DE112017001070T5

DE112017001070T5 - Steuerschaltung

Info

Publication number: DE112017001070T5
Application number: DE112017001070.5T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Okonogi; Takao Fukuda; Koichi TSUKIO
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-11-29
Also published as: JP6466025B2; WO2017168935A1; US10666129B2; US20190109534A1; CN109005672A; CN109005672B; JPWO2017168935A1

Abstract

Zum Schutz eines Schaltelements, das in einer Verstärkungsschaltschaltung für einen Verbrennungsmotor mit Einspritzung in die Zylinder oder dergleichen verwendet wird, vor Schäden durch Überhitzung ohne Verwendung eines Temperaturerfassungselements.
In einer Steuerschaltung, die ein Schaltelement zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand umschaltet, wird auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Schaltelements und einer im leitenden Zustand an einen Steueranschluss des Schaltelements angelegten Spannung das Schaltelement gesteuert oder eine Temperatur des Schaltelements geschätzt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerschaltung, insbesondere eine Steuerschaltung, die ein Schaltelement zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand umschaltet.
Stand der Technik
Eine Verstärkungsschaltung, die eine verstärkte Spannung zum Treiben eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils eines Verbrennungsmotors erzeugt, ist bereits bekannt. PTL 1 offenbart eine Technik zum Schutz eines FET vor Schäden durch Überhitzung, indem eine Temperatur des FET erfasst wird, der dazu ausgelegt ist, eine verstärkte Spannung unter Verwendung eines Thermistors zu erzeugen.
Literaturliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2005-337038 A
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der in PTL 1 beschriebenen Technik bestehen Probleme dahingehend, dass eine Größe einer elektronischen Vorrichtung durch die Montage des Thermistors zunimmt und die Kosten steigen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme gemacht und hat als eine Aufgabe, ein Schaltelement, das in einer Verstärkungsschaltung oder dergleichen verwendet werden soll, vor Schäden durch Überhitzung zu schützen, ohne ein Temperaturerfassungselement zu verwenden.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, ist eine Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung eine Steuerschaltung, die ein Schaltelement zwischen einem leitenden und einem nichtleitenden Zustand umschaltet, wobei die Steuerschaltung auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Schaltelements und einer im leitenden Zustand an einen Steueranschluss des Schaltelements angelegten Spannung das Schaltelement steuert oder die Temperatur des Schaltelements schätzt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsanschluss des Schaltelements und der an den Steueranschluss angelegten Spannung, die mit der Temperatur des Schaltelements korrelieren, das Schaltelement gesteuert oder die Temperatur geschätzt. Dadurch ist es möglich, ohne Verwendung des Temperaturerfassungselements die Temperatur des Schaltelements zu steuern oder eine Temperaturanomalie des Schaltelements zu erfassen, und ist es schließlich möglich, das Schaltelement vor Schäden durch Überhitzung zu schützen.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm einer Motorsteuereinheit.
[2] 2 ist ein Blockdiagramm einer Verstärkungsschaltung.
[3] 3 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform der Erzeugung einer verstärkten Spannung.
[4] 4 ist ein Blockdiagramm einer Verstärkungsschaltung der vorliegenden Ausführungsform.
[5] 5 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform der Erzeugung einer verstärkten Spannung in der vorliegenden Erfindung.
[6] 6 ist eine erklärende Darstellung einer Korrelation zwischen einer Temperatur eines Verstärkungs-FET und einer Ein-Spannung.
[7] 7 ist ein Ablaufdiagramm der Überhitzungsschutzsteuerung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
Zunächst wird mit Bezugnahme auf 1 ein Blockschaltdiagramm einer Motorsteuereinheit 9, die einen Verbrennungsmotor mit Einspritzung in die Zylinder steuert (nicht gezeigt), dargestellt.
Eine Treiber-IC 47 (oder ein Vortreiber), ein hochseitiger Treiber 52 und ein tiefseitiger Treiber 53, die dazu ausgelegt sind, eine Spulenlast 54 einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu treiben, sind allgemein in der Motorsteuereinheit 9 eingebaut, können aber auch separat von der Motorsteuereinheit 9 bereitgestellt werden.
Der Verbrennungsmotor mit Einspritzung in die Zylinder umfasst eine Mehrzahl von Zylindern und umfasst die Kraftstoffeinspritzvorrichtung für jeden Zylinder. Es besteht somit eine Mehrzahl von hochseitigen Treibern und tiefseitigen Treibern, die der Mehrzahl der Spulenlasten 54 entsprechen, der Einfachheit halber jedoch nicht dargestellt sind.
