this natural frequency.
  • the resonance capacitor By inserting the resonance capacitor in conjunction with the heater inductance, a serial resonant circuit is created, which is damped by the effective resistance.
  • the excitation voltage generated between the connection nodes has only a value corresponding to the supply voltage, the voltage generated at the heater is substantially larger. In order to achieve a required heating power of, for example, 200W, a significantly lower current is required because of the higher voltage.
  • a fifth controllable switching element between the positive pole of the supply voltage and a third connection node and a sixth controllable
  • a seventh controllable switching element is electrically connected between the positive pole of the supply voltage and a fourth connection node and an eighth controllable switching element between the fourth connection node and the negative pole of the supply voltage.
  • a second series connection of a second heater coil of a second injection valve and a second capacitor is electrically connected between the second and the third connection node.
  • a third series circuit of a third heater coil of a third injection valve and a third capacitor is electrically connected between the third and the fourth connection node, and there is a fourth series circuit of a fourth heater coil of a fourth injection valve and a fourth capacitor between the fourth and the first Connection node electrically interconnected.
  • a typical automotive engine has multiple cylinders, about four or six. Since each cylinder is equipped with a fuel injection valve, four or six heaters are required. This requires the use of four or six H-bridges to operate the heaters.
  • the inventive compound of amplifiers and heaters and a suitable control of the power amplifiers it is possible to save in a four-cylinder engine half of the output stages and to save costs in this way.
  • each switching element in each case a diode connected in parallel, all of which are poled in relation to the supply voltage in the reverse direction.
  • each of the heater coil and its associated capacitor are arranged in each case a motor ⁇ injection valve, and wherein the Se ⁇ rien circuits of the respective Heater coils and their associated capacitors are connected in series with each other.
  • the arrangement of the capacitors in the fuel injection valves and the series connection of the series coil heater and capacitor can be saved lines from the H-bridges to the fuel injection valves, which on the one hand reduces costs and on the other hand avoids sources of electromagnetic radiation.
  • the object is further achieved by a method for operating a circuit arrangement according to claims 1 to 3 or a fuel injection valve assembly according to claim 4, wherein by periodically switching on and off of the first and fourth and anti-phase of the second and third switching element ⁇ in the case of claims 1 and 3 or of the first, fourth, fifth and eighth and anti-phase of the second, third, sixth and seventh switching elements in the case of claims 2 to 4 with a resonant frequency corresponding frequency of the drive signals of the switching elements Circuit arrangement or the Kraftstoffeinspritzventil- arrangement is operated at a maximum heat output and at a frequency deviating from the resonant frequency at a reduced heating power and by changing the frequency of the drive signals, the power supply to the / the heater coils is controlled.
  • the circuit arrangement can be set to a required heating power at the resonant frequency to keep the power constant at a higher motor vehicle electrical system voltage by a different frequency.
  • the output of the heating power is influenced by a change in the ratio of the on and off times. If the circuit arrangement according to the invention off longer than turned on, is a lesser
  • Heating power delivered In a further development of this process the off ⁇ switching period of the drive signals to half the period at the resonant frequency. This not only the duty ratio but also the frequency changes, so that the heating power is influenced in this way, can being effected by the condition for the off ⁇ switching period a complete reoscillation of Serienreso ⁇ nanznikes and thus far-the switching elements are switched continuously loss can.
  • the object is further achieved by a method for operating a circuit arrangement according to claims 1 to 3 or a fuel injection valve assembly according to claim 4, wherein the magnetic material of a heater coil is selected so that at the heating temperatures to be achieved results in a temperarturab- dependent inductance and at in which the frequency of the drive signals of the switching elements is tuned in an area around the resonant frequency of the circuit arrangement and the maximum of the current in a heater coil is detected in order to determine the current resonant frequency and, therefrom, the current temperature.
  • Resonant circuit leads.
  • the frequency of the control signals for the switching elements is periodically changed (tuned) so that the resonance frequency is safely hit (sweep).
  • the resonance frequency can then be detected quite simply at the maximum of the heater current.
  • the ratio of How ⁇ repetition rate and sweep duration must be selected so that when re- sonanzfrequenz occurring increased heating power does not change the average heating power significantly.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement according to the invention with a series resonant circuit with heater coil driven by an H-bridge,
  • FIG. 2 shows the voltage profiles between the connection nodes and on the heater coil
  • FIG. 4 shows a further circuit arrangement according to the invention with a series resonant circuit controlled by linked H-bridges with respective heater coils,
  • Figure 5 shows a Kraftstoffeinspritzventilan- inventive arrangement with arranged in the fuel injection valves resonant circuits.
  • a first series circuit comprising a first controllable switching element T1 designed as a field effect transistor with substrate diode D1 and a second controllable switching element T2 likewise designed as a field effect transistor with substrate diode D2 is electrically connected between the positive pole Vbat and the negative pole GND of a voltage supply connected.
  • the connection point of the two switching elements Tl, T2 forms a first connection node A.
  • a second series circuit of a third as a field effect transistor with substrate diode D3 ⁇ formed third controllable switching element T3 and a fourth formed as a field effect transistor with substrate diode D4 fourth controllable switching element T4 between the positive pole Vbat and the negative pole GND of the power supply is electrically connected.
  • the connection point of the two switching elements T3, T4 forms a second connection node B.
  • a series resonant circuit of a heater coil LH, RL and a first capacitor C is connected between the connection points A, B, wherein the heater coil by their winding inductance LH and their effective resistance RL is shown.
  • the switching elements Tl, T2, T3, T4 have control inputs 1, 2, 3, 4.
  • a shunt resistor Rl is arranged between the connection point of the second and the third switching element T2, T3 and the negative pole GND of the voltage supply.
  • the spectral energy density of the common-mode signal on the leads to the heater is essential because these lines act as a radiation antenna.
  • the low-frequency range is also important here, as maximum permissible interference signal levels are already set as of 100 kHz.
  • connection nodes A and B ' wherein the connection node ⁇ ⁇ is the connection point between the capacitor C and the heater coil LH, RL are, as Figure 3 can be seen, greatly different, suggesting a high interference radiation leaves.
  • the square wave voltage in the upper diagram the voltage at the connection node A to the reference potential GND and the sinusoidal voltage clamping ⁇ voltage jumps the voltage at the connection node ⁇ ⁇ against the reference potential GND.
  • Common-mode signal that the additional amplitude generated by the resonant circuit is a sine wave with very low harmonic content and thus causes no significant interference radiation in the evaluated frequency range above 100kHz.
  • a control of the heater power can be done in two ways.
  • a first method according to the invention provides for the change in the frequency of the control signals at the control inputs 1 to 4 of the switching elements Tl to T4. If the resonant circuit tuned to 50 kHz, the result is a one ⁇ switching period of 10ys followed by 10ys off period, ie 50% duty cycle. If the switching periods - with the same duty cycle - shortened, so the frequency increases and the resonant circuit is operated above its resonance frequency. Accordingly, the resonance peak of the voltage decreases, which in turn lowers the heater power.
