DE19745389A1

DE19745389A1 - Elektromagnet-Einspritzvorrichtungstreiberschaltung

Info

Publication number: DE19745389A1
Application number: DE19745389A
Authority: DE
Inventors: Antone A James; Gihring D Kenneth; Davis W Errol
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 1998-04-16
Also published as: JPH10153141A; GB9718132D0; GB2318466B; US5717562A; GB2318466A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Elektro magnettreiberschaltung und insbesonderes auf eine ener giesparende Elektromagnettreiberschaltung, die die Lei stung wieder gewinnt, die normalerweise von dem Strom rückleitungspfad in einen herkömmlichen Elektromagnet treiber dissipiert wird.

Viele Arten von Betätigungsvorrichtungen verwenden Elek tromagneten, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches auf die Betätigungsvorrichtung wirkt und dadurch eine Bewe gung darin bewirkt. Beispiele von solchen Elektromag netbetätigungsvorrichtungen weisen Brennstoffeinspritz vorrichtungen, Ventilbetätigungsvorrichtungen und andere auf. Die Probleme, die mit der elektronischen Steuerung von Brennstoffeinspritzvorrichtungen assoziiert sind, sind typisch für die Probleme, die bei Steuerungen von anderen Arten von Elektromagnetbetätigungsvorrichtungen angetroffen werden. Die Probleme des im folgenden bespro chenen Stand der Technik, obwohl speziell Brennstoffein spritzvorrichtungen angesprochen werden, lassen sich breit auf Elektromagnetbetätigungsvorrichtungen allgemein anwenden.

Im Gebiet der elektronisch gesteuerten Brennstoffein spritzvorrichtungen ist es erforderlich, daß elektro magnetische Spulen bzw. Magneten vorgesehen werden, die zum Hochgeschwindigkeitsbetrieb fähig sind und die kon sistent oder durchgängig reproduzierbare Hubcharakteri stiken besitzen. Die Notwendigkeit eines Hochgeschwindig keitsbetriebes erfordert wenig Erklärung, wenn man sich vorstellt, daß ein Motor, der bei 2000 U/min arbeitet, erfordern könnte, daß Brennstoff in jeden Zylinder eines Mehr-Zylinder-Motors mit Intervallen von 10 Millisekunden eingespritzt wird, und daß der gesamte Einspritzimpuls bis zu einer Millisekunde- kurz sein könnte. Langsam wir kende Elektromagneten haben zur Folge, daß fehlerhafte Brennstoffmengen zu jedem Zylinder bei nicht ordnungsge mäßem Zeitsteuervorgehen geliefert werden, was nachteilig die Leistung des Motors beeinflussen kann.

Ein Hochgeschwindigkeits-Elektromagnetbetrieb ist offen sichtlich eine absolute Notwendigkeit, jedoch ist die Notwendigkeit von konsistent bzw. durchgängig reprodu zierbaren Hubcharakteristiken eine weniger offensicht liche, jedoch gleichfalls wichtige Anforderung. Ein re produzierbarer Elektromagnethub sieht die präzise Steu erung vor, die benötigt wird, um einen maximalen Brenn stoffwirkungsgrad, eine Leistungsausgabe und Motorlebens dauer zu erhalten und verbessert auch Abgasemissionen. Diese Vorteile ergeben sich aus der Tatsache, daß die Brennstoffmenge, die in einen Zylinder eingespritzt wird, typischerweise durch die Zeitdauer gesteuert wird, für die die Brennstoffeinspritzvorrichtung in einer offenen Konfiguration gehalten wird. Um den Motor genau zu steu ern muß eine feste Spannung, die an den Elektromagneten für eine festgelegte Zeitdauer angelegt wird, zur Folge haben, daß der Elektromagnet die Einspritzvorrichtung für eine im wesentlichen standardmäßige Zeitdauer öffnet, um dadurch eine vorgewählte Standardbrennstoffmenge zu lie fern. Sobald die Beziehung zwischen Spannung, Zeit und Brennstoffmenge eingerichtet worden ist, sollte sie kon stant während der nützlichen Lebensdauer bzw. der Ge brauchslebensdauer der Vorrichtung bleiben. Daher kann eine Brennstoffeinspritzelektromagnetsteuerung eine vor teilhafte Steuerung des Motorbetriebes bei dem gesamten Bereich von Motordrehzahlen liefern, und zwar durch Lie fern einer regulierten Spannung für eine veränderliche Zeitdauer. Typischerweise ist die Anstiegszeit des Strom flusses durch den Elektromagneten eine Funktion der ange legten Spannung. Die Reproduzierbarkeit der Hubcharakte ristiken gegenüber dem Steuersignal, welches an den Elek tromagneten angelegt wird, verbessert sich mit höheren Spannungen, die an den Elektromagneten angelegt werden. Jedoch erfordern höhere Spannungen typischerweise Hoch spannungsversorgungen, die zu den Kosten der gesamten Treiberschaltung hinzukommen bzw. beitragen.

Weiter ist im Betrieb des Brennstoffeinspritzsystems ei nes Mehr-Zylinder-Motors, ein Brennstoffeinspritzelektro magnet für jeden Motorzylinder vorgesehen und muß für je den Kompressions- bzw. Verdichtungshub des entsprechenden Motorzylinders erregt und entregt werden. Typischerweise wird die in den Elektromagneten gespeicherte Energie in Hitze umgewandelt, und zwar durch eine Dioden-Wi derstands-Kombination, die in den Rückleitungs- bzw. Fly back-Strompfad von jedem Elektromagneten angeordnet ist. Die Größe der in dieser Weise abgeleiteten Energie ist beträchtlich und hat direkt eine Steigerung der Kosten des Systems zur Folge. Die Hitze, die durch die Auslaß- bzw. Entladungselektromagneten erzeugt wird, ver schlimmert das Problem der Wärmedissipation in einer schon thermisch feindlichen Umgebung. Zusätzliche Mittel müssen vorgesehen werden, um die übermäßige Wärme zu ent fernen, um die Zuverlässigkeit der elektronischen Hard ware beizubehalten. Eine gesteigerte Wärmedissipa tionsfähigkeit ist ein direkt meßbarer Kostenpunkt. Zu sätzlich ist eine beträchtlich größere Leistungserzeu gungsfähigkeit notwendig, als es wäre, wenn ein Teil der gespeicherten Energie wiedergewonnen werden könnte.

Das US-Patent 4 604 675, ausgegeben an Pflederer, spricht einige der obigen Nachteile an, die mit Elektromagnet treibern des Standes der Technik assoziiert sind. Jedoch eliminiert auch die bei Pflederer offenbarte Vorrichtung nicht vollständig die Erfordernis einer zugeordneten Hochspannungsversorgung, um die Einspritzelektromagneten anzutreiben. Darüber hinaus gewinnt die Vorrichtung bei Pflederer nur teilweise die in der Elektromagnetspule ge speicherte Energie wieder. Die Vorrichtung gewinnt nur Energie wieder, die in den Elektromagnetspulen während des Übergangs vom Einzugs- zum Halte-Strompegel gespei chert wird, und vom Haltepegel auf Null. Während Zeiten, wenn die Vorrichtung Strom moduliert, um die gewünschten Einzugs- und Halte-Strompegel zu halten, wird Energie einfach durch den Flyback- bzw. Rückleitungsstrompfad dissipiert.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der Nachteile zu überwinden, die mit dem oben dargelegten Stand der Technik assoziiert sind.