Eine Batterie 41 ist eine Fahrzeugbatterie, die an einem Fahrzeug montiert ist. Eine Spannung der Batterie 41 wird der Motorsteuereinheit 9 zugeführt und diese Spannung wird einer Energieversorgungs-IC 43, der Treiber-IC 47, einer Verstärkungsschaltung 51 zum Treiben der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, dem hochseitigen Treiber 52 und dergleichen zugeführt. Darüber hinaus wird die Spannung der Batterie 41 auch an andere Vorrichtungen im Fahrzeug geliefert und schwankt die Spannung der Batterie 41 je nach den Arbeitszuständen der anderen Vorrichtungen im Fahrzeug. Wird zum Beispiel einem Anlasser zum Anlassen des Verbrennungsmotors beim Starten des Verbrennungsmotors Energie zugeführt, fällt die Spannung der Batterie 41 stark ab. Außerdem steigt, wenn es ein System gibt, das zum Zeitpunkt der Verlangsamung des Fahrzeugs die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt und die elektrische Energie in der Batterie 41 rückgewinnt, die Spannung der Batterie 41 während der Rückgewinnung. In einem System, in dem ein automatischer Neustart aus einem Leerlauf-Stopp-Zustand oder die Rückgewinnung häufig auftritt, wird die Schwankung der Batteriespannung deutlicher.
Darüber hinaus senkt die Energieversorgungs-IC 43 die Spannung der Batterie 41 und liefert eine vorgegebene Spannung an einen Mikrocomputer 44, die Treiber-IC 47 und dergleichen.
Die Treiber-IC 47 umfasst eine Kommunikationseinheit 49 in Bezug auf den Mikrocomputer 44, eine Verstärkungsschaltungsantriebseinheit 50 und eine Treiberantriebseinheit 48. Ein Schaltsignal wird von der Verstärkungsschaltungsantriebseinheit 50 an die Verstärkungsschaltung 51 gesendet und die Verstärkungsschaltung 51 verstärkt die Spannung der Batterie 41 und liefert die verstärkte Spannung an den hochseitigen Treiber 52.
Zusätzlich wird die Spannung, die von der Verstärkungsschaltung 51 verstärkt wird, zu der Verstärkungsschaltungsantriebseinheit 50 rückgekoppelt, und bestimmt die Treiber-IC 47, ob das Schaltsignal wieder an die Verstärkungsschaltung 51 gesendet werden soll.
Zusätzlich kann die von der Verstärkungsschaltung 51 verstärkte Spannung auch zu einem A/D-Wandler 45 des Mikrocomputers 44 rückgekoppelt werden und kann von der Kommunikationseinheit 46 in dem Mikrocomputer 44 auf Grundlage eines A/D-Wertes ein Signal an die Treiber-IC 47 gesendet werden.
Darüber hinaus kann der A/D-Wandler des Mikrocomputers 44 außer der verstärkten Spannung auch Signale von einem Kraftstoffdrucksensor, einem Temperatursensor und dergleichen zuführen und überwachen. Der Mikrocomputer 44 verfügt außerdem über einen Ein-/Ausgangsanschluss 42 zum Treiben einer externen Last und zur Überwachung von Signalen von außen.
Der hochseitige Treiber 52 kann auf Grundlage der Verstärkungsschaltung 51 und der Batterie 41 mit Energie versorgt werden und hat einen Treiber 52a, der von der verstärkten Spannung getrieben wird, und einen Treiber 52b, der von der Batteriespannung getrieben wird.
Die Treiberantriebseinheit 48 dient dazu, entsprechend den Treibersignalen (A und B) einen Stromfluss zu der Spulenlast 54 zu bewirken. Der tiefseitige Treiber 53 dient dazu, gemäß einem Treibersignal (C) von der Treiberantriebseinheit 48 einen Stromfluss von der Spulenlast 54 zu einem Massepotential zu bewirken.
Zusätzlich sind eine Stromerfassungsfunktion und eine Klemmspannungserfassungsfunktion unter Verwendung eines Shuntwiderstandes oder dergleichen in einem oder beiden des hochseitigen Treibers 52 und des tiefseitigen Treibers 53 vorgesehen und wird der Treiber durch Erfassung eines in dem Treiber und der Spulenlast 54 fließenden Stromwertes und Rückkoppeln des Stromwertes getrieben.
Darüber hinaus ist es auch möglich, Überstrom zu dem Treiber, einen Energieversorgungsfehler eines Anschlusses und einen Massefehler bei diesen Funktionen zu erfassen.
Hierin können die Verstärkungsschaltung 51, der hochseitige Treiber 52 und der tiefseitige Treiber 53 entweder innerhalb oder außerhalb der Treiber-IC 47 vorgesehen sein und kann die Treiber-IC 47 entweder als der Treiber oder als der Vortreiber verwendet werden.
