DE102010063112A1

DE102010063112A1 - Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventils

Info

Publication number: DE102010063112A1
Application number: DE201010063112
Authority: DE
Inventors: Stephan Bolz
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012080009A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventil mit einem Parallelschwingkreis aus einer eine Heizwicklung bildenden Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) und einem Kondensator (C1) wobei die Verbindungspunkte der Spule und des Kondensators (C1) einen ersten (A1) und einen zweiten (A2) Schwingkreisanschluss bilden. Der erste Schwingkreisanschluss (A1) ist dabei über einen ersten steuerbaren Schalter (T1) und der zweite Schwingkreisanschluss (A2) über einen zweiten steuerbaren Schalter (T2) mit dem Bezugspotentialanschluss (A3) verbunden. Der Steueranschluss des ersten steuerbaren Schalters (T1) ist über eine in Durchlassrichtung gepolte erste Diode (D1) mit dem zweiten Schwingkreisanschluss (A2) und der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters (T2) über eine in Durchlassrichtung gepolte zweite Diode (D2) mit dem ersten Schwingkreisanschluss (A1) verbunden ist. Ein Mittenabgriff der Schwingkreisspule ist über eine Drosselspule (L2) und die Steuereingänge der steuerbaren Schalter (T1, T2) sind mit einem Versorgungsspannungsanschluss (V0) zur Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung verbunden. In erfindungsgemäßer Weise bildet die Schwingkreisspule eine Heizwicklung zum induktiven Heizen des Kraftstoffeinspritzventils.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Heizen eines induktiven Kraftstoffeinspritzventils in einem Kraftfahrzeug mit einem Parallelschwingkreis aus einer eine Heizwicklung bildenden Schwingkreisspule und einem Kondensator, wobei die Verbindungspunkte der Schwingkreisspule und des Kondensators einem ersten und einem zweiten Schwingkreisanschluss bilden, wobei der erste Schwingkreisanschluss über einen ersten steuerbaren Schalter mit einem Bezugspotentialanschluss und der zweite Schwingkreisanschluss über einen zweiten steuerbaren Schalter mit dem Bezugspotentialanschluss verbunden sind. Der Steueranschluss des steuerbaren Schalters ist über eine in Durchlass gepolte erste Diode mit dem zweiten Schwingkreisanschluss und der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters über eine in Durchlass gepolte zweite Diode mit dem ersten Schwingkreisanschluss verbunden. Ein Mittenabgriff der Schwingkreisspule ist über eine Drosselspule und die Steuereingänge der steuerbaren Schalter sind mit einem Versorgungsspannungsanschluss zur Beaufschlagung der Vorrichtung mit einer Versorgungsspannung verbunden.
Eine solche Vorrichtung ist aus der US 2007/200006 A1 bekannt. Diese Vorrichtung bildet einen Oszillator, der hochfrequente elektromagnetische Energie in der Schwingkreisspule erzeugt. Bei der Vorrichtung der US 2007/200006 A1 ist jedoch die Schwingkreisspule als Primärwicklung eines Transformators ausgebildet, dessen Sekundärwicklung zusammen mit einem in Serie zur Sekundärwicklung geschalteten Filterkondensator parallel zum Solenoidantrieb eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils geschaltet ist, zu dem außerdem die Serienschaltung aus einer Heizwicklung und einem weiteren Filterkondensator parallel geschaltet sind. Hierbei bilden die Sekundärwicklung des Transformators, die beiden Filterkondensatoren und die Heizwicklung einen Schwingkreis, in den über den Transformator hochfrequente elektromagnetische Energie übertragen wird, um diese in der Heizwicklung in Verbindung mit dem ferromagnetischen Material des Ventilgehäuses in Wärme umzusetzen. Der Vorteil der dortigen aufwändigen Konstruktion ist, dass nur zwei Verbindungsleitungen zum Einspritzventil geführt werden müssen.
Allerdings ist für die hierfür erforderliche drahtlose Einkopplung der hochfrequenten elektromagnetischen Energie des Oszillators der Transformator erforderlich, der bei der geforderten Leistung von ca. 1 kW und den typischen Werten für die Frequenz von 50 kHz bis 100 kHz sehr teuer ist, zumal er aus mehreren teil angezapften Wicklungen aufgebaut sein muss, die zudem gegeneinander isoliert sind. Wegen des bei den hohen Frequenzen auftretenden Skineffetes müssen die Wicklungen zudem aus Litze mit Einzeladerisolierung – sog. HF-Litze – angefertigt werden, was die Kosten weiter erhöht.
Sollen nun, wie bei einem üblichen Vierzylindermotor naheliegend, mehrere Kraftstoffeinspritzventile induktiv geheizt werden, so führt eine funktional, technisch und kostenmäßig vorteilhafte Ausgestaltung sehr leicht zu einer Mehrzahl von Induktivitäten und Transformatoren.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, die kostengünstiger ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, bei der gemäß Patentanspruch 1 die mittenangezapfte Schwingkreisspule selbst als Heizwicklung zum induktiven Heizen des Kraftstoffeinspritzventils verwendet wird. Die Heizwicklung ist dabei im Prinzip als Spartransformator ausgeführt, also nur mit der Primärwicklung mit Mittenanzapfung.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die Steuereingänge der steuerbaren Schalter jeweils über einen Widerstand mit dem Versorgungsanschluss verbunden. Durch diese Widerstände wird der Strom durch die erste und die zweite Diode begrenzt.