  • the heating power - starting from a maximum value - can be continuously reduced.
  • Heating capacity With the help of this power control, it is possible to have the heating power - with variable supply voltage - constant in a wide range. Also, the heating power can be lowered upon reaching a predetermined target temperature in the heater to keep this temperature stable.
  • the heater temperature is determined by determining the resonant frequency.
  • the frequency of the control signals at the control inputs 1 to 4 of the switching elements Tl to T4 is changed periodically
  • the resonance frequency is quite easy to recognize at the maximum of the heater current.
  • the ratio of repetition rate and sweep time should be selected so that the increased heating power occurring at the resonant frequency does not significantly change the average heating power.
  • Heater temperature can then be used as an actual value in a heater temperature control.
  • the drive signals at the control inputs 1 to 4 of the switching elements Tl to T4 can be operated with a duty cycle less than 50%. This means that for a short time all transistors of the H-bridge are turned off. Accordingly, no energy is supplied to the resonant circuit during this period, which in turn results in a reduction of the heating power.
  • the duration of the switch-off period is 10 ss, which corresponds to the transient time of the resonant circuit.
  • Advantage of this method is that the Umschwingvorgang the resonant circuit is easy to detect.
  • this signal can be used to determine the heater temperature and thus serve as the actual value of a Walker temperature control.
  • a typical automotive engine has multiple cylinders, about four or six. Since each cylinder is equipped with a fuel injection valve, will be appropriate four or six heaters needed. This requires the use of four or six H-bridges to operate the heaters. By a suitable connection of output stages and heaters as well as a suitable control of the output stages, it is possible to save half of the output stages in a four-cylinder engine and thus to save costs.
  • a fifth controllable switching element T5 is electrically connected between the positive pole of the supply voltage Vbat and a third connection node C and a sixth controllable switching element T6 between the third connection node C and the negative pole of the supply voltage GND.
  • a seventh controllable switching element T7 is electrically connected between the positive pole of the supply voltage Vbat and a fourth connection node D and an eighth controllable switching element T8 between the fourth connection node D and the negative pole of the supply voltage GND.
  • a second series circuit comprising a second heater coil LH2 of a second injection valve EV2 and a second capacitor C2 is electrically connected between the second B and the third C connection node.
  • a third series circuit of a third heater coil LH3 of a third injection valve EV3 and a third capacitor C3 and a fourth series circuit of a fourth heater coil LH4 of a fourth injection valve EV4 and a fourth capacitor C4 is connected between the third C and the fourth D connection node and the fourth D, respectively and the first A connection node electrically connected.
  • the first heater coil LH1 is connected to the connection nodes A and B, so it is powered by the switching elements Tl, T2, T3, T4.
  • the second heater coil LH2 is connected to the connection nodes B and C, so it is powered by the switching elements T3, T4, T5, T6.
  • the third heater coil LH3 is connected to the connection nodes C and D, so it is powered by the switching elements T5, T6, T7, T8.
  • the fourth heater coil LH4 is connected to the connection nodes D and A, so it is powered by the switching elements T7, T8, Tl, T2.
  • the control of the switching elements Tl to T8 is effected by the control signals at the control inputs 1 to 8.
  • the signals at the control inputs 1, 4, 5, 8 always have the same level, as well as the signals at the control inputs 2, 3, 6, 7 same , opposite level. So have the signals at the control inputs 1, 4, 5, 8 high level, so have the signals at the control inputs 2, 3, 6, 7, low level.
  • the voltages at the heater coils LH1 and LHL4 have a positive value in a first phase and the voltages at the heater coils LH2 and LHL3 also have a negative value.
  • the switching elements Tl to T8 are designed to double the current carrying capacity. If, according to FIG. 5, the resonance capacitors C1 to C4 are laid in the heaters of the fuel injection valves EV1 to EV4, the number of supply lines can also be halved.
  • Fuel injectors EVI to EV4 are required, but this can be solved constructively by combining all the heaters in a valve module with integrated heaters, condensers and connecting lines. This then results in a particularly compact, inexpensive construction. It is also advantageous that saves half of the very expensive (high current) connector by this arrangement.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum induktiven Heizen zumindest eines Kraftstoffeinspritzventils mit einer Leistungstransistor-Vollbrückenschaltung (T1, T2, T3, T4), die als Treiber zum Betrieb eines Serienresonanzkreises (C1, LH1, RL1) mit einer Wechselspannung bei oder nahe der Resonanzfrequenz dient. Der Serienresonanzkreis enthält die Heizerspule, wobei die resultierende Spannung an dieser wesentlich höher als die Versorgungsspannung werden kann. Die der Heizerspule (LH1, RL1) zuführbare Leistung kann über eine Veränderung der Frequenz oder des Tastverhältnisses der Steuersignale der Schaltelemente der Brückenschaltung verändert und geregelt werden.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zum induktiven Heizen zumindest eines Kraftstoffeinspritzventils sowie Kraftstoffeinspritzventil- anordnung mit einer solchen Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung und einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum induktiven Heizen zumindest eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem ersten steuerbaren Schaltelement, das zwischen dem positiven Pol einer Versorgungsspannung und einem ersten Verbindungsknoten verschaltet ist, mit einem zweiten steuerbaren Schaltelement das zwischen dem ersten Verbindungsknoten und dem negativen Pol der Versorgungsspannung verschaltet ist, mit einem dritten steuerbaren Schaltelement, das zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung und einem zweiten Verbindungsknoten verschaltet ist, mit einem vierten steuerbaren Schaltelement das zwischen dem zweiten Verbindungsknoten und dem negativen Pol der Versorgungsspannung verschaltet ist, und mit einer ersten
Heizerspule des zumindest einen Einspritzventils, die zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsknoten elektrisch verschaltet ist. Eine solche durch die Verschaltung der vier steuerbaren
Schaltelemente realisierte Vollbrücken-Leistungsendstufe, die auch als H-Brücke bezeichnet wird, ist in der DE 34 15 967 AI zur Ansteuerung einer induktiven Heizung für ferromagnetische Materialien beschrieben.
Zur Erzeugung eines Wechselsignals, wie es für eine induktive Heizung erforderlich ist, werden periodisch der erste und der vierte Transistor ein- und der zweite und der dritte Transistor ausgeschaltet und umgekehrt. Die an der Heizerspule, welche durch ihre Wicklungsinduktivität und ihren Wirkwiderstand dargestellt werden kann, anliegende Spannung hat rechteckförmigen Verlauf mit einem der Versorgungsspannung entsprechenden Scheitelwert. Der dabei fließende Wechselstrom ist annähernd dreiecksförmig; sein Wert wird durch die Versorgungsspannung, die Schaltdauer, sowie die Wicklungsinduktivität und den Wirkwiderstand bestimmt.