Darüber hinaus kann die Verstärkungsschaltung 51 die verstärkte Spannung erzeugen, die an die Einspritzvorrichtungen aller Zylinder anzulegen ist, und kann die Anzahl von Verstärkungsschaltungen entsprechend der Anzahl der Zylinder geeignet ausgelegt sein, indem beispielsweise zwei Verstärkungsschaltungen für einen Sechszylindermotor vorgesehen werden, so dass sich drei Zylinder eine Verstärkungsschaltung teilen.
2 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Details der Verstärkungsschaltung 51. Beim Einschalten einer Gate-Spannung Vg eines Verstärkungs-FET 63 fließt ein Strom I von der Batterie 41 über den Shuntwiderstand 61, die Verstärkungsspule 62 und einen Verstärkungs-FET 63 zu einem Masseanschluss. Der Strom wird zu diesem Zeitpunkt von der Verstärkungsschaltungsantriebseinheit 50 als Spannung an dem Shuntwiderstand 61 erfasst und der Verstärkungs-FET 63 wird ausgeschaltet, wenn ein maximaler Sollstromwert erfasst wird. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom I durch eine gegenelektromotorische Kraft der Verstärkungsspule 62 zu einer Verstärkungsdiode 64. Ein Verstärkungs-Kondensator 65 dient dazu, die Erregerenergie der Verstärkungsspule 62 über eine Diode vorübergehend zu speichern.
Als nächstes wird der Verstärkungs-FET 63 wieder eingeschaltet, wenn der in dem Shunt-Widerstand 61 fließende Strom abnimmt, und steigt der Stromwert. Der kontinuierliche Stromfluss zu der Verstärkungsdiode 64 wird durch Wiederholung des vorstehend beschriebenen Vorgangs bewirkt und die Erregerenergie der Verstärkungsspule 62 wird in dem Verstärkungskondensator 65 gespeichert, wodurch die verstärkte Spannung erzeugt wird.
Zusätzlich ist eine Spannungsüberwachungsschaltung 66 vorgesehen, um die verstärkte Spannung zu überwachen, um bei niedriger Spannung eine Verstärkung auszuführen und die Verstärkung zu stoppen, wenn die Spannung einen vorgegebenen Wert erreicht.
Zusätzlich ist in der Verstärkungsschaltung 51 ein Thermistor 67 eingebaut, um den Verstärkungs-FET 63 vor Überhitzung zu schützen, und wird eine Temperatur des Verstärkungs-FET 63 durch Anlegen einer Spannung des Thermistors 67 an die Spannungsüberwachungsschaltung 66 überwacht.
Hierin kann die Spannungsüberwachungsschaltung 66 innerhalb oder außerhalb der Treiber-IC 47 vorgesehen sein.
Als Nächstes sind die Wellenformen des Verstärkungsvorgangs in 3 dargestellt. Wenn ein Gatesignal zum Einschalten des Verstärkungs-FET 63 Vg ist und eingeschaltet wird, sinkt eine Drainspannung Vd des Verstärkungs-FET 63 auf etwa 0V ab und steigt der Strom I. Erreicht der Strom I einen maximalen Sollstrom, wird das Gatesignal Vg des Verstärkungs-FET 63 ausgeschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt erreicht Vd einen Wert, der der verstärkten Spannung entspricht, und fließt der Strom I auf die Seite der Verstärkungsdiode 64 und wird in dem Verstärkungskondensator 65 gespeichert, aber der Stromwert selbst nimmt mit der Zeit ab. Der Verstärkungs-FET 63 wird wieder eingeschaltet, wenn der Stromwert einen minimalen Sollstrom erreicht, so dass der Verstärkungsvorgang so ausgeführt wird, dass der Strom I durch Wiederholung des vorstehend beschriebenen Vorgangs in einen vorgegebenen Bereich fällt. Dieser Vorgang wird so lange ausgeführt, bis die verstärkte Spannung einen Sollwert erreicht hat.
Der schraffierte Teil in der Zeichnung stellt im Übrigen elektrische Energie, die tatsächlich über die Verstärkungsdiode 64 in dem Verstärkungskondensator 65 gespeichert ist, dar und ist ein Strom, der zum Verstärken verwendet werden soll. Wenn dieser Vorgang ausgeführt wird, werden die Spannungs- und Stromwellenformen zum Zeitpunkt der Erzeugung der verstärkten Spannung wie in 3 dargestellt erreicht.