Für den Fall, dass weitere Einspritzventile beheizt werden sollen, können die hierfür erforderlichen Heizwicklungen – ebenfalls als Spartrafo ausgebildet – parallel zur Schwingkreisspule geschaltet werden und somit ebenfalls von dem Oszillator mit elektromagnetischer Energie versorgt werden.
In vorteilhafter Weise sind die Heizwicklungen bifilar ausgeführt, um eine gute magnetische Kopplung beider Teilwicklungen zu ermöglichen, was wiederum die Belastung der ansteuernden Schalter ausgleicht. Durch geeignete Wahl der Windungszahl und der Kapazität des Schwingkreiskondensators lassen sich sowohl die Schwingfrequenz als auch die Heizleistung einstellen. Des Weiteren reduziert die bifilare Wicklungsweise Unterschiede im magnetischen Fluss im Gehäuse des Kraftstoffeinspritzventils, so dass Querwirkungen auf den nahebefindlichen Solenoidantrieb des Kraftstoffeinspritzventils vermieden werden.
Für den Fall, dass eine Kompensation der Gleichstromanteile in den Teilwicklungen der Heizwicklung nicht erforderlich ist, so kann auf eine bifilare Wicklung verzichtet werden. Die Zusammenschaltung von mehreren Heizwicklungen erfolgt dann in einfacher Weise. Dies spart zudem Kosten für Verbindungsleitungen und Steckverbindungen.
Um die Heizung der Kraftstoffeinspitzventile ein- und ausschalten zu können, ist in einer Weiterbildung der Erfindung das Bezugspotential über einen Ein-/Ausschalter mit einem Massepotential verbunden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen
1 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung,
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Heizwicklungen und
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit vereinfachtem Wicklungsaufbau der Schwingkreisspule.
1 zeigt einen Parallelschwingkreis aus einem Schwingkreiskondensator C1 und einer Schwingkreisspule L1. Die Verbindungspunkte des Schwingkreiskondensators C1 und der Schwingkreisspule L1 bilden einen ersten Schwingkreisanschluss A1 und einen zweiten Schwingkreisanschluss A2. Der erste Schwingkreisanschluss A1 ist über einen ersten steuerbaren Schalter, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als MOSFET realisiert ist, mit einem Bezugspotentialanschluss A3 verbunden. Desgleichen ist der zweite Schwingkreisanschluss A2 über einen zweiten steuerbaren Schalter T2, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls als MOSFET realisiert ist, ebenfalls mit dem Bezugspotentialanschluss A3 verbunden.
Der Steueranschluss des ersten steuerbaren Schalters T1 ist über einen ersten Widerstand R1 mit einem Versorgungspotentialanschluss V₀ und über eine erste in Durchlassrichtung gepolte Diode D1 mit dem zweiten Schwingkreisanschluss A2 verbunden. Der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters T2 ist in gleicher Weise über einen zweiten Widerstand R2 mit dem Versorgungspotentialanschluss V₀ und über eine in Durchlassrichtung gepolte zweite Diode D2 mit dem ersten Schwingkreisanschluss A1 verbunden. Der Bezugspotentialanschluss A3 ist über einen dritten steuerbaren Ein-/Ausschalt-Schalter T3 mit Massepotential GND verbunden. Der Ein-/Ausschaltschalter T3 ist mit seinem Steueranschluss mit einem Einschalt-/Ausschaltanschluss E/A verbunden.
In erfindungsgemäßer Weise bildet die Schwingkreisspule L1 direkt die Heizwicklung der induktiven Heizung eines Kraftstoffeinspritzventils. Hierdurch kann ein kostenintensiver Transformator zur nichtgalvanischen Einkopplung hochfrequenter elektromagnetischer Energie in den Stromkreis des Solenoidantriebs des Kraftstoffeinspritzventils vermieden werden.
2 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Um mehrere Kraftstoffeinspritzventile induktiv heizen zu können, sind gemäß 2 mehrere Heizwicklungen L11, L12 vorgesehen, wobei durch Punkte weitere mögliche Heizwicklungen angedeutet sind. Durch diese vorteilhafte Parallelschaltung der Heizwicklungen kann die Energie für sämtliche Heizwicklungen aus nur einem Oszillator bezogen werden. Dabei müssen lediglich die Werte für die Schwingkreisspulen und den Schwingkreiskondensator C1 entsprechend angepasst werden, um die erforderliche Heizleistung und die gewünschte Frequenz einzustellen.
In vorteilhafter Weise sind die Schwingkreisspulen L1, L11, L12 bifilar gewickelt, um Streuinduktivitäten zu vermeiden, die gegebenenfalls den Solenoidantrieb beeinflussen könnten. Bei entsprechendem Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils ist dies jedoch gegebenenfalls nicht nötig, so dass in vorteilhafter Weise eine einfache Wicklung verwendet werden kann und gemäß 3 die Schwingkreisspule durch zwei in Serie geschaltete einfache Teilspulen L21 und L22 realisiert werden kann. Auch zu dieser Ausbildung einer Schwingkreisspule können in gleicher Weise wie in 2 gezeigt, entsprechend weitere durch Teilwicklungen realisierte Heizwicklungen parallel geschaltet werden.
Durch die Einsparungen des bzw. der teuren Transformatoren gelingt es, ein System zur induktiven Kraftstoffheizung herzustellen, das wirtschaftlich konkurrenzfähig ist und zugleich noch wesentliche, für den Nutzer wahrnehmbare Vorteile bietet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2007/200006 A1 [0002, 0002]