Für kleine Werte für den Wirkwiderstand gilt dl/dt = U/L wobei dl/dt die Änderungsgeschwindigkeit des Heizerstromes bei einer gegebenen Spannung U (=Vbat) und Induktivität (L) ist.
Dieser Zusammenhang macht unmittelbar klar, dass zum Erzielen eines hohen Stromwertes entweder die Spannung angehoben werden muss (was aber im Kfz wegen der 12V Bordnetzspannung nur mit teurem Zusatzaufwand möglich ist) , die Induktivität klein sein muss (hier sind sowohl konstruktive als auch durch den Mag¬ netkreis des Heizers gegebene Grenzen gesetzt) oder die Dauer der Umschaltphasen verlängert werden muss, (was einer niedrigen Frequenz entspricht, was aber durch das Funktionsprinzip einer Induktionsheizung limitiert ist) .
In einer Untersuchung hierzu konnte bei technisch sinnvoller Auslegung von Heizerinduktivität und Schaltdauer unter Verwendung einer leicht abgesenkten Versorgungsspannung, wie sie in einem Kraftfahrzeug üblicherweise zur Verfügung steht, eine Heizleistung von bestenfalls 50 bis 100W erzielt werden. Auch bleibt anzumerken, dass der durch die Dreiecksform gegebene hohe Oberwellengehalt des Heizerstromes den Gesamtwirkungsgrad des Systems merklich verschlechtert. Wegen der geringen Wechsel¬ spannung, deren Spitzenwert der Versorgungsspannung entspricht, wird zum Erzielen einer Heizerleistung von z.B. 200W, was für eine effektive Erwärmung des Kraftstoffes erforderlich ist, ein sehr hoher Strom benötigt. Da die Heizerwicklung über Zuleitungen mit der Leistungselektronik verbunden ist, müssen diese mit entsprechend großem Querschnitt ausgelegt werden, was wiederum Zusatzkosten bewirkt. Von besonderer Bedeutung ist, dass die Eigeninduktivität der Zuleitungen möglichst gering gehalten werden muss, da diese in Reihe zur Heizerinduktivität liegt und den Wechselstromaufbau behindert. Hier gilt: Je kleiner die Heizerinduktivität ist und je größer die Heizerströme sind, umso gravierender wird der Einfluss der Leitungsinduktivität. Aufgabe der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, die eine ausreichend große Heizleistung erzielt bei möglichst geringen Herstellungskosten. Des Weiteren soll der in den Zuleitungen zu den Heizerinduktivitäten fließende Wechselstrom einen möglichst geringen Oberwellenanteil besitzen, um die Abstrahlung von elektromagnetischen Störsignalen zu minimieren. Auch soll es möglich sein, mit Hilfe eines geeigneten Betriebsverfahrens die den Heizern zugeführte Leistung in einem weiten Bereich zu verändern. Darüber hinaus soll es möglich sein, die Induktivität der Heizerwicklung zu ermitteln, um daraus ein Maß für die tatsachliche Temperatur im Heizer abzuleiten, welche wiederum als Ist-Größe in einer Heizer-Temperaturregelung verwendet werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzventilanordnung mit mehreren zu beheizenden Einspritzventilen, die möglichst geringe Herstellungskosten verursacht.
Die Aufgabe wird nach Anspruch 1 bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch gelöst, dass zwischen den Ver- bindungsknoten ein erster Kondensator in Serie zu der ersten Heizerspule geschaltet ist.
Durch Erweiterung um einen einzelnen Kondensator lässt sich die H-Brücken-Anordnung zu einer Schaltungsanordnung mit Serienresonanz erweitern. Der Wert des Resonanzkondensators sollte dabei so gewählt werden, dass sich zusammen mit der
Heizerinduktivität eine Eigenschwingfrequenz ergibt, die auf die magnetischen Erfordernisse des Heizers abgestimmt ist. Ein typischer Wert für die Resonanzfrequenz liegt bei den hier betrachteten Kraftstoff-Einspritzventilen im Bereich von 50 bis 60kHz. Bestimmende Faktoren sind dabei magnetische Material¬ eigenschaften, Wandstärken des Ventils, magnetische Eindringtiefen etc. Die Frequenz der Ansteuersignale und daraus folgend die Dauer ihrer Ein- und Ausschaltdauern ist hierbei auf diese Eigenschwingfrequenz abzustimmen.
Durch Einfügen des Resonanzkondensators entsteht in Verbindung mit der Heizerinduktivität ein serieller Resonanzkreis, der durch den Wirkwiderstand gedämpft wird. Obwohl die zwischen den Verbindungsknoten erzeugte Erregerspannung nur einen Wert entsprechend der Versorgungsspannung hat, ist die am Heizer entstehende Spannung wesentlich größer. Um nun eine geforderte Heizleistung von beispielsweise 200W zu erzielen, wird wegen der höheren Spannung ein deutlich geringerer Strom benötigt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist ein fünftes steuerbares Schaltelement zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung und einem dritten Verbindungsknoten und ein sechstes steuerbares
Schaltelement zwischen dem dritten Verbindungsknoten und dem negativen Pol der Versorgungsspannung elektrisch verschaltet. Ein siebtes steuerbares Schaltelement ist zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung und einem vierten Verbindungsknoten und ein achtes steuerbares Schaltelement zwischen dem vierten Verbindungsknoten und dem negativen Pol der Versorgungsspannung elektrisch verschaltet. Eine zweite Serienschaltung aus einer zweiten Heizerspule eines zweiten Einspritzventils und einem zweiten Kondensator ist zwischen dem zweiten und dem dritten Verbindungsknoten elektrisch verschaltet. Eine dritte Serienschaltung aus einer dritten Heizerspule eines dritten Einspritzventils und einem dritten Kondensator ist zwischen dem dritten und dem vierten Verbindungsknoten elektrisch verschaltet, und es ist eine vierte Serienschaltung aus einer vierten Heizerspule eines vierten Einspritzventils und einem vierten Kondensator zwischen dem vierten und dem ersten Ver- bindungsknoten elektrisch verschaltet.
Ein typischer Kraftfahrzeug-Motor hat mehrere Zylinder, etwa vier oder sechs. Da jeder Zylinder mit einem Kraftstoff-Einspritz-Ventil ausgerüstet ist, werden entsprechend vier oder sechs Heizer benötigt. Dies erfordert den Einsatz von vier oder sechs H-Brücken zum Betrieb der Heizer. Durch die erfindungsgemäße Verbindung von Endstufen und Heizern sowie einer geeigneten Ansteuerung der Endstufen ist es möglich, bei einem Vier-Zylinder-Motor die Hälfte der Endstufen einzusparen und auf diese Weise Kosten zu sparen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist jedem Schaltelement jeweils eine Diode parallelgeschaltet, die alle in Bezug auf die Versorgungsspannung in Sperrrichtung gepolt sind.