Da ein elektromagnetisches kraftstoffbetriebenes Ventil des Verbrennungsmotors so getrieben wird, dass es sich öffnet, wenn die Erregung der Spulenlast 54 gestartet wird, sinkt die verstärkte Spannung, bis ein Strom der Spulenlast 54 einen Maximalwert (Spitzenstromwert) erreicht. Dies ist dadurch bedingt, dass beim Öffnen des Einspritzventils die größte elektromagnetische Kraft benötigt wird, so dass der Treiber 52a eingeschaltet wird und die Spannung des Verstärkungskondensators 65 verwendet wird, bis der Strom der Spulenlast 54 den Spitzenstrom erreicht. Nach Abschluss des Öffnens des Einspritzventils genügt es, einen Ventilöffnungszustand mit der Spannung der Batterie 41 über den Treiber 52b aufrechtzuerhalten. Dadurch wird der Treiber 52a ausgeschaltet und die verstärkte Spannung nach Erreichen des Spitzenstroms nicht mehr verwendet, so dass die verstärkte Spannung durch Umschaltantrieb der Verstärkungsschaltung allmählich wiederhergestellt wird.
Die verstärkte Spannung steigt, da der Strom in dem Verstärkungskondensator fließt, wenn Vg ausgeschaltet ist, und die verstärkte Spannung steigt nicht, da Vg kein Strom zu dem Verstärkungskondensator fließt (sinkt durch natürliche Entladung leicht), wenn Vg eingeschaltet ist. Da der vorstehend beschriebene Vorgang wiederholt wird, wird die Verstärkung durch das Schalten von Vg so lange ausgeführt, bis die verstärkte Spannung den vorgegebenen Wert hat.
Im Übrigen kann ein Zeitpunkt zum Ausschalten des Treibers 52a bestimmt werden, indem erfasst wird, dass der Strom der Spulenlast 54 einen vorgegebenen Wert erreicht, oder indem erfasst wird, dass eine Periode, in der der Treiber 52a eingeschaltet ist, eine vorgegebene Zeit erreicht hat.
Im Übrigen wurde in 3 der Einfachheit halber die Wellenform des Verstärkungsvorgangs, der der einmaligen Einspritzung eines Kraftstoffeinspritzventils entspricht, beschrieben, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Im Allgemeinen ist der Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzventilen für jeden Zylinder versehen und wird eine verstärkte Spannung, die an die Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzventilen angelegt werden soll, von einer Verstärkungsschaltung erzeugt. Insbesondere beginnt, wenn das Kraftstoffeinspritzventil in dem Zylinder vorgesehen ist und während eines Verbrennungszyklus eine mehrstufige Einspritzung von Kraftstoff mehrmals ausgeführt wird, die Verwendung der verstärkten Spannung, bevor die verstärkte Spannung zu einem vorgegebenen Wert zurückkehrt, und überlappen sich Perioden der Zufuhr der verstärkten Spannung zu der Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzventilen gegenseitig, was zu einer komplizierteren Wellenform führt.
4 und 5 sind Zeichnungen zur Beschreibung der Ausführungsform kennzeichnender Teile der vorliegenden Erfindung. In 4 ist der Thermistor aus der Stromschaltung von 2 weggelassen, werden die Gatespannung Vg und die Ein-Spannung Vd des Verstärkungs-FET 63 stattdessen an die Spannungsüberwachungseinrichtung 66 angelegt und ist eine Bestimmungseinheit 68 für eine Lesespannung vorgesehen.
Da hierin die Gate-Spannung Vg unter Verwendung der Spannung der Batterie 41 erzeugt wird, kann die Spannung der Batterie 41 durch ein anderes Verfahren erlangt und als die Gate-Spannung Vg betrachtet werden.
Wenn die Gate-Spannung Vg unter Verwendung einer von der Energieversorgungs-IC 43 gelieferten vorgegebenen Spannung erzeugt wird, kann die vorgegebene Spannung als die Gate-Spannung Vg betrachtet werden.
Zusätzlich bedeutet die Ein-Spannung Vd eine Potentialdifferenz zwischen einem Drain- und einem Source-Anschluss des Verstärkungs-FET 63. Da man davon ausgeht, dass eine Potentialdifferenz zwischen einem Drain-Anschluss des Verstärkungs-FET 63 und dem Masseanschluss gleich der Ein-Spannung ist, wird ein Signal von dem Drain-Anschluss in die Spannungsüberwachungseinrichtung 66 zur Überwachung der Ein-Spannung Vd eingegeben.
Zusätzlich entsprechen der in der Problemlösung beschriebene Steueranschluss, Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss jeweils einem Gate-Anschluss, einem Drain-Anschluss und einem Source-Anschluss des Verstärkungs-FET 63.
Die Bestimmungseinheit 68 ist innerhalb oder außerhalb (in dem Mikrocomputer 44 oder dergleichen) der Treiber-IC 47 bereitgestellt. Die Temperatur des Verstärkungs-FET 63 wird durch Überwachung der Gate-Spannung Vg und der Ein-Spannung Vd (schraffierter Teil in 5) beim Einschalten des Verstärkungs-FET 63 berechnet.