Es ist ein Ziel eines Aspektes der vorliegenden Erfin dung, eine Elektromagnettreiberschaltung vorzusehen, die die Vorteile eines Hochspannungs-Elektromagnettreibers vorsieht, während sie viele der Schaltungskomponenten der Hochspannungs-Leistungsversorgung eliminiert, die tradi tionellerweise mit solchen Hochspannungs-Elektromagnet treibern assoziiert sind.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Elektromagnettreiber vorzusehen, der Elektromagnet spulenenergie (Rück-EME) wieder einfängt, wenn die Lei stung von der Elektromagnetspannung getrennt wird.

Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung werden beim Lesen der detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen of fensichtlich.

Fig. 1 veranschaulicht eine schematische Darstellung ei nes typischen Elektromagnettreibers, der im Stand der Technik bekannt ist;

Fig. 2 veranschaulicht eine schematische Darstellung ei nes bevorzugten Ausführungsbeispiels der Elektro magnettreiberschaltung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 veranschaulicht ein allgemeines Zeitsteuerdiagamm für einen Initialisierungsbetriebszustand bzw. In itialisierungsmodus, der in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und

Fig. 4a und 4b veranschaulichen ein allgemeines Zeitsteu erdiagramm für einen normalen Betriebszustand bzw. -modus, der in Verbindung mit einem Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 5 veranschaulicht ein Diagramm einer zweistufigen Stromwellenform.

Das Folgende ist eine detaillierte Beschreibung des be sten Ausführungsweges eines bevorzugten Ausführungsbei spiels der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfin dung bezieht sich auf eine Steuerung zur Anwendung mit Ein/Aus-Elektromagnetbetätigungsvorrichtungen. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel in Verbindung mit Elektro magnetbetätigungsvorrichtungen beschrieben wird, die in Brennstoffeinspritzvorrichtungen verwendet werden, be sitzt es Anwendungen außerhalb dieser Technik. Insbeson dere ist die vorliegende Erfindung vorteilhaft bei jenen Betätigungsvorrichtungsanwendungen, wo es wichtig ist, die Stromanstiegszeit durch die Elektromagnetspule zu steuern. Diese Anwendungen erfordern typischerweise eine Hochspannungsversorgung, um die Dauer der anfänglichen Anstiegszeit zu senken.- Die vorliegende Erfindung sieht eine Hochspannungsversorgung vor, ohne eine zugeordnete Hochspannungs-Leistungsversorgungsschaltung aufzuweisen.

Somit ist die Erfindung, obwohl ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Brennstoffeinspritzuvorrichtungen beschrieben wird, nicht auf die eine hier beschriebene Anwendung einge schränkt. Im Gegenteil umfaßt die vorliegende Erfindung alle alternativen Ausführungsbeispiele und äquivalente Ausführungen, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein schematisches Schaltungsdia gramm einer Hochspannungs-Brennstoffeinspritzvorrich tungs-Elektromagnettreiberschaltung 10 gezeigt. Die Trei berschaltung 10 weist im allgemeinen eine Hochspannungs- Leistungsversorgung 15 auf, die in der Zeichnung allge mein als Wandler, insbesondere Boost- bzw. Hoch-Wandler 20 gezeigt ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, weist ein Boost- bzw. Hoch-Wandler 20 im allgemeinen einen Induktor bzw. eine Spule 25 auf, die mit einer Niederspannungs- Leistungsversorgung verbunden ist, die bei Motoranwen dungen typischerweise eine Batteriespannung 30 ist. Ein Schalter 35 ist in Serie mit der Spule 25 mit Erde 40 verbunden. Die Anode einer Diode 45 ist mit der Spule 25 und dem Schalter 35 verbunden. Die Kathode der Diode 45 ist mit einem Hochspannungs-Kondensator 50 verbunden, und die Kondensatorspannung wird gesteuert durch Abfühlen der Spannung am Kondensator durch den Spannungssensor 55. Ty pischerweise wird der Spannungssensor einen Spannungs teiler oder eine andere ähnliche Vorrichtung aufweisen, um die Kondensatorspannung zu skalieren, und zwar geeig net für eine elektronische Steuervorrichtung oder eine andere Meßvorrichtung, die das Spannungssignal empfängt.

Wie dem Fachmann bekannt, erzeugt der Boost- bzw. Hoch- Wandler 20 eine Hochspannungs-Ausgangsgröße auf der Lei tung 60 (d. h. die Spannung, die im Hochspannungs-Konden sator 50 gespeichert ist), und zwar durch Modulieren des Schalters 35 zwischen einer offenen und einer ge schlossenen Position. Wie dem Fachmann bekannt, erzeugt das Stoppen eines Stromflusses durch eine Spule (Induk tivität) ein Spannungspotential, welches als Rück-EMF be kannt ist. Ein Boost-Wandler wie der in Fig. 1 gezeigte, zieht Vorteil aus der Spannung zur Ladung des Konden sators 50 auf einen höheren Spannungspegel als die Span nungsausgangsgröße der Niederspannungs-Leistungsver sorgung, in diesem Fall die Batterie 30. Somit wird in Fig. 1 eine (nicht gezeigte) elektronische Steuervorrich tung oder andere Vorrichtung typischerweise ein Span nungssignal aufzeichnen bzw. überwachen, welches vom Spannungssensor 55 erzeugt wird, welches das Spannungsni veau auf der Leitung 60 anzeigt, und wird die Modulation des Schalters 35 steuern, um eine Spannung an der Spule bzw. Induktivität zu erzeugen, und zwar zu Zeiten, wenn der Schalter geöffnet ist. Die Kondensatorspannung wird überwacht und die Spule 25 wird verwendet, um den Konden sator 50 wiederholt zu laden, um die Spannungsausgangs größe auf dem gewünschten Spannungspegel zu halten.