Hierdurch ist der Abbau eines in der Heizerspule gespeicherten Magnetfeldes möglich, ohne dass die zuvor ausgeschalteten Schaltelemente eingeschaltet werden müssten. Bei Verwendung von Leistungsfeldeffekttransistoren sind diese Dioden meistens als Substratdioden technologiebedingt vorhanden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Kraftstoffeinspritz- ventilanordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der jede der Heizerspulen und der ihr zugeordnete Kondensator in jeweils einem Kraft¬ stoffeinspritzventil angeordnet sind, und bei der die Se¬ rienschaltungen der jeweiligen Heizerspulen und der ihnen zugeordneten Kondensatoren zueinander in Serie geschaltet sind.
Durch die Anordnung der Kondensatoren in den Kraftstoffeinspritzventilen und die Serienschaltung der Reihenschaltungen aus Heizerspule und Kondensator können Leitungen von den H-Brücken zu den Kraftstoffeinspritzventilen eingespart werden, was einerseits die Kosten reduziert und andererseits Quellen für elektromagnetische Abstrahlung vermeidet.
Die Aufgabe wird des weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 4, bei dem durch periodisches Ein- und Ausschalten des ersten und vierten und dazu gegenphasig des zweiten und dritten Schalt¬ elements im Falle der Ansprüche 1 und 3 oder des ersten, des vierten, des fünften und des achten und dazu gegenphasig des zweiten, des dritten, des sechsten und des siebten Schaltelements im Falle der Ansprüche 2 bis 4 mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Frequenz der Ansteuersignale der Schaltelemente die Schaltungsanordnung oder die Kraftstoffeinspritzventil- anordnung bei einer maximalen Heizleistung und bei einer von der Resonanzfrequenz abweichenden Frequenz bei einer reduzierten Heizleistung betrieben wird und durch Veränderung der Frequenz der Ansteuersignale die Energiezufuhr zu dem/den Heizerspulen gesteuert wird. Durch die Verwendung einer von der Resonanzfrequenz abweichenden Ansteuerfrequenz wird eine geringere Spannungsamplitude er¬ zielt, so dass auf diese Weise die Heizleistung eingestellt und geregelt werden kann. Beispielsweise kann bei einer bestimmten Mindestspannung des Kraftfahrzeugbordnetzes von etwa 9V die Schaltungsanordnung auf eine erforderliche Heizleistung bei der Resonanzfrequenz eingestellt werden, um bei einer höheren Kraftfahrzeugbordnetzspannung durch eine davon abweichende Frequenz die Leistung konstant halten zu können.
Dieses Ziel wird auch durch ein weiteres Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 4 erreicht, bei dem durch periodisches Ein- und Ausschalten des ersten und vierten und dazu gegenphasig des zweiten und dritten Schalt¬ elements im Falle der Ansprüche 1 und 3 oder des ersten, des vierten, des fünften und des achten und dazu gegenphasig des zweiten, des dritten, des sechsten und des siebten Schaltelements im Falle der Ansprüche 2 bis 4 mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Frequenz und einem Tastverhältnis von 50% der Ansteuersignale der Schaltelemente die Schaltungsanordnung oder die Kraftstoffeinspritzventilanordnung bei einer maximalen Heizleistung und bei einem geringeren Tastverhältnis bei einer reduzierten Heizleistung betrieben wird und durch Veränderung des Tastverhältnisses der Ansteuersignale die Energiezufuhr zu der/den Heizerspule (n) gesteuert wird.
In diesem Fall wird die Abgabe der Heizleistung durch eine Veränderung des Verhältnisses der Ein- und der Ausschaltdauern beeinflusst. Wenn die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung länger aus- als eingeschaltet wird, wird eine geringere
Heizleistung abgegeben. In einer Weiterbildung dieses Verfahrens entspricht die Aus¬ schaltdauer der Ansteuersignale der halben Periodendauer bei der Resonanzfrequenz . Dadurch wird nicht nur das Tastverhältnis sondern auch die Frequenz verändert, so dass auf diese Weise die Heizleistung beeinflusst wird, wobei durch die Bedingung für die Aus¬ schaltdauer ein vollständiges Umschwingen des Serienreso¬ nanzkreises erfolgen kann und damit die Schaltelemente weit- gehend verlustarm geschaltet werden können.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 4, bei dem das Magnetmaterial einer Heizerspule so gewählt ist, dass bei den zu erzielenden Heiztemperaturen eine temperarturab- hängige Induktivität resultiert und bei dem die Frequenz der Ansteuersignale der Schaltelemente in einem Bereich um die Resonanzfrequenz der Schaltungsanordnung durchgestimmt und dabei das Maximum des Stromes in einer Heizerspule detektiert wird, um die aktuelle Resonanzfrequenz und daraus die aktuelle Temperatur zu ermitteln.
Bei Verwendung eines Magnetmaterials mit besonders niedriger Curietemperatur für den Heizer verringert sich bei Annäherung an diese Temperatur der Wert der Heizerinduktivität, was zu einer temperaturabhängigen Erhöhung der Resonanzfrequenz des
Schwingkreises führt. Die Frequenz der Steuersignale für die Schaltelemente wird periodisch so verändert (durchgestimmt) , dass dabei die Resonanzfrequenz sicher getroffen wird (Sweep) . Die Resonanzfrequenz ist dann recht einfach am Maximum des Heizerstromes zu erkennen. Dabei ist das Verhältnis von Wie¬ derholrate und Sweepdauer so zu wählen, dass die bei der Re- sonanzfrequenz auftretende erhöhte Heizleistung die mittlere Heizleistung nicht wesentlich verändert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem durch eine H-Brücke angesteuerten Serienresonanzkreis mit Heizerspule,
Figur 2 die Spannnungsverläufe zwischen den Verbindungsknoten und an der Heizerspule,
Figur 3 die Spannnungsverläufe an den Verbindungsknoten gegen
Bezugspotential und den Gleichtaktanteil der Spannung an der Heizerspule,
Figur 4 eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem durch verknüpfte H-Brücken angesteuerten Serienresonanzkreisen mit jeweiligen Heizerspulen,
Figur 5 eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzventilan- ordnung mit in den Kraftstoffeinspritzventilen angeordneten Resonanzkreisen.