Parameter zur Bestimmung der Ein-Spannung Vd des Verstärkungs-FET 63 sind hierin die Gate-Spannung Vg, ein Drain-Source-Strom beim Einschalten des FET und die Temperatur des Verstärkungs-FET 63. Das heißt, die Ein-Spannung Vd, die Gate-Spannung Vg, der Drain-Source-Strom und die Temperatur stehen in Zusammenhang.
Insbesondere steigt die Temperatur des Verstärkungs-FET 63 exponentiell mit zunehmendem Drain-Source-Strom.
Zusätzlich steigt die Ein-Spannung Vd proportional mit steigender Temperatur des Verstärkungs-FET 63. Das ist dadurch bedingt, dass der Ein-Widerstand des Verstärkungs-FET 63 sich in Abhängigkeit vom Temperaturverlauf des Verstärkungs-FET 63 ändert.
Außerdem sind die Gate-Spannung Vg und die Ein-Spannung Vd umgekehrt proportional zueinander.
Hierin wird der Strom I so gesteuert, dass er in den vorgegebenen Bereich, wie in 3 beschrieben, in der Verstärkungsschaltung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung fällt, was ein Beispiel für die vorliegende Erfindung ist. Das heißt, da ein Wert des Drain-Source-Stroms als Sollwert (bekannt) betrachtet werden kann, kann die Temperatur des Verstärkungs-FET 63 berechnet werden, wenn die Gate-Spannung Vg und die Ein-Spannung Vd überwacht werden können.
Wenn die Gate-Spannung Vg unter Verwendung der Spannung erzeugt wird, die von der Batterie 41 an die Treiber-IC geliefert wird, wie in 4 beschrieben, ist es hierin besonders wichtig, die Gate-Spannung Vg zu überwachen.
Der Wert der Ein-Spannung Vd ist im Übrigen sehr niedrig und wird dadurch in Abhängigkeit von einer Schwankungssituation der Gate-Spannung Vg manchmal kaum erfasst. Deshalb kann der Einstellbereich des Stromes I in 5 geändert werden, um den Drain-Source-Strom entsprechend der Spannung der Batterie 41 zu variieren.
Im Übrigen wird die Temperaturberechnung nicht notwendigerweise während einer Periode ausgeführt, in der der Strom I nicht in dem vorgegebenen Bereich liegt (z.B. in einer Periode, in der der Strom I zum ersten Mal nach Beginn des Verstärkungsvorgangs erhöht wird), selbst wenn der Verstärkungs-FET 63 eingeschaltet ist, da der Drain-Source-Stromwert außerhalb eines (bekannten) Sollwerts liegt. Es genügt z.B. zu erfassen, dass der Strom I zum ersten Mal nach dem Beginn des Verstärkungsvorgangs den maximalen Stromwert oder den minimalen Stromwert erreicht, dass der Verstärkungs-FET 63 zum ersten Mal nach dem Beginn des Verstärkungsvorgangs ausgeschaltet wird oder dergleichen.
6 zeigt eine Beziehung zwischen der Ein-Spannung Vd des Verstärkungs-FET 63 und der Gate-Spannung Vg in Bezug auf die Temperatur des Verstärkungs-FET 63, wenn der Drain-Source-Strom bekannt ist. Die Ein-Spannung nimmt mit steigender Gate-Spannung ab, die Ein-Spannung steigt in dieser Beziehung mit steigender Temperatur. Da diese Beziehung als eine Tabelle gespeichert ist, kann die Temperatur berechnet werden.
Im Übrigen kann die Tabellensuche nach der Temperatur unter Verwendung eines Werts ausgeführt werden, der durch Erfassung des Drain-zu-Source-Stroms unter Verwendung des Shunt-Widerstands 61 erhalten wird, aber nehmen eine Arbeitslast der Berechnung und die Kapazität der Tabelle zu, so dass es wünschenswert ist, den Drain-Source-Strom bekannt zu machen. Selbst wenn die Tabellensuche nach der Temperatur unter Verwendung eines Erfassungswerts des Drain-Source-Stromes erfolgt, kann der in der Verstärkungsschaltung 51 für eine andere Anwendung vorgesehene Shunt-Widerstand 61 auch für die Temperaturberechnung verwendet werden, so dass es möglich ist, eine Verkleinerung der Verstärkungsschaltung 51 zu realisieren.
Die Tabelle kann im Übrigen entweder in der Speichervorrichtung der Treiber-IC 47 oder in dem Mikrocomputer 44 gespeichert werden. Im Übrigen können Standardwerte der Kennlinie des Verstärkungs-FET 63 für die Berechnung der Tabelle verwendet werden, aber können auch Tabellen, die für jede Einheit unterschiedlich sind, unter Verwendung individueller Kenndaten von Komponenten des Verstärkungs-FET 63 eingegeben werden.