Claims

Vorrichtung zum induktiven Heizen eines Kraftstoffeinspritzventils – mit einem Parallelschwingkreis aus einer eine Heizwicklung bildenden Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) und einem Kondensator (C1) wobei die Verbindungspunkte der Spule (L1; L11; L12; L21; L22) und des Kondensators (C1) einen ersten (A1) und einen zweiten (A2) Schwingkreisanschluss bilden, – wobei der erste Schwingkreisanschluss (A1) über einen ersten steuerbaren Schalter (T1) mit einem Bezugspotentialanschluss (A3) verbunden ist, – wobei der zweite Schwingkreisanschluss (A2) über einen zweiten steuerbaren Schalter (T2) mit dem Bezugspotentialanschluss (A3) verbunden ist, – wobei der Steueranschluss des ersten steuerbaren Schalters (T1) über eine in Durchlassrichtung gepolte erste Diode (D1) mit dem zweiten Schwingkreisanschluss (A2) und der Steueranschluss des zweiten steuerbaren Schalters (T2) über eine in Durchlassrichtung gepolte zweite Diode (D2) mit dem ersten Schwingkreisanschluss (A1) verbunden ist und – wobei sowohl ein Mittenabgriff der Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) über eine Drosselspule (L2) als auch die Steuereingänge der steuerbaren Schalter (T1, T2) mit einem Versorgungsspannungsanschluss (V₀) zur Beaufschlagung mit einer Versorgungsspannung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspule (L1; L11; L12; L21; L22) eine Heizwicklung zum induktiven Heizen des Kraftstoffeinspritzventils bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereingänge der steuerbaren Schalter (T1, T2) jeweils über einen Widerstand (R1, R2) mit dem Versorgungspotentialanschluss (V₀) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreisspule (L1) weitere Spulen (L11; L12) als Heizwicklungen für weitere Einspritzventile parallel geschaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspule (L1) und gegebenenfalls die weiteren Heizwicklungen (L11, L12) als Serienschaltung aus zwei Spulen (L21, L22) gebildet sind und der Verbindungspunkt der Spulen den Mittenabgriff bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspule bzw. die Schwingkreisspulen (L1; L11, L12; L21, L22) bifilar gewickelt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bezugspotentialanschluss (A3) über einen Einschalt-/Ausschaltschalter (T3) mit einem Massepotential (GND) verbunden ist.