In der Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 ist eine erste Serienschaltung aus einem ersten als Feldeffekttransistor mit Substratdiode Dl ausgebildeten ersten steuerbaren Schaltelement Tl und einem zweiten ebenfalls als Feldeffekttransistor mit Substratdiode D2 ausgebildeten zweiten steuerbaren Schaltelement T2 zwischen dem positiven Pol Vbat und dem negativen Pol GND einer Spannungsversorgung elektrisch verschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden Schaltelemente Tl, T2 bildet einen ersten Verbindungsknoten A. In gleicher Weise ist eine zweite Serienschaltung aus einem dritten als Feldeffekttransistor mit Substratdiode D3 ausge¬ bildeten dritten steuerbaren Schaltelement T3 und einem vierten als Feldeffekttransistor mit Substratdiode D4 ausgebildeten vierten steuerbaren Schaltelement T4 zwischen dem positiven Pol Vbat und dem negativen Pol GND der Spannungsversorgung elektrisch verschaltet. Der Verbindungspunkt der beiden Schaltelemente T3, T4 bildet einen zweiten Verbindungsknoten B. In erfindungsgemäßer Weise ist zwischen den Verbindungspunkten A, B ein Serienresonanzkreis aus einer Heizerspule LH, RL und einem ersten Kondensator C verschaltet, wobei die Heizerspule durch ihre Wicklungsinduktivität LH und ihren Wirkwiderstand RL dargestellt ist. Die Schaltelemente Tl, T2, T3, T4 weisen Steuereingänge 1, 2, 3, 4 auf. Zur Messung des Stromes durch den Resonanzkreis C, LH, RL ist zwischen dem Verbindungspunkt des zweiten und des dritten Schaltelements T2, T3 und dem negativen Pol GND der Spannungsversorgung ein Shuntwiderstand Rl angeordnet .
Für eine Simulation dieser Schaltungsanordnung wurde eine einfach fertigbare Induktivität von ca. 5μΗ gewählt, der Re¬ sonanzkondensator hat einen Wert von 2yF. Die Induktivität der Zuleitungen kann gegenüber der Heizerinduktivität LH ver- nachlässigt werden. Die beobachteten Spannungen und Ströme sind in der Figur 2 dargestellt und zeigen Werte, die technisch gut beherrschbar sind und eine kostengünstige Herstellung des Gesamtsystems erlauben. Wie zu erkennen ist, liegt am Se¬ rienresonanzkreis eine Spitzenspannung von 56.5V an obwohl die Versorgungspannung nur einen Wert von 11V hat. Hierdurch ist es möglich, mit vertretbaren Stromwerten eine ausreichende Leistung in die Heizerspule zu übertragen. Für die elektromagnetische Störsignalerzeugung ist die spektrale Energiedichte des Gleichtaktsignals auf den Zuleitungen zum Heizer von wesentlicher Bedeutung, da diese Leitungen als Abstrahlantenne wirken. Von Bedeutung ist hier auch der nie- derfrequente Bereich, da bereits ab 100kHz maximal zulässige Störsignalpegel festgelegt sind.
Prinzipbedingt hat die H-Brücke den Vorzug, dass ihre beiden Ausgangssignale entgegengesetzte Phasenlage haben und sich die Signalspannungen beim Umschalten abgesehen von Amplitudenverlaufs- und Zeitdifferenzen gegenseitig aufheben. Die Sig¬ nalverläufe an den Verbindungsknoten A und B', wobei der Verbindungsknoten Βλ der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C und der Heizerspule LH, RL ist, sind, wie Figur 3 zu entnehmen ist, stark unterschiedlich, was eine hohe Störab- strahlung vermuten lässt. Dort ist die Rechteckspannung in der oberen Darstellung die Spannung am Verbindungsknoten A gegen das Bezugspotential GND und die sinusförmige Spannung mit Span¬ nungssprüngen die Spannung am Verbindungsknoten Βλ gegen das Bezugspotential GND. Allerdings zeigt die Betrachtung des
Gleichtaktsignals, dass die durch den Resonanzkreis erzeugte Zusatzamplitude eine Sinusschwingung mit sehr geringem Oberwellengehalt ist und somit im bewerteten Frequenzbereich oberhalb von 100kHz keine nennenswerte Störabstrahlung bewirkt.
Eine Steuerung der Heizerleistung kann auf zweierlei Arten erfolgen. Ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren sieht die Veränderung der Frequenz der Ansteuersignale an den Steuereingängen 1 bis 4 der Schaltelemente Tl bis T4 vor. Ist der Resonanzkreis auf 50kHz abgestimmt, so ergibt sich eine Ein¬ schaltperiode von 10ys, gefolgt von 10ys Ausschaltperiode, also 50% Tastverhältnis. Werden die Schaltperioden - bei gleichem Tastverhältnis - verkürzt, so erhöht sich die Frequenz und der Resonanzkreis wird oberhalb seiner Resonanzfrequenz betrieben. Entsprechend nimmt die Resonanzüberhöhung der Spannung ab, was wiederum die Heizerleistung senkt.
Somit kann die Heizleistung - ausgehend von einem Maximalwert - kontinuierlich verringert werden. Eine geringfügige Verstimmung von 50kHz auf 59kHz bewirkt bereits eine Halbierung der
Heizleistung. Mit Hilfe dieser Leistungssteuerung ist es möglich, die Heizleistung - bei veränderlicher Versorgungsspannung - in einem weiten Bereich konstant zu hatten. Auch kann die Heizleistung bei Erreichen einer vorgegebenen Solltemperatur im Heizer abgesenkt werden, um diese Temperatur stabil zu halten.
Um die Temperatur stabil zu halten, ist es nötig, sie auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln. Hierzu muss die Isttemperatur ermittelt werden. In erfindungsgemäßer Weise erfolgt die Ermittlung der Heizertemperatur durch Bestimmung der Resonanzfrequenz .
Bei Verwendung eines Magnetmaterials für den Heizer des
Kraftstoffeinspritzventils mit besonders niedriger
Curietemperatur verringert sich bei Annäherung an diese Temperatur der Wert der Heizerinduktivität, was zu einer tempe¬ raturabhängigen Erhöhung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises führt. Es bestehen nun mehrere Möglichkeiten zur Er- mittlung der Resonanzfrequenz.
Die Frequenz der Steuersignale an den Steuereingängen 1 bis 4 der Schaltelemente Tl bis T4 wird periodisch so verändert
(durchgestimmt) , dass dabei die Resonanzfrequenz sicher ge- troffen wird (Sweep) . Die Resonanzfrequenz ist recht einfach am Maximum des Heizerstromes zu erkennen. Dabei ist das Verhältnis von Wiederholrate und Sweepdauer so zu wählen, dass die bei der Resonanzfrequenz auftretende erhöhte Heizleistung die mittlere Heizleistung nicht wesentlich verändert. Es besteht auch ein systematischer (quadratischer) Zusammenhang zwischen Versorgungsspannung und Heizleistung. Bestimmt man einmalig bei kaltem Heizer die Resonanzfrequenz, sowie die aktuelle Versorgungsspannung und die dabei erzeugte Heiz- leistung, so erhalt man einen Referenzpunkt . Ausgehend von diesem Referenzpunkt und einer Messung von aktueller Versorgungs¬ spannung und Heizleistung kann auf die Heizertemperatur rückgeschlossen werden. Anstelle der Heizerleistung kann auch der am Shuntwiderstand Rl (Figur 1) beobachtbare Heizerstrom als Messgröße herangezogen werden. Die so ermittelte
Heizertemperatur kann dann als Ist-Größe in einer Heizer-Temperaturregelung verwendet werden.