Zusätzlich kann die Temperatur durch eine vorgegebene Berechnung mit dem Mikrocomputer 44 statt durch die Tabellensuche berechnet werden. Selbst in diesem Fall ist es wünschenswert, den Drain-Source-Strom bekannt zu machen, um die Arbeitslast des Mikrocomputers 44 zu reduzieren.
7 ist eine Ansicht, die ein Steuerablaufdiagramm eines von dem Mikrocomputer 44 ausgeführten Prozesses oder eines von der Treiber-IC ausgeführten Prozesses darstellt.
Zunächst muss der Verstärkungs-FET 63 eingeschaltet werden (101) und zu diesem Zeitpunkt werden die Gate-Spannung Vg und die Ein-Spannung Vd des Verstärkungs-FET 63 von der Spannungsüberwachungsschaltung 66 überwacht (102).
Anschließend prüft die Bestimmungseinheit 68, ob die Ein-Spannung Vd gleich oder größer als ein Schwellenwert in Bezug auf die Gate-Spannung Vg ist (103) und führt der Mikrocomputer 44 die Steuerung aus, um die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen während eines Verbrennungszyklus zu verringern, die Erzeugung der verstärkten Spannung zu stoppen, die Anlegung der verstärkten Spannung zu unterbrechen, einen Maximalwert eines Erregerstroms der Spulenlast 54 des Kraftstoffeinspritzventils zu reduzieren und die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu begrenzen, wenn die Ein-Spannung den Schwellenwert überschreitet (105). Es ist möglich, eine Steuerung durchzuführen, um eine Ein-Zeit des Verstärkungs-FET 63 entweder direkt mit den vorstehend beschriebenen Prozessen oder indirekt durch Reduzierung der Frequenz der Anlegung der verstärkten Spannung zu reduzieren. Dann ist es möglich, den Verstärkungs-FET 63 vor Schäden durch Überhitzung zu schützen, ohne den Thermistor 67 zu verwenden, wie in 2 dargestellt. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Überhitzung anderer Elemente der Verstärkungsschaltung 51 zu verhindern, indem die Überhitzung des Verstärkungs-FET 63 verhindert wird.
Im Übrigen kann ein Fahrer aufgefordert werden, einen Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors einzuschränken oder ihn von einem Mechaniker reparieren zu lassen, indem der Fahrer über einen anormalen Zustand informiert wird, anstatt eine Überhitzungsschutzeinrichtung zu installieren (105). Diese ermöglicht es auch, einen Überhitzungszustand des Verstärkungs-FET 63 aufzulösen oder weitere Schäden zu vermeiden. Zusätzlich kann ein Temperaturberechnungswert des Verstärkungs-FET 63 als ein anormaler Wert aufgezeichnet werden.
Im Übrigen ist es möglich, die Diagnose mit hoher Genauigkeit durchzuführen, indem man die Anzahl der Erfassungszeiten einstellt (104), bevor die Überhitzungsschadensschutzsteuerung ausgeführt wird (105) zur Vermeidung von fehlerhaften Diagnosen.
Zusätzlich wird, obwohl die Ein-Spannung Vd in 7 in Bezug auf die Gate-Spannung Vg als die Temperatur des Verstärkungs-FET 63 berechnet wird, Temperaturinformation über eine Motorwassertemperatur, sonstige Temperaturerfassungselemente und dergleichen zusammen verwendet, um die Genauigkeit weiter zu verbessern.
Zusätzlich kann der Schwellenwert des Anomaliebestimmungsprozesses 103 in 7 für jede Einheit entsprechend einer Wärmewiderstandsgrenze jeder Komponente des Verstärkungs-FET 63 sowie der in 6 dargestellten Tabelle auf Grundlage der Kenndaten jeder Komponente des Verstärkungs-FET 63 kalibriert werden.
Im Übrigen wurde die Ausführungsform, in der der Thermistor 67 in 4 weggelassen wurde, beschrieben, wobei der Thermistor 67 zur Berechnung der Temperaturinformation durch redundante Verwendung einer Tabelle aus 6 gelassen werden kann. Zu dieser Zeit ist es möglich, die Temperaturinformation des Verstärkungs-FET 63 selbst oder der Verstärkungsschaltung 51, der Treiber-IC 47 und der Motorsteuereinheit 9 selbst unter Verwendung des Thermistors 67 direkt zu erfassen. Ferner können ein erfasster Wert des Thermistors 7 und ein berechneter Wert mit Bezugnahme auf die Tabelle in 6 verglichen werden, um mindestens einen dieser Werte als Anomalie zu bestimmen oder einen dieser Werte zu korrigieren.