Eine typische Brennstoffeinspritzvorrichtungs-Elektromag netsteuerschaltung 65 ist im allgemeinen in Fig. 1 mit Bezug auf den Boost-Wandler 20 gezeigt. Obwohl in Fig. 1 eine einzige Einspritzvorrichtungs-Elektromagnetsteuer schaltung 65 gezeigt ist, sind zusätzliche solche Schal tungen typischerweise parallel vorgesehen, wobei jede Schaltung eine einzelne Einspritzvorrichtung steuert. So mit gibt es in einem Sechs-Zylinder-Motor typischerweise sechs solcher Schaltungen. Bei der Steuerschaltung 65 ist ein Wählschalter 70 vorgesehen, der bei Anwendungen ver wendet wird, die mehr als eine Einspritzvorrichtung auf weisen, um zu bestimmen, welcher der Einspritzvorrich tungselektromagneten erregt werden wird. Der Wählschalter 70 ist in Reihe mit der Elektromagnetspule 75 verbunden, die wiederum mit Erde 40 durch einen Modulationsschalter 80 verbunden ist. Der Modulationsschalter 80 wird durch eine elektronische Steuervorrichtung gesteuert, um den Stromfluß durch die Elektromagnetspule 75 zu steuern, und zwar durch Steuerung der Zeitdauer, für die die Spannung auf der Leitung 60 an der Elektromagnetspule 75 angelegt wird. Wenn der Modulationsschalter 80 sich öffnet, wird Strom durch die Spulenwiderstands- und Flyback-Diode 85 dissipieren, durch die Spule 75 und geringfügig den Kon densator 50 wieder aufladen. Somit wird die Stromabfall rate eine Funktion des Widerstandes der Elektromagnet spule 75 und des Spannungsabfalls an der Diode 85 sein.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist ein schematisches Schaltungsdia gramm des besten Ausführungsweges eines bevorzugten Aus führungsbeispiels der Elektromagnettreiberschaltung 200 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Fig. 2 veranschau licht die Implementierung bzw. Einrichtung eines bevor zugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer ein zelnen Elektromagnetspule. Die vorliegende Erfindung je doch ist nicht auf die Anwendung mit einer einzelnen Spu le eingeschränkt. Im Gegenteil kann die vorliegende Elek tromagnettreiberschaltung zusätzliche Elektromagnetspulen parallel mit der einen in Fig. 2 gezeigten, aufweisen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel würde jede Elektro magnetspule vorzugsweise mit einem gemeinsamen Wählschal ter 240 verbunden werden, mit einer gemeinsamen ersten Diode 280 und ihrem eigenen Modulationsschalter 260. Der Modulationsschalter 260 wird dann selektiv aktiviert, um zu bezeichnen, welche der Elektromagnetspulen erregt wird. Wie aus der Zeichnung zu sehen, sind viele der Kom ponenten der Hochspannungs-Leistungsversorgung 15 der Fig. 1 eliminiert worden. Trotzdem erreicht die Elektro magnettreiberschaltung 200, wie unten genauer beschrie ben, die Vorteile der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, ohne viele der zugeordneten Komponenten der Hochspannungs-Ver sorgungsschaltung zu erfordern. Beispielsweise sind die zugeordnete Spule bzw. Induktivität 25, der Schalter 35 und die Diode 45 nicht in der Schaltung der Fig. 2 erfor derlich.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Elektromagnettreiber schaltung 200 gesteuert durch ein elektronisches Steuer modul (ECM = electronic control module) 210. In einem be vorzugten Ausführungsbeispiel weist das elektronische Steuermodul einen Mikroprozessor Modell MC68HC11 auf, und zwar hergestellt von Motorola, Inc., Schaumburg, Illi nois. Wie dem Fachmann bekannt, gibt es Signalkonditio nierungs-, Schnittstellen- und Leistungsschaltungen unter anderen Standardschaltungen, die mit der Anwendung eines solches Mikroprozessors assoziiert sind. Ein Fachmann könnte leicht und einfach solche Standardschaltungen in Verbindung mit einem geeigneten Mikroprozessor implemen tieren, und zwar ohne übermäßiges Experimentieren. Obwohl ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung den oben bezeichneten Mikroprozessor aufweist, können viele andere geeignete Mikroprozessoren in Ver bindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Sensoren 220 sind als mit dem elektronischen Steuermodul verbunden gezeigt. Diese Sensoren 220 können beispiels weise im vorliegenden Ausführungsbeispiel folgendes auf weisen: einen Motordrehzahlsensor, einen Kurbelwellenpo sitionssensor, einen Drosselpositionssensor und verschie dene Schalter, die die Anwendung eines Tempomaten, eines PTO und andere Funktionen steuern. Bei anderen Elektro magnettreiberanwendungen als Brennstoffeinspritzvorrich tungen können Sensoreingangsgrößen empfangen werden. Das elektronische Steuermodul 210 empfängt diese verschiede nen Signale und berechnet eine gegenwärtige Befehlsspan nung, die einem gewünschten Strompegel entspricht. Die Elektromagnettreiberschaltung 200 steuert dann den Strom auf den gewünschten Pegel. Das elektronische Steuermodul 210 berechnet auch die Zeit, wann das Strombefehlssignal ausgegeben wird, und zwar basierend auf den verschiedenen Sensoreingangsgrößen. Bei Motoranwendungen wird die Zeit steuerung und die Dauer des Brennstoffeinspritzsignals in Verbindung mit den speziellen Motorhardware- bzw. Motor komponentenkonfigurationen bestimmt, die verwendet wer den. Solche Berechnungen sind dem Fachmann bekannt und liegen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Somit werden solche Berechnungen hier nicht weiter er klärt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte das elektronische Steuermodul 210 das Strombefehlssignal von einer weiteren Komponente empfangen. Eine vollständi ge Beschreibung der Elektromagnettreiberschaltung anspre chend auf den Strombefehl wird unten mit Bezug auf Fig. 3 und Fig. 4a-b beschrieben.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das elektronische Steuermodul 210 mit einem Wählschalter 240, einem Hochspannungs-Wahl schalter 250 und einem Modulationsschalter 260 verbunden und steuert das Öffnen und Schließen davon. In der Zeich nung sind diese Schalter als ideale Schalter gezeigt. Je doch weisen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die se Schalter MOSFETS (Metalloxid-Feldeffekttransistoren) auf, um den Fluß des Stromes gemäß eines Befehls vom elektronischen Steuermodul 210 zu steuern. Obwohl ein be vorzugtes Ausführungsbeispiel Feldeffekttansistoren ver wendet, können andere Stromsteuervorrichtungen, wie bei spielsweise Relais oder andere Arten von Transistoren - verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfin dung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, ab zuweichen.

Der Wählschalter 240 ist zwischen einer Niederspannungs- Quelle, die in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Batteriespannung 270 ist, und einer ersten Diode 280 ver bunden. Die erste Diode 280 ist mit einer Verbindung 290 verbunden, die einen Anschluß des Hochspannungs-Wähl schalters 250 aufweist, die Kathode einer zweiten Diode 300 und einen Anschluß der Elektromagnetspule 230. Der zweite Anschluß des Hochspannungs-Wählschalters 250 ist mit der Kathode einer dritten Diode 310 und mit einem Spannungssensor 320 verbunden. Der Spannungssensor 320 ist mit einem Hochspannungs-Kondensator 330 verbunden, der mit Erde 350 verbunden ist. In einem bevorzugten Aus führungsbeispiel weist der Spannungssensor 320 einen Spannungsteiler oder eine ähnliche Vorrichtung oder Schaltung auf, um die Spannung am Hochspannungs-Kondensa tor 330 zu skalieren, und zwar auf einen geeigneten Pegel für einen Analog/Digital-Wandler 340, der dann das ana loge Spannungssignal in einen entsprechenden Digitalwert umwandelt, der vom elektronischen Steuermodul 210 zu le sen ist.