In einem weiteren Ansteuerverfahren können die Ansteuersignale an den Steuereingängen 1 bis 4 der Schaltelemente Tl bis T4 mit einem geringeren Tastverhältnis als 50% betrieben werden. Dies bedeutet, dass für eine kurze Zeit alle Transistoren der H-Brücke ausgeschaltet sind. Entsprechend wird während dieser Zeitdauer dem Resonanzkreis keine Energie zugeführt, was wiederum eine Reduktion der Heizleistung zur Folge hat.
In vorteilhafter Weise beträgt für die Werte der Simulation die Dauer der Ausschaltperiode 10ys, was der Umschwingdauer des Schwingkreises entspricht. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Umschwingvorgang des Resonanzkreises einfach zu erfassen ist .
Auch hier kann dieses Signal zur Ermittlung der Heizertemperatur verwendet werden und somit als Ist-Wert einer Hei- zer-Temperaturregelung dienen.
Ein typischer Kraftfahrzeug-Motor hat mehrere Zylinder, etwa vier oder sechs. Da jeder Zylinder mit einem Kraftstoff-Einspritz-Ventil ausgerüstet ist, werden entsprechend vier oder sechs Heizer benötigt. Dies erfordert den Einsatz von vier oder sechs H-Brücken zum Betrieb der Heizer. Durch eine geeignete Verbindung von Endstufen und Heizern sowie einer geeigneten Ansteuerung der Endstufen ist es möglich, bei einem Vierzylindermotor die Hälfte der Endstufen einzusparen und auf diese Weise Kosten zu sparen.
Gemäß Figur 4 ist ausgehend von einer Schaltungsanordnung nach Figur 1 ein fünftes steuerbares Schaltelement T5 zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung Vbat und einem dritten Verbindungsknoten C und ein sechstes steuerbares Schaltelement T6 zwischen dem dritten Verbindungsknoten C und dem negativen Pol der Versorgungsspannung GND elektrisch verschaltet ist. Außerdem ist ein siebtes steuerbares Schaltelement T7 zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung Vbat und einem vierten Verbindungsknoten D und ein achtes steuerbares Schaltelement T8 zwischen dem vierten Verbindungsknoten D und dem negativen Pol der Versorgungsspannung GND elektrisch verschaltet . Eine zweite Serienschaltung aus einer zweiten Heizerspule LH2 eines zweiten Einspritzventils EV2 und einem zweiten Kondensator C2 ist zwischen dem zweiten B und dem dritten C Verbindungsknoten elektrisch verschaltet. Eine dritte Serienschaltung aus einer dritten Heizerspule LH3 eines dritten Einspritzventils EV3 und einem dritten Kondensator C3 und eine vierte Serienschaltung aus einer vierten Heizerspule LH4 eines vierten Einspritzventils EV4 und einem vierten Kondensator C4 ist zwischen dem dritten C und dem vierten D Verbindungsknoten bzw. dem vierten D und dem ersten A Verbindungsknoten elektrisch verschaltet.
Die erste Heizerspule LH1 ist mit den Verbindungsknoten A und B verbunden, sie wird also von den Schaltelementen Tl, T2, T3, T4 gespeist . Die zweite Heizerspule LH2 ist mit den Verbindungsknoten B und C verbunden, sie wird also von den Schaltelementen T3, T4, T5, T6 gespeist. Die dritte Heizerspule LH3 ist mit den Verbindungsknoten C und D verbunden, sie wird also von den Schaltelementen T5, T6, T7, T8 gespeist.
Die vierte Heizerspule LH4 ist mit den Verbindungsknoten D und A verbunden, sie wird also von den Schaltelementen T7, T8, Tl, T2 gespeist.
Die Ansteuerung der Schaltelemente Tl bis T8 erfolgt durch die Steuersignale an den Steuereingängen 1 bis 8. Dabei haben die Signale an den Steuereingängen 1, 4, 5, 8 stets gleichen Pegel, sowie die Signale an den Steuereingängen 2, 3, 6, 7 gleichen, entgegengesetzten Pegel. Haben also die Signale an den Steuereingängen 1, 4, 5, 8 High Pegel, so haben die Signale an den Steuereingängen 2, 3, 6, 7, Low Pegel. Entsprechend haben die Spannungen an den Heizerspulen LHl und LHL4 in einer ersten Phase positiven Wert und die Spannungen an den Heizerspulen LH2 und LHL3 zugleich negativen Wert. Die Schaltelemente Tl bis T8 sind dabei auf die doppelte Stromtragfähigkeit auszulegen. Verlegt man gemäß Figur 5 die Resonanzkondensatoren Cl bis C4 in die Heizer der Kraftstoffeinspritzventile EVI bis EV4, so lässt sich auch noch die Anzahl der Zuleitungen halbieren.
Zwar werden jetzt zusätzliche Verbindungen zwischen den
Kraftstoffeinspritzventile EVI bis EV4 benötigt, jedoch kann dies konstruktiv durch Zusammenlegung aller Heizer in einem Ventilmodul mit integrierten Heizern, Kondensatoren und Verbindungsleitungen gelöst werden. Dies ergibt dann eine besonders kompakte, kostengünstige Konstruktion. Vorteilhaft ist auch, dass durch diese Anordnung die Hälfte der sehr teuren (Hochstrom-) Stecker eingespart wird.