Wenn die Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors hoch ist und mehrere Verstärkungsschaltungen vorgesehen sind, kann außerdem in einigen Verstärkungsschaltungen der Thermistor 67 vorgesehen sein und in den anderen Verstärkungsschaltungen kein Thermistor vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, die Größe und die Kosten der gesamten Verstärkungsschaltung zu reduzieren.
Zu dieser Zeit sind die Kolbenhubgeschwindigkeit für jeden Zylinder, ein Abtriebsdrehmoment, die Anzahl der Einspritzungen während eines Verbrennungszyklus und dergleichen in vielen Fällen die gleichen, so dass die Temperaturen der für die jeweiligen Verstärkungsschaltungen vorgesehenen Verstärkungs-FET eine gewisse Korrelation aufweisen. Dadurch kann selbst in diesem Fall mit Bezugnahme auf die Tabelle von 6 die Temperaturinformation in der Verstärkungsschaltung, die nicht mit dem Thermistor 67 versehen ist, berechnet werden, wobei ein erfasster Wert des Thermistors 67 und ein berechneter Wert mit Bezugnahme auf die Tabelle von 6 verglichen werden können, um mindestens einen dieser Werte als Anomalie zu bestimmen oder einen dieser Werte zu korrigieren. Wenn es mit Bezugnahme auf die Tabelle drei oder mehr erfasste Werte des Thermistors oder berechnete Werte gibt, ist es auch möglich, einen anormalen Wert durch eine Mehrheitsentscheidung festzulegen.
Obgleich die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am Beispiel der Verstärkungsschaltung für das Kraftstoffeinspritzventil des Verbrennungsmotors beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann z.B. zur Temperaturberechnung eines Schaltelements, das in einer Treiberschaltung einer anderen Spulenlast verwendet wird, oder zur Temperaturberechnung eines Schaltelements, das in einem Schaltregler verwendet wird, verwendet werden.
Wenn die vorliegende Erfindung auf eine Verstärkungsschaltung für einen Verbrennungsmotor angewendet wird, der mehrmals während eines Verbrennungszyklus eine mehrstufige Einspritzung von Kraftstoff ausführt, wird ein besonders großer Effekt in der Hinsicht erzielt, dass sich die Temperatur des Verstärkungs-FET in Abhängigkeit von einem Arbeitszustand, wie z.B. der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, stark ändert und ein Einbauraum der Verstärkungsschaltung (und der Motorsteuereinheit) in einem Motorraum eingeschränkt ist.
Bezugszeichenliste

9: Motorsteuereinheit
41: Batterie
42: Ein-/Ausgangsanschluss
43: Energieversorgungs-IC
44: Mikrocomputer
45: A/D-Wandler
46: Kommunikationseinheit
47: Treiber-IC
48: Treiberantriebseinheit
49: Kommunikationseinheit
50: Verstärkungsschaltungsantriebseinheit
51: Verstärkungsschaltung
52: hochseitiger Treiber
53: tiefseitiger Treiber
54: Spulenlast
61: Shuntwiderstand
62: Verstärkerspule
63: Verstärkungs-FET
64: Verstärkungsdiode
65: Verstärkungskondensator
66: Spannungsüberwachungsschaltung
67: Thermistor
68: Bestimmungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005337038 A [0003]

Claims

Steuerschaltung, die ein Schaltelement zwischen einem leitenden Zustand und einem nichtleitenden Zustand umschaltet, wobei die Steuerschaltung auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des Schaltelements und einer im leitenden Zustand an einen Steueranschluss des Schaltelements angelegten Spannung das Schaltelement steuert oder eine Temperatur des Schaltelements schätzt.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement in einer Verstärkungsschaltung verwendet wird, die eine Eingangsspannung verstärkt, wobei die Verstärkungsschaltung umfasst: eine Spule, die in Reihe mit einem Eingangsanschluss des Schaltelements angeordnet ist; und einen Verstärkungskondensator, der parallel zu dem Schaltelement angeordnet ist und Erregerenergie der Spule als eine verstärkte Spannung speichert, wenn sich das Schaltelement im nichtleitenden Zustand befindet, und die Steuerschaltung das Schaltelement so steuert, dass ein in der Spule fließender Strom in einen vorgegebenen Bereich fällt.
Steuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Verstärkungsschaltung eine Stromerfassungsschaltung umfasst, die in Reihe mit der Spule angeordnet ist, und die Steuerschaltung das Schaltelement so steuert, dass ein von der Stromerfassungsschaltung erfasster Stromwert in einen vorgegebenen Bereich fällt.
Steuerschaltung nach Anspruch 2, wobei eine Spannung einer Fahrzeugbatterie als die an das Schaltelement angelegte Spannung verwendet wird.
Steuerschaltung nach Anspruch 4, wobei das Schaltelement ein FET ist und der Steueranschluss ein Gate-Anschluss ist.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die verstärkte Spannung für den Ventilöffnungsantrieb eines elektromagnetischen Einspritzventils für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, und die Steuereinrichtung eine Steuerung zur Reduzierung einer Leitzeit des Schaltelements durch Reduzierung einer Zeit, die die verstärkte Spannung für den Ventilöffnungsantrieb verwendet wird, auf Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss und der im leitenden Zustand an den Gate-Anschluss angelegten Spannung ausführt.
Steuerschaltung nach Anspruch 6, wobei der Verbrennungsmotor so gesteuert wird, dass er während eines Verbrennungszyklus mehrmals Kraftstoff einspritzt, und die Steuereinrichtung eine Anzahl von Einspritzungen während eines Verbrennungszyklus des Verbrennungsmotors auf Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss und der im leitenden Zustand an den Gate-Anschluss angelegten Spannung reduziert.
Steuerschaltung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung mindestens eines von Stoppen eines Verstärkungsvorgangs der Verstärkungsschaltung, Stoppen der Verwendung der verstärkten Spannung für den Ventilöffnungsantrieb, Begrenzen eines Erregerstroms des elektromagnetischen Einspritzventils und Begrenzen der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss und der im leitenden Zustand an den Gate-Anschluss angelegten Spannung ausführt.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei das Schaltelement auf Grundlage einer Korrelation von der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss, der an den Gate-Anschluss angelegten Spannung, eines zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms und einer Temperatur des Schaltelements im leitenden Zustand gesteuert wird.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die Temperatur des Schaltelements auf Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss, der an den Gate-Anschluss angelegten Spannung und eines im leitenden Zustand zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss fließenden Stroms geschätzt wird.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die Steuerschaltung oder die Verstärkungsschaltung ein Temperaturerfassungselement umfasst, das eine Temperatur von mindestens einem des Schaltelements, der Verstärkungsschaltung und der Steuerschaltung erfasst, und die Steuerschaltung einen Schätzwert der Temperatur des Schaltelements auf Grundlage der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss und der im leitenden Zustand an den Gate-Anschluss angelegten Spannung berechnet und mindestens einen von einem ausgegebenen Wert des Temperaturerfassungselements und dem Schätzwert als Anomalie bestimmt oder einen von dem ausgegebenen Wert und dem Schätzwert auf Grundlage des ausgegebenen Werts und des Schätzwerts korrigiert.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die verstärkte Spannung für den Ventilöffnungsantrieb eines elektromagnetischen Einspritzventils für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, der Verbrennungsmotor eine Mehrzahl von Zylindern umfasst, die Verstärkungsschaltung jedes einer Mehrzahl von Schaltelementen umfasst, die der Mehrzahl von Zylindern entsprechen, und die Steuerschaltung einen Schätzwert einer Temperatur eines Schaltelements auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss des einen Schaltelements und einer in einem leitenden Zustand des einen Schaltelements von der Mehrzahl von Schaltelementen an einen Steueranschluss des einen Schaltelements angelegten Spannung berechnet und mindestens einen des Schätzwerts und eines Temperaturerfassungswerts oder eines Temperaturschätzwerts eines anderen Schaltelements von der Mehrzahl von Schaltelementen als eine Anomalie bestimmt oder einen des Schätzwerts und des Temperaturerfassungswerts oder des Temperaturschätzwerts auf Grundlage des Schätzwerts und des Temperaturerfassungswerts oder des Temperaturschätzwerts von einem anderen Schaltelement von der Mehrzahl von Schaltelementen korrigiert.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und einem Massepotential der FET gesteuert oder die Temperatur des FET geschätzt wird.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die Steuerschaltung eine Speichereinrichtung umfasst, wobei die Speichervorrichtung eine Tabelle speichert, in der eine Mehrzahl von Korrelationen zwischen der Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss, der an den Gate-Anschluss angelegten Spannung und einer Temperatur des Schaltelements im leitenden Zustand aufgezeichnet werden, und die Steuerschaltung auf Grundlage der Tabelle das Schaltelement steuert oder die Temperatur des Schaltelements schätzt.
Steuerschaltung nach Anspruch 5, wobei die Verstärkungsschaltung eine Stromerfassungsschaltung umfasst, die in Reihe mit der Spule angeordnet ist, und die Steuerschaltung die Temperatur des Schaltelements auf Grundlage eines von der Stromerfassungsschaltung erfassten Stromwerts schätzt.