Das elektronische Steuermodul 210 ist auch mit einem er sten Stromsensor 360 verbunden. In einem bevorzugten Aus führungsbeispiel ist der erste Stromsensor 360 in Reihe mit dem Modulationsschalter 260 und mit Erde 350 angeord net. Der erste Stromsensor 360 erzeugt ein Stromsignal am Verbinder 361. Ein zweiter Analog/Digital-Wandler 370 empfängt das Stromsignal und wandelt das analoge Stromsi gnal in einen Digitalwert um, der dann vom elektronischen Steuermodul 210 gelesen wird. Obwohl die Zeichnung den Analog/Digital-Wandler 340 und den zweiten Ana log/Digital-Wandler 370 als getrennt zeigt, sei bemerkt, daß diese beiden Funktionen typischerweise in einer ein zigen elektrischen Komponente kombiniert werden, bei spielsweise in einem Vier-Kanal-A/D-Wandler. Obwohl dar über hinaus ein Analog/Digital-Wandler 370 in Fig. 2 ge zeigt ist, könnten andere Arten von Schnittstellenkom ponenten oder -schaltungen eingesetzt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er von den beige fügten Ansprüchen definiert wird. Das elektronische Steu ermodul 210 ist vorzugsweise mit einem zweiten Strom sensor 380 durch einen dritten Analog/Digital-Wandler 390 verbunden. Typischerweise wird der dritte Analog/Digital- Wandler in dem Vier-Kanal-A/D-Wandler oder einer ähnli chen oben beschriebenen Komponente vorgesehen sein.

Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel einen zweiten Stromsensor 380 aufweist, kann ein alternatives Ausfüh rungsbeispiel, welches den zweiten Stromsensor 380 eli miniert bzw. nicht benötigt, verwendet werden, während man noch die Vorteile der vorliegenden Erfindung er reicht. Eine solche Vorrichtung fällt in den Umfang der beigefügten Ansprüche. Wie unten genauer beschrieben, ist der zweite Stromsensor 380 nötig, damit das elektronische Steuermodul 210 den Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 genau zu jeder Zeit abfühlen kann. Wenn beispielswei se das elektronische Steuermodul 210 bewirkt, daß sich der Modulationsschalter 260 öffnet, wird ein durch die Elektromagnetspule 230 fließender Strom nicht weiter durch den Stromsensor 360 fließen. Somit wird der Strom sensor 360 ein Stromsignal erzeugen, welches ungefähr ei nen Stromfluß von Null durch die Elektromagnetspule 230 anzeigt. Wenn sich jedoch der Modulationsschalter 260 öffnet, wird der Strom weiter durch den Flyback- bzw. Rückflußpfad fließen, und zwar allgemein dargestellt durch den mit A in Fig. 2 bezeichneten Pfeil. Wenn somit der Modulationsschalter 260 geöffnet ist, wird der zweite Stromsensor 380 den Rückflußstrom abfühlen und ein Signal erzeugen, welches diesen Strom anzeigt. Das Stromsignal vom zweiten Stromsensor 380 wird gestatten, daß das elek tronische Steuermodul den Stromfluß durch die Elektromag netspule 230 abfühlt, wenn der Modulationsschalter 260 offen ist.

Bei manchen Anwendungen jedoch kann es möglich sein, den zweiten Stromsensor 380 zu eliminieren bzw. wegzulassen. In diesen Anwendungen ohne den zweiten Stromsensor 380 kann das elektronische Steuermodul 210 nicht den tatsäch lichen Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 abfüh len, wenn der Modulationsschalter 260 offen ist. Jedoch durch Berechnung oder andere Annäherung der Rate, mit der der Strom durch die Spule und den assoziierten Rückfluß pfad (Pfeil A) abnimmt, kann das elektronische Steuer modul die geeignete Zeit annähern, wann der Modulations schalter 260 offen gehalten werden sollte, bevor er wie der angeschaltet wird, um einen gewünschten Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 zu halten. Dieses al ternative Ausführungsbeispiel könnte verwendet werden, um sich der Leistung der Vorrichtung der Fig. 2 anzunähern, während man die Erfordernis des zweiten Stromsensors 830 eliminiert.

Es gibt verschiedene Betriebsarten der Elektromagnettrei berschaltung 200. Die erste Betriebsart bzw. der erste Modus ist ein Initialisierungsmodus. Die Elektromagnet treiberschaltung 200 muß immer dann initialisiert werden, wenn der Elektromagnettreiber von der Niederspannungs- Batterieversorgung für eine längere Zeitperiode getrennt gewesen ist, oder wenn der Kondensator in anderer Weise unter einer gewünschten Spannung entladen worden ist. In diesem Fall muß das elektronische Steuermodul vor dem Ausgeben eines Strombefehls das System initialisieren, um den Kondensator 330 zu laden. Der zweite Betriebszustand ist ein normaler Betriebszustand.

I. Initialisierungsbetriebszustand

Das elektronische Steuermodul 210 wird einen Initialisie rungsbetriebszustand beginnen, wenn der Spannungspegel des Kondensators 330, wie er vom Spannungssensor 320 ge messen wird, unter einem Toleranzwert einer gewünschten bzw. Soll-Kondensatorspannung V_capp fällt. Wenn somit der Kondensatorspannungspegel geringer ist als die gewünschte Spannung V_capp minus dem Toleranzwert, dann wird das elektronische Steuermodul 210 eine Initialisierungsse quenz beginnen.

Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein Zeitsteuerdiagramm des Ini tialisierungsbetriebszustandes gezeigt, welches die all gemeine Zeitsteuerbeziehung zwischen den verschiedenen elektrischen Strömen, Spannungen und Signalen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung aufweist. Wie in Fig. 3 gezeigt, beginnt der Kon densatorspannungspegel 450 unter dem Spannungspegel V_capp- (Tol), was auftreten kann, wenn die Elektromagnettrei berschaltung 200 zuerst bzw. das erste Mal nach einer Pe riode angeschaltet wird, in der sie nicht verwendet wor den ist. Das elektronische Steuermodul 210 gibt ein Be fehlssignal auf einem zweiten Spannungspegel V₂ aus, und zwar entsprechend einem gewünschten Elektromagnetstrom I₁. Wie oben bemerkt, bezieht sich die vorliegende Erfin dung allgemein auf An/Aus-Elektromagnetbetätigungs vorrichtungen im Gegensatz zu Proportionalelektromagnet betätigungsvorrichtungen. In einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel ist der gewünschte Elektromagnetstrom I₁ geringer als die Elektromagnetspule 230 erfordert, um zu bewirken, daß sich die Betätigungsvorrichtung in die "An"-Position bewegt. Wie in der Figur gezeigt, ergeht zur Zeit T₁ das Stromsteuersignal 400 auf den zweiten Spannungspegel V₂, und zwar entsprechend einem gewünsch ten Strompegel I₁. Das elektronische Steuermodul 210 er zeugt auch ein erstes Steuersignal 420 auf einem elek trischen Verbinder, der mit dem Wählschalter 240 verbun den ist, wodurch bewirkt wird, daß sich der Schalter schließt. Das elektronische Steuermodul 210 erzeugt auch ein drittes Steuersignal 440 auf dem elektrischen Ver binder, der mit dem Modulationsschalter 260 verbunden ist, was bewirkt, daß sich der Modulationsschalter 260 schließt. Als eine Folge ist die Batteriespannung 270 verbunden mit der Elektromagnetspule 230, wodurch bewirkt wird, daß Strom durch die Spule 230 fließt. Wie in Fig. 3 gezeigt, steigt der Stromfluß durch die Elektromagnetspu le 230, bis der Strompegel einen ersten vorbestimmten Strompegel I₁ erreicht.

Das elektronische Steuermodul 210 überwacht das Strom signal, welches vom Stromsensor 360 auf dem Verbinder 361 erzeugt wird. Wenn der Strom durch die Elektromagnetspule I₁ erreicht, unterbricht das elektronische Steuermodul 210 das dritte Steuersignal 440 bzw. setzt es nicht fort, wodurch bewirkt wird, daß sich der Modulationsschalter 260 öffnet. Die Elektromagnetspule 230 erzeugt einen Rück-EMF, was bewirkt, daß Strom weiter entlang eines Pfades fließt, der vom Pfeil A in Fig. 2 gezeigt wird, und zwar durch die dritte Diode 310, den zweiten Strom sensor 380, den Spannungssensor 320 und den Hochspan nungs-Kondensator 330 lädt. Wenn der Kondensator 330 lädt, sinkt der Strompegel durch die Elektromagnetspule 230. Das elektronische Steuermodul 210 überwacht das Stromsignal, welches vom Stromsensor 380 erzeugt wird, und wenn das Stromsignal einen Stromfluß durch die Elek tromagnetspule 230 anzeigt, der geringer ist als ein zweiter vorbestimmter Strompegel I₂, erzeugt das elektro nische Steuermodul das dritte Steuersignal 440, wodurch bewirkt wird, daß sich der Modulationsschalter 260 schließt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zweite vorbestimmte Strompegel I₂ um eine vorgewählte Toleranz niedriger als der erste vorbestimmte Pegel I₁. Das elektronische Steuermodul 210 moduliert danach die Erzeugung des dritten Steuersignals, wodurch bewirkt wird, daß der Modulationsschalter 260 moduliert, und zwar zwischen einer offenen Position, wenn der Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 den ersten vorbestimmten Pegel I₁ überschreitet, und einer geschlossenen Position, wenn der Strom durch die Elektromagnetspule 230 geringer ist als der zweite vorbestimmte Strompegel I₂. In dieser Wei se moduliert der Strom durch die Elektromagnetspule, und zwar zwischen den Strompegeln des ersten vorbestimmten Pegels I₁ und des zweiten vorbestimmten Strompegels I₂, während das Strombefehlssignal auf dem Spannungspegel V₂ ist.

Das elektronische Steuermodul 210 moduliert weiter den Strom zwischen dem ersten vorbestimmten Pegel I₁ und dem zweiten vorbestimmten Strompegel I₂, bis der Spannungs pegel am Kondensator 330 den gewünschten Spannungspegel V_capp des Kondensators 330 überschreitet. Wenn der Kon densator auf dem gewünschten Spannungspegel V_capp geladen ist, dann geht das Befehlssignal auf Null zum Zeitpunkt T₂. Das elektronische Steuermodul 210 hört auf, sowohl das erste Steuersignal 420 als auch das dritte Steuer signal 440 zu erzeugen, und als eine Folge sind der Wähl schalter 240 und der Modulationsschalter 260 in einer of fenen Position. Die Spannung, die aus dem Rück-EMF in der Elektromagnetspule 230 resultiert, bewirkt, daß der Strom weiter fließt und verwendet wird, um den Hochspannungs- Kondensator 330 zu laden. In dieser Weise nimmt der Strom durch die Elektromagnetspule 230 ab, und zwar von den Strompegeln, die durch die Modulation des Stroms zwischen dem ersten vorbestimmten Pegel I₁ und dem zweiten vorbe stimmten Strompegel I₂ bestimmt wird, und zwar auf Null.

Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Batteriespannung 270 verwendet, um Strom an die Elektromagnetspule 230 zu liefern, und zwar während der Modulation des Stroms zwischen dem ersten vorbe stimmten Pegel I₁ und dem zweiten vorbestimmten Strompe gel I₂, und da die vom Rück-EMF der Elektromagnetspule 230 erzeugte Spannung verwendet wird, um den Hochspan nungs-Kondensator 330 zu laden, ist das System 200 fähig, den Kondensator 330 auf einen gewünschten Spannungspegel V_capp zu laden, und den Kondensator auf dem gewünschten Spannungspegel V_capp zu halten, und zwar ohne die zuge ordneten bzw. extra vorgesehenen Hochleistungs-Versor gungskomponenten des Standes der Technik. Der gewünschte Spannungspegel V_capp ist vorzugsweise eine höhere Span nung als die Spannung der Batterie 270, um eine verbes serte Ansprechzeit und verbesserte Wiederholbarkeit zu erreichen. Da auch die Strompegel I₁ und I₂ geringer sind als erforderlich ist, damit sich die Einspritzvorrichtung öffnet, wird durch diese Signale kein Brennstoff einge spritzt. Statt dessen wird die Einspritzvorrichtungs-Elek tromagnetspule als eine Energiespeichervorrichtung ver wendet, um den Hochspannungskondensator zu laden.

II. Normaler Betriebszustand

Das elektronische Steuermodul 210 arbeitet im normalen Betriebszustand, sobald es überprüft hat, daß der Span nungspegel am Hochspannungs-Kondensator 330, wie er vom Spannungssensor 320 gemessen wird, innerhalb der vorbe stimmten Toleranz (Tol) des gewünschten Spannungspegels V_capp ist. Mit Bezug auf Fig. 4 ist ein repräsentatives Zeitsteuerdiagramm für ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel des Elektromagnettreibers 200 der vorliegenden Er findung gezeigt, wie er in seinem normalen Betriebs zustand arbeitet. Die Zeichnung zeigt unter anderem Strompegel, Spannungspegel und Signale, die Beziehung zwischen einem repräsentativen Strombefehlssignal 500 und dem Elektromagnetstrom 510. Bis zu einem Zeitpunkt T₁ geht das Strombefehlssignal 500 auf einen vorbestimmten Spannungspegel V₁ entsprechend einem dritten gewünschten Strompegel I₃. Wenn das elektronische Steuermodul 210 das Befehlssignal 500 erzeugt, erzeugt das elektronische Steuermodul 210 auch ein zweites Steuersignal 530 auf ei nem elektrischen Verbinder, der mit dem Hochspannungs- Wählschalter 250 verbunden ist, wodurch bewirkt wird, daß sich der Schalter 250 schließt, und ein drittes Steuer signal 540 auf dem elektrischen Verbinder, der mit dem Modulationsschalter 260 verbunden ist, wodurch bewirkt wird, daß sich der Modulationsschalter 260 schließt. Als eine Folge ist der Hochspannungskondensator 330 mit der Elektromagnetspule 230 verbunden, wodurch bewirkt wird, daß Strom durch die Spule 230 fließt. Wie in Fig. 4a ge zeigt, steigt der Stromfluß durch den Elektromagneten, bis der Strompegel einen dritten vorbestimmten Strompegel I₃ erreicht. Das elektronische Steuermodul 210 überwacht das Stromsignal, welches vom Stromsensor 360 am Verbinder 361 erzeugt wird. Wenn der Strom durch die Elektromag netspule I₃ erreicht, setzt das elektronische Steuermodul 210 das zweite Steuersignal 530 und das dritte Steuersig nal 540 nicht fort bzw. unterbricht sie, wodurch bewirkt wird, daß der Hochspannungs-Wählschalter 250 und der Mo dulationsschalter 260 sich öffnen. Ungefähr zur gleichen Zeit erzeugt das elektronische Steuermodul das erste Steuersignal 520, wodurch bewirkt wird, daß sich der Wählschalter 240 schließt. Als eine Folge davon, daß der Modulationsschalter 260 geöffnet wird, erzeugt die Elek tromagnetspule 230 einen Rück-EMF, wodurch bewirkt wird, daß Strom weiter entlang dem Pfad fließt, der in Fig. 2 vom Pfeil A angezeigt wird, und zwar durch die dritte Di ode 310, dem zweiten Stromsensor 380, dem Spannungssensor 320, und lädt den Hochspannungs-Kondensator 330. Wenn der Kondensator 330 lädt, sinkt der Strompegel durch die Elektromagnetspule 230. Das elektronische Steuermodul 210 überwacht das Stromsignal, welches vom Stromsensor 380 erzeugt wird, und wenn das Stromsignal einen Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 anzeigt, der geringer ist als ein vierter vorbestimmter Strompegel I₄, erzeugt das elektronische Steuermodul 210 das dritte Steuersignal 540, wodurch bewirkt wird, daß sich der Mo dulationsschalter 260 schließt. In einem bevorzugten Aus führungsbeispiel ist der vierte vorbestimmte Strompegel I₄ um eine vorbestimmte Toleranz geringer als der dritte vorbestimmte Pegel. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird, wenn der Wählschalter 240 und der Modulationsschalter geschlossen sind, die Batteriespannung 270 an der Elektromagnetspule 230 angelegt, wodurch der Stromfluß durch die Spule 230 gesteigert wird. Das elektronische Steuermodul 210 modu liert danach die Erzeugung des dritten Steuersignals 540, wodurch bewirkt wird, daß der Modulationsschalter 260 mo duliert, und zwar zwischen -einer offenen Position, wenn der Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 den drit ten vorbestimmten Pegel I₃ überschreitet, und einer ge schlossenen Position, wenn der Strom durch die Elektro magnetspule 230 geringer ist als der vierte vorbestimmte Strompegel I₄. Auf diese Weise moduliert der Strom durch die Elektromagnetspule zwischen den Strompegeln des drit ten vorbestimmten Pegels I₃ und des vierten vorbestimmten Strompegels I₄, während das Strombefehlssignal auf dem Spannungspegel V₁ ist.

Während dieser Modulationsperiode wird der Rück-EMF, der von der Elektromagnetspule 230 erzeugt wird, wenn der Mo dulationsschalter 260 geöffnet ist, verwendet, um den Kondensator 330 zu laden. Wie in Fig. 4a gezeigt, beginnt die Kondensatorspannung 550 innerhalb einer vorbestimmten Toleranz (Tol) des gewünschten Spannungspegels V_capp. Wie oben bemerkt, wird die Kondensatorspannung 550 an der Elektromagnetspule 230 angelegt, und zwar während der Pe riode, wenn das elektronische Steuermodul 210 das zweite Steuersignal 530 und das dritte Steuersignal 540 erzeugt. Als eine Folge fällt die Kondensatorspannung, wenn ein Strom beginnt, durch die Spule 230 zu fließen. Wenn je doch der Strompegel anfänglich den dritten vorbestimmten Strompegel I₃ erreicht, verbindet das elektronische Steu ermodul 210 danach die Batterie mit der Elektromagnetspu le und verwendet den Rück-EMF, um den Kondensator 330 wieder zu laden. Somit zeigt das Zeitsteuerdiagramm der Fig. 4a, daß die Kondensatorspannung 550 während jeder Periode ansteigt, wenn das dritte Steuersignal 540 nicht weiter fortgesetzt wird, wodurch der Modulationsschalter 260 geöffnet wird. Der Kondensator 330 lädt sich weiter auf, bis die Kondensatorspannung die gewünschte Spannung V_capp überschreitet, oder bis das Befehlssignal nicht fortgesetzt wird und kein Strom weiter durch die Elektro magnetspule 239 fließt. Wie in Fig. 4a gezeigt, steigt die Kondensatorspannung 550 weiter, bis der Strom nicht weiter durch die Elektromagnetspule 230 fließt. In man chen Fällen, wie es vollständig unten mit Bezug auf Fig. 4b erklärt wird, kann die Kondensatorspannung 550 den ge wünschten Spannungspegel V_capp überschreiten, wobei zu dieser Zeit der Kondensator wiederum verwendet werden kann, um die Elektromagnetspule anzutreiben, bis der Spannungspegel auf innerhalb eines gewünschten Pegels von V_capp fällt. Wenn der Spannungspegel des Befehlssignals 500 auf Null zum Zeitpunkt T₂ übergeht, erzeugt das elek tronische Steuermodul 210 nicht weiter sowohl das erste Steuersignal 520 als auch das dritte Steuersignal 540, und als eine Folge sind der Wählschalter 240, der Hoch spannungs-Wählschalter 250 und der Modulationsschalter 260 alle in der offenen Position. Die Spannung, die aus dem Rück-EMF in der Elektromagnetspule 230 resultiert, bewirkt, daß Strom weiter in einer Richtung fließt, die allgemein durch den Pfeil A in Fig. 2 gezeigt wird. Der Rück-EMF-Strom wird verwendet, um den Hochspannungs- Kondensator 330 zu laden. In dieser Weise nimmt der Strom durch die Elektromagnetspule 230 ab, und zwar von den Strompegeln, die von der Modulation des Stroms zwischen dem dritten vorbestimmten Pegel I₃ und dem vierten vorbe stimmten Strompegel I₄ bestimmt wird, und zwar auf Null. Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Batteriespannung 270 verwendet, um Strom an die Elektromagnetspule 230 zu liefern, und zwar während der Modulation des Stroms zwischen dem dritten vorbe stimmten Pegel I₃ und den vierten vorbestimmten Strompe gel I₄, und da der vom Rück-EMF erzeugte Strom verwendet wird, um den Hochspannungs-Kondensator 330 zu laden, kann das System 200 die Spannung des Hochspannungs-Konden sators 330 auf einem gewünschten Niveau halten. Das ge wünschte Niveau ist vorzugsweise eine höhere Spannung als die Spannung der Batterie 270, um eine verbesserte An sprechzeit und verbesserte Wiederholbarkeit zu erreichen.

Mit Bezug auf Fig. 4b ist ein Zeitsteuerdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung gezeigt, bei dem der Kondensator 330 auf einen Span nungspegel 650 geladen wird, der den erwünschten Span nungspegel V_capp überschreitet. Wie oben beschrieben, hat im normalen Betriebszustand das elektronische Steuermodul 210 überprüft, daß der Spannungspegel am Hochspannungs- Kondensator 330, wie er vom Spannungssensor 320 gemessen wird, innerhalb der vorbestimmten Toleranz (Tol) des ge wünschten Spannungspegels V_capp ist. Zur Zeit T₁ geht das Strombefehlssignal 600 auf einen vorbestimmten Spannungs pegel V₁ über, und zwar entsprechend einem dritten ge wünschten Strompegel I₃.

Wenn das elektronische Steuermodul 210 das Befehlssignal 600 erzeugt, erzeugt das elektronische Steuermodul 210 auch ein zweites Steuersignal 630 auf einem elektrischen Verbinder, der mit dem Hochspannungs-Wählschalter 250 verbunden ist, wodurch es bewirkt, daß sich der Schalter 250 schließt, und ein drittes Steuersignal 640 auf dem elektrischen Verbinder, der mit dem Modulationsschalter 260 verbunden ist, was bewirkt, daß sich der Modulations schalter 260 schließt. Als eine Folge ist der Hochspan nungs-Kondensator 330 mit der Elektromagnetspule 230 ver bunden, wodurch bewirkt wird, daß Strom durch die Spule 230 fließt. Wie in Fig. 4b gezeigt, steigt der Stromfluß durch den Elektromagneten, bis der Strompegel einen drit ten vorbestimmten Strompegel I₃ erreicht.

Das elektronische Steuermodul 210 überwacht das Strom signal, welches vom Stromsensor 330 auf dem Verbinder 361 erzeugt wird. Wenn der Strom durch die Elektromagnetspule I₃ erreicht, unterbricht das elektronische Steuermodul 210 das zweite Steuersignal 630 und das dritte Steuer signal 640, wodurch es bewirkt, daß der Hochspannungs- Wählschalter 250 und der Modulationsschalter 260 sich öffnen. Zu ungefähr der gleichen Zeit erzeugt das elek tronische Steuermodul 210 das erste Steuersignal 620, wo durch bewirkt wird, daß sich der Wählschalter 240 schließt. Als eine Folge davon, daß sich der Modula tionsschalter 260 öffnet, erzeugt die Elektromagnetspule 230 einen Rück-EMF, was bewirkt, daß Strom weiter fließt, und zwar im allgemeinen entlang dem Pfad, der vom Pfeil A in Fig. 2 gezeigt wird, durch die dritte Diode 310, den zweiten Stromsensor 380, den Spannungssensor 320 und den Hochspannungs-Kondensator 330 lädt. Wenn der Kondensator 330 sich auflädt, sinkt der Strompegel durch die Elektro magnetspule 230. Das elektronische Steuermodul 210 über wacht das Stromsignal, welches vom Stromsensor 380 er zeugt wird, und wenn das Stromsignal einen Stromfluß durch die Elektromagnetspule 230 anzeigt, der geringer ist als ein vierter vorbestimmter Strompegel 14, erzeugt das elektronische Steuermodul 210 das dritte Steuersignal 640, wodurch bewirkt wird, daß sich der Modulationsschal ter 260 schließt. In einem bevorzugten Ausführungsbei spiel ist der vierte vorbestimmte Strompegel I₄ um eine vorgewählte Toleranz geringer als der dritte vorbestimmte Pegel. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Batteriespannung 270 an die Elektromagnetspule 230 angelegt, wenn der Wählschalter 240 und der Modulationsschalter 260 ge schlossen sind, wodurch der Stromfluß durch die Spule 230 steigt. Das elektronische Steuermodul 210 moduliert da nach die Erzeugung des dritten Steuersignals 640, wodurch bewirkt wird, daß der Modulationsschalter 260 moduliert, und zwar zwischen einer offenen Position, wenn der Strom fluß durch die Elektromagnetspule 230 den dritten vorbe stimmten Pegel I₃ überschreitet, und einer geschlossenen Position, wenn der Strom durch die Elektromagnetspule 230 geringer ist als der vierte vorbestimmte Strompegel I₄. In dieser Weise moduliert der Strom durch die Elektro magnetspule zwischen den Strompegeln des dritten vorbe stimmten Pegels I₃ und des vierten vorbestimmten Strompe gels I₄, während das Strombefehlssignal auf dem Span nungspegel V₁ ist.

Während dieser Modulationssperiode wird der Rück-EMF, der von der Elektromagnetspule 230 erzeugt wird, wenn der Mo dulationsschalter 260 geöffnet ist, verwendet, um den Kondensator 330 zu laden. Wie in Fig. 4b gezeigt, beginnt die Kondensatorspannung 650 innerhalb einer vorbestimmten Toleranz (Tol) des gewünschten Spannungspegels V_capp. Wie oben bemerkt, wird während der Periode, wenn das elek tronische Steuermodul 210 das zweite Steuersignal 630 und das dritte Steuersignal 640 erzeugt, die Kondensa torspannung 650 an der Elektromagnetspule 230 angelegt. Als eine Folge fällt die Kondensatorspannung 650, wenn der Strom durch die Spule 230 zu fließen beginnt. Wenn jedoch der Strompegel anfänglich den dritten vorbestimm ten Strompegel I₃ erreicht, verbindet das elektronische Steuermodul 210 danach die Batterie mit der Elektromag netspule 230 und verwendet den Rück-EMF, um den Konden sator 330 erneut zu laden. Somit zeigt das Zeitsteuer diagramm der Fig. 4b, daß die Kondensatorspannung 650 steigt, und zwar jedes Mal, wenn das dritte Steuersignal 640 unterbrochen wird, wodurch der Modulationsschalter 260 geöffnet wird. In Fig. 4b steigt die Kondensator spannung 650 weiter bis zur Zeit T₃, wenn die Kondensa torspannung die gewünschte Spannung V_capp überschreitet. Wenn dies geschieht, unterbricht das elektronische Steu ermodul 210 das erste Steuersignal 620 und erzeugt das zweite Steuersignal 630, wodurch der Wählschalter 240 ge öffnet wird, bzw. der Spannungswählschalter 250 ge schlossen wird. Wie in Fig. 4b gezeigt, sinkt zum Zeit punkt T₃, wenn der Kondensator 330 mit der Elektromagnet spule 230 verbunden wird, die Kondensatorspannung 650, da sie Strom an die Elektromagnetspule 230 liefert. Dann er zeugt das elektronische Steuermodul 210 weiter das zweite Steuersignal 630, bis die Kondensatorspannung unter die gewünschte Spannung V_capp minus die Toleranz (Tol) fällt, oder wenn, wie in dem in Fig. 4b gezeigten Beispiel das Befehlssignal 600 endet. Wenn die Kondensatorspannung un ter V_capp - (TOL) fällt, wird das elektronische Steuer modul 210 das zweite Steuersignal 630 unterbrechen und das erste Steuersignal 620, wie oben beschrieben, er zeugen. In dieser Weise wird die Elektromagnettreiber schaltung 200 die Kondensatorspannung reduzieren, wenn sie den gewünschten Spannungspegel V_capp übersteigt, und wird den Kondensator 330 laden, was seine Spannung stei gert, wenn sie unter V_capp - (Tol) fällt.

Da das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Batteriespannung 270 verwendet, um Strom an die Elektromagnetspule 230 zu liefern, und zwar während der Modulation des Stroms zwischen dem dritten vorbe stimmten Pegel I₃ und dem vierten vorbestimmten Strom pegel I₄, und da der von dem Pück-EMF erzeugte Strom ver wendt wird, um den Hochspannungs-Kondensator 330 zu la den, kann das System 200 die Spannung des Hochspannungs- Kondensators 330 auf einem gewünschten Pegel halten. Der gewünschte Pegel ist vorzugsweise eine höhere Spannung als die Spannung der Batterie 270, um eine verbesserte Ansprechzeit und verbesserte Wiederholbarkeit zu errei chen.

Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um den Elektromagnetstrom zu steuern, um andere Wellenformen zu erreichen. Beispielsweise kann durch Variieren des Span nungspegels des Befehlssignals die Elektromagnettreiber schaltung 200 verwendet werden, um eine zweistufige Stromwellenform zu steuern, wie allgemein in Fig. 5 ge zeigt.

Bei manchen Anwendungen mag es notwendig sein, zwei Stromwellenformen von relativ kurzer Dauer in schneller Aufeinanderfolge zu treiben bzw. zur Verfügung zu stel len. In diesen Fällen wird die Zeitlänge, in der die Spannung der Batterie 270 über der Elektromagnetspule 230 moduliert wird, nicht ausreichend sein, um den Kon densator auf den gewünschten Pegel V_capp wieder aufzula den. In diesen Fällen ist es möglich, den Kondensator 330 auf einen zweiten gewünschten Spannungspegel V_cap2 zu la den, der höher ist als der gewünschte Spannungspegel V_capp. Dann wird die Spannung des Kondensators 330 fal len, wenn sie an die Elektromagnetspule 230 angelegt wird, um die erste Stromwellenform zu treiben. Der Kon densator 330 wird kurz wieder aufgeladen, wenn die Batte riespannung an der Elektromagnetspule 230 moduliert wird, und zwar ungefähr auf den gewünschten Pegel V_capp. Durch Vorladen des Kondensators 330 in dieser Weise kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung solche Wellenformen treiben bzw. erzeugen.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Eine Elektromagnettreiberschaltung wird durch ein elek tronisches Steuermodul gesteuert und eliminiert viele Komponenten, die für eine Hochspannungs-Leistungsversor gung erforderlich sind, die für den Stand der Technik er forderlich sind. Die Elektromagnettreiberschaltung weist einen Hochspannungs-Wählschalter auf, einen Wählschalter und einen Modulationsschalter, die von dem elektronischen Steuermodul gesteuert werden. Das elektronische Steuermo dul bewirkt, daß die Schalter geöffnet und geschlossen werden, so daß der Rück-EMF, der von der Elektromagnet spule erzeugt wird, wenn der Modulationsschalter geöffnet ist, durch das Laden eines Kondensators wieder eingefan gen werden kann. Diese Energie kann dann verwendet wer den, um die Elektromagnetspule zu erregen.

Claims

1. Treiberschaltung, die folgendes aufweist:
eine Elektromagnetspule;
einen Hochspannungs-Wählschalter mit einer offenen und einer geschlossenen Position;
einen Kondensator, der mit dem Hochspannungs-Wähl schalter und mit Erde verbunden ist;
einen Modulationsschalter, der in Serie mit dem Elektromagneten verbunden ist, wobei der Modulati onsschalter eine offene und eine geschlossene Posi tion besitzt;
einen Stromsensor, der mit dem Modulationsschalter und mit Erde verbunden ist, wobei der Stromsensor ein Stromsignal erzeugt;
einen Wählschalter, der mit der Elektromagnetspule verbunden ist, wobei der Wählschalter eine offene und eine geschlossene Position besitzt;
eine Niederspannungs-Versorgung, die mit dem Wähl schalter verbunden ist;
eine Diode, die zwischen dem Modulationsschalter und dem Kondensator angeschlossen bzw. verbunden ist;
und
einen Spannungssensor, der mit dem Kondensator as soziiert ist, wobei der Spannungssensor ein Span nungssignal erzeugt, welches auf einen Spannungspe gel des Kondensators anspricht;
eine elektronische Steuervorrichtung, die mit dem Spannungssensor und dem Stromsensor verbunden ist;
wobei die elektronische Steuervorrichtung das Span nungs- und das Stromsignal empfängt, und selektiv ein erstes Steuersignal erzeugt, welches mit dem Wählschalter assoziiert ist, und zwar ansprechend auf ein Strombefehlssignal, wobei das erste Steuer signal bewirkt, daß sich der Wählschalter schließt;

wobei die elektronische Steuervorrichtung selektiv ein zweites Steuersignal erzeugt, welches mit dem Hochspannungs-Wählschalter assoziiert ist- und zwar ansprechend auf den Strombefehl, das Spannnungs- und Stromsignal, wobei das zweite Steuersignal bewirkt, daß sich der Hochspannungs-Wählschalter schließt;
wobei die elektronische Steuervorrichtung selektiv ein drittes Steuersignal erzeugt, welches mit dem Modulationsschalter assoziiert ist, und zwar anspre chend auf den Strombefehl, das Spannungs- und Strom signal, wobei das dritte Signal bewirkt, daß sich der Modulationsschalter schließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Strombefehls signal einem vorbestimmten Strompegel entspricht, und wobei die elektronische Steuervorrichtung selek tiv die ersten, zweiten und dritten Steuersignale erzeugt, um einen Strom durch die Elektromagnetspule zu steuern, und zwar auf einem Pegel, der auf den vorbestimmten Strompegel anspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die folgendes aufweist:
Sensoren, die mit der elektronischen Steuervorrich tung verbunden sind;
wobei die elektronische Steuervorrichtung ein Strom befehlssignal berechnet, und zwar basierend auf Ein gangsgrößen von den Sensoren.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei:
die elektronische Steuervorrichtung die Spannung des Hochspannungs-Kondensators überwacht, und wobei an sprechend darauf, daß die Spannung geringer als eine gewünschte Spannung ist, die elektronische Steuer vorrichtung die ersten und dritten Steuersignale er zeugt, und zwar ansprechend auf das Befehlssignal;
die elektronische Steuervorrichtung ein Befehls signal erzeugt, welches dem ersten vorbestimmten Strompegel entspricht;
die elektronische Steuervorrichtung danach das drit te Steuersignal unterbricht, und zwar ansprechend darauf, daß das Stromsignal den ersten vorbestimmten Strompegel überschreitet;
die elektronische Steuervorrichtung danach al ternativ das dritte Steuersignal erzeugt und unter bricht, bis die Spannung die gewünschte Spannung überschreitet.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung das dritte Steuersignal an sprechend darauf unterbricht, daß das Stromsignal geringer ist als ein zweiter vorbestimmter Strompe gel.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei:
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale ansprechend auf ein Strombe fehlssignal erzeugt;
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale unterbricht, und zwar anspre chend darauf, daß das Stromsignal einen dritten vor bestimmten Strompegel überschreitet, wobei der drit te vorbestimmte Strompegel eine Funktion des Strom befehlssignals, ist; und
die elektronische Steuervorrichtung danach das erste Steuersignal erzeugt und alternativ das dritte Steu ersignal erzeugt und unterbricht, und zwar an sprechend darauf, daß das Stromsignal unter einen vierten vorbestimmten Pegel fällt bzw. daß das Stromsignal den ersten vorbestimmten Pegel über schreitet, wodurch ein Strompegel durch die Elektro magnetspule innerhalb einer vorbestimmten Toleranz eines Strompegels gehalten wird, und zwar entspre chend dem Befehlsstromsignal.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei:
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale ansprechend auf ein Strombe fehlssignal erzeugt;
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale unterbricht, und zwar anspre chend darauf, daß das Stromsignal einen dritten vor bestimmten Pegel überschreitet, wobei der dritte vorbestimmte Pegel eine