Das Verhalten, sowie die Ansteuerung der Konfiguration gemäß Figur 5 unterscheiden sich nicht von der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum induktiven Heizen zumindest eines Kraftstoffeinspritzventils (EVI, EV2, EV3, EV4)
mit einem ersten steuerbaren Schaltelement (Tl), das zwischen dem positiven Pol einer Versorgungsspannung (Vbat) und einem ersten Verbindungsknoten (A) verschaltet ist,
mit einem zweiten steuerbaren Schaltelement (T2) das zwischen dem ersten Verbindungsknoten (A) und dem negativen Pol der Ver- sorgungsspannung (GND) verschaltet ist,
mit einem dritten steuerbaren Schaltelement (T3) , das zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung (Vbat) und einem zweiten Verbindungsknoten (B) verschaltet ist,
mit einem vierten steuerbaren Schaltelement (T4) das zwischen dem zweiten Verbindungsknoten (B) und dem negativen Pol der Versorgungsspannung (GND) verschaltet ist, und
mit einer ersten Heizerspule (LHl, RLl) des zumindest einen Einspritzventils (EVI), die zwischen dem ersten (A) und dem zweiten (B) Verbindungsknoten elektrisch verschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Verbindungsknoten (A, B) ein erster Kondensator (Cl) in Serie zu der ersten Heizerspule (LHl, RLl) geschaltet ist .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein fünftes steuerbares Schaltelement (T5) , das zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung (Vbat) und einem dritten Verbindungsknoten (C) elektrisch verschaltet ist,
ein sechstes steuerbares Schaltelement (T6) , das zwischen dem dritten Verbindungsknoten (C) und dem negativen Pol der Ver- sorgungsspannung (GND) elektrisch verschaltet ist,
ein siebtes steuerbares Schaltelement (T7), das zwischen dem positiven Pol der Versorgungsspannung (Vbat) und einem vierten Verbindungsknoten (D) elektrisch verschaltet ist, ein achtes steuerbares Schaltelement (T8) das zwischen dem vierten Verbindungsknoten (D) und dem negativen Pol der Versorgungsspannung (GND) elektrisch verschaltet ist, und mit einer zweiten Serienschaltung aus einer zweiten Heizerspule (LH2, RL2) eines zweiten Einspritzventils (EV2) und einem zweiten Kondensator (C2), die zwischen dem zweiten (B) und dem dritten
(C) Verbindungsknoten elektrisch verschaltet ist,
mit einer dritten Serienschaltung aus einer dritten Heizerspule (LH3, RL3) eines dritten Einspritzventils (EV3) und einem dritten Kondensator (C3) , die zwischen dem dritten (C) und dem vierten
(D) Verbindungsknoten elektrisch verschaltet ist, und
mit einer vierten Serienschaltung aus einer vierten Heizerspule (LH4, RL4) eines vierten Einspritzventils (EV4) und einem vierten Kondensator (C4), die zwischen dem vierten (D) und dem ersten (A) Verbindungsknoten elektrisch verschaltet ist.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass j edem Schaltelement (Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) jeweils eine Diode (Dl, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8) parallelgeschaltet ist, die jeweils in Bezug auf die Versor¬ gungsspannung (Vbat, GND) in Sperrrichtung gepolt sind.
4. Kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet,
dass jede der Heizerspulen (LH1, LH2, LH3, LH4) und der ihr zugeordnete Kondensator (Cl, C2, C3, C4) in jeweils einem Kraftstoffeinspritzventil (EVI, EV2, EV3, EV4) angeordnet sind, und
dass die Serienschaltungen der jeweiligen Heizerspulen (LH1, LH2, LH3, LH4) und der ihnen zugeordneten Kondensatoren (Cl, C2, C3, C4) zueinander in Serie geschaltet sind.
5. Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 4, bei dem durch periodisches Ein- und Ausschalten des ersten und vierten und dazu gegenphasig des zweiten und dritten Schaltelements (Tl, T2, T3, T4) im Falle der Ansprüche 1 und 3 oder des ersten, des vierten, des fünften und des achten und dazu gegenphasig des zweiten, des dritten, des sechsten und des siebten Schaltelements (Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) im Falle der Ansprüche 2 bis 4 mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Frequenz der Ansteuersignale der Schaltelemente die Schaltungsanordnung oder die Kraftstoffeinspritzventil¬ anordnung bei einer maximalen Heizleistung und bei einer von der Resonanzfrequenz abweichenden Frequenz bei einer reduzierten Heizleistung betrieben wird und durch Veränderung der Frequenz der Ansteuersignale die Energiezufuhr zu dem/den Heizerspulen (LH1, LH2, LH3, LH4) gesteuert wird.
6. Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 4 bei dem durch periodisches Ein- und Ausschalten des ersten und vierten und dazu gegenphasig des zweiten und dritten Schaltelements (Tl, T2, T3, T4) im Falle der Ansprüche 1 und 3 oder des ersten, des vierten, des fünften und des achten und dazu gegenphasig des zweiten, des dritten, des sechsten und des siebten Schaltelements (Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) im Falle der Ansprüche 2 bis 4 mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Frequenz und einem Tastverhältnis von 50% der Ansteuersignale der Schaltelemente die Schaltungsanordnung oder die Kraftstoffeinspritzventilanordnung bei einer maximalen Heizleistung und bei einem geringeren Tastverhältnis bei einer reduzierten Heizleistung betrieben wird und durch Veränderung des Tastverhältnisses der Ansteuersignale die Energiezufuhr zu der/den Heizerspule (n) (LH1, LH2, LH3, LH4) gesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschaltdauer der Ansteuersignale der halben Periodendauer bei der Resonanzfrequenz entspricht.
8. Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3 oder einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung nach Anspruch 4, bei dem das Magnetmaterial einer Heizerspule (LH1, LH2, LH3, LH4) so gewählt ist, dass bei den zu erzielenden Heiztemperaturen eine temperarturabhängige Induktivität re¬ sultiert und bei dem die Frequenz der Ansteuersignale der Schaltelemente (Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8) in einem Bereich um die Resonanzfrequenz der Schaltungsanordnung durchgestimmt und dabei das Maximum des Stromes in einer Heizerspule (LH1, LH2 , LH3, LH4) detektiert wird, um die aktuelle Resonanzfrequenz und daraus die aktuelle Temperatur zu ermitteln.
PCT/EP2013/066640 2012-08-28 2013-08-08 Schaltungsanordnung zum induktiven heizen zumindest eines kraftstoffeinspritzventils sowie kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer solchen schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung und einer kraftstoffeinspritzventilanordnung Ceased WO2014032932A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201380045223.3A CN104584685B (zh) 2012-08-28 2013-08-08 用于电感加热至少一个燃料喷射阀门的电路装置以及具有这样的电路装置的燃料喷射阀门装置和用于运行电路装置和燃料喷射阀门装置的方法
US14/424,658 US10281057B2 (en) 2012-08-28 2013-08-08 Circuit arrangement for inductively heating at least one fuel injector valve, and fuel injector arrangement comprising such a circuit arrangement

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012215257.1A DE102012215257B4 (de) 2012-08-28 2012-08-28 Schaltungsanordnung zum induktiven Heizen zumindest eines Kraftstoffeinspritzventils sowie Kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer solchen Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung und einer Kraftstoffeinspritzventilanordnung
DE102012215257.1 2012-08-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014032932A1 true WO2014032932A1 (de) 2014-03-06

Family

ID=48918440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/066640 Ceased WO2014032932A1 (de) 2012-08-28 2013-08-08 Schaltungsanordnung zum induktiven heizen zumindest eines kraftstoffeinspritzventils sowie kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer solchen schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung und einer kraftstoffeinspritzventilanordnung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10281057B2 (de)
CN (1) CN104584685B (de)
DE (1) DE102012215257B4 (de)
WO (1) WO2014032932A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014219183A1 (de) 2014-09-23 2016-03-24 Robert Bosch Gmbh Magnetventil für ein Fahrzeugbremssystem
TWI760513B (zh) * 2017-06-30 2022-04-11 瑞士商菲利浦莫里斯製品股份有限公司 具有有效電力控制的感應加熱系統之氣溶膠產生裝置與氣溶膠產生系統
KR101954531B1 (ko) * 2017-09-26 2019-05-23 엘지전자 주식회사 정수기 및 정수기의 제어 방법
GB201814202D0 (en) * 2018-08-31 2018-10-17 Nicoventures Trading Ltd A resonant circuit for an aerosol generating system
GB2582930B (en) * 2019-04-08 2023-01-11 Edwards Ltd Induction heating method and apparatus
US12531483B2 (en) 2021-12-28 2026-01-20 Novatek Microelectronics Corp. Switchable power supply circuit for realizing various switching converters

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415967A1 (de) 1983-05-07 1984-11-22 Barmag Barmer Maschinenfabrik Ag, 5630 Remscheid Induktive heizung fuer ferromagnetische materialien
EP0852452A1 (de) * 1995-09-18 1998-07-08 Kabushiki Kaisha Seta Giken Temperaturregler für induktionsheizung und seines anlaufsystem
WO2000045403A1 (en) * 1999-01-27 2000-08-03 Bergstrom Gary E System for control of an electromagnetic actuator
EP1408221A2 (de) * 2002-10-07 2004-04-14 Hitachi, Ltd. Kraftstoffversorgungssystem mit elektromagnetisches Einspritzventil
WO2012080009A1 (de) * 2010-12-15 2012-06-21 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zum induktiven heizen eines kraftstoffeinspritzventils

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3506907A (en) 1967-10-04 1970-04-14 Park Ohio Industries Inc Gating control of a resonant bridge inverter for induction heating use
JP2530812B2 (ja) 1985-12-12 1996-09-04 富士電機株式会社 高周波誘導加熱装置
DE10208616B3 (de) * 2002-02-27 2004-01-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuereinheit zur Ansteuerung einer Steuerschaltung
US6919651B2 (en) * 2002-11-26 2005-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Circuit arrangement for high-speed switching of inductive loads
DE602007007434D1 (de) 2006-02-02 2010-08-12 Panasonic Corp Induktionserwärmungsvorrichtung
JP4620151B2 (ja) * 2008-12-12 2011-01-26 東光株式会社 非接触電力伝送回路
ES2385807B1 (es) 2010-03-16 2013-06-17 BSH Electrodomésticos España S.A. Dispositivo de encimera de cocción.
EP2391182A1 (de) 2010-05-26 2011-11-30 simatec ag Vorrichtung zum Erwärmen eines Werkstücks, insbesondere eines Wälzlagers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415967A1 (de) 1983-05-07 1984-11-22 Barmag Barmer Maschinenfabrik Ag, 5630 Remscheid Induktive heizung fuer ferromagnetische materialien
EP0852452A1 (de) * 1995-09-18 1998-07-08 Kabushiki Kaisha Seta Giken Temperaturregler für induktionsheizung und seines anlaufsystem
WO2000045403A1 (en) * 1999-01-27 2000-08-03 Bergstrom Gary E System for control of an electromagnetic actuator
EP1408221A2 (de) * 2002-10-07 2004-04-14 Hitachi, Ltd. Kraftstoffversorgungssystem mit elektromagnetisches Einspritzventil
WO2012080009A1 (de) * 2010-12-15 2012-06-21 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zum induktiven heizen eines kraftstoffeinspritzventils

Also Published As

Publication number Publication date
CN104584685A (zh) 2015-04-29
CN104584685B (zh) 2017-09-01
DE102012215257B4 (de) 2022-10-06
DE102012215257A1 (de) 2014-03-06
US20150226351A1 (en) 2015-08-13
US10281057B2 (en) 2019-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014032932A1 (de) Schaltungsanordnung zum induktiven heizen zumindest eines kraftstoffeinspritzventils sowie kraftstoffeinspritzventilanordnung mit einer solchen schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer schaltungsanordnung und einer kraftstoffeinspritzventilanordnung
DE2917926C2 (de) Gegentakt-Schaltleistungsverstärker
DE69200342T3 (de) Induktoranordnung zum Induktionsheizen von Kochgefässen und ihre Steuerungsanlage.
DE112016006342T5 (de) Stromwandler und kontaktloses Leistungsversorgungssystem
AT518721B1 (de) Steuerung von Langstatorlinearmotor-Spulen eines Langstatorlinearmotor-Stators
WO2015161944A1 (de) Übertragungssystem und verfahren zur induktiven ladung eine elektrisch angetriebenen fahrzeugs und fahrzeuganordnung
EP2622615A1 (de) Anordnung und verfahren zur kompensation eines magnetischen gleichflusses in einem transformatorkern
EP3894794B1 (de) Vorrichtung zur anregung eines resolvers und resolveranordnung
CH703021B1 (de) Schaltungsanordnung für ein Induktionskochgerät, Verfahren zum Betreiben der Schaltungsanordnung für ein Induktionskochgerät.
DE112018001155T5 (de) Magnetfelderzeugungsschaltung
EP2497332B1 (de) Kochfeld mit wenigstens zwei heizinduktoren
EP2481260B1 (de) Verfahren zum einstellen einer heizleistungsabgabe einer induktionsheizeinrichtung sowie zugehörige induktionsheizeinrichtung
EP2281293A1 (de) Induktivität und anordnung
DE102013208911A1 (de) Mehrphasige Drossel mit integriertem Störungsunterdrückungstransformator
EP2506673A2 (de) Hausgerätevorrichtung
DE102013217923A1 (de) Anordnung mit einem ferromagnetischen Werkstück und einer um zumindest einen Abschnitt des Werkstücks angeordneten Heizwicklung
DE4205599A1 (de) Halbbruecken-wechselrichter oder eine von einem vollbruecken-wechselrichter durch halbierungsberechnung abgeleitete schaltungsanordnung in form eines halbbruecken-wechselrichters sowie verfahren zu deren steuerung
DE69221716T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Hochleistungsrundfunkfrequenzverstärkungim Schaltbetrieb
EP1217712A2 (de) Bedämpfung von Resonanzüberhöhungen bei einem an einem Umrichter mit Spannungszwischenkreis betriebenen elektrischen Motor durch erhöhte Verlusterzeugung im Bereich kritischer Eigenfrequenzen
EP2012004A1 (de) Hochfrequenzzündeinrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
DE102010063112A1 (de) Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventils
EP3410589A1 (de) Umrichter, vorrichtung mit einem solchen umrichter, system und verfahren zum steuern einer steuerbaren energiequelle
DE19813769A1 (de) Schaltung zum Versorgen einer Last mit einer Gleichspannung
WO2007082601A1 (de) Selbsterregender pwm-controller für einen einphasenultraschallmotor
DE102010062462A1 (de) Antennensystem, Sendeanordnung und Verfahren zum Betrieb einer Sendeanordnung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13745696

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14424658

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13745696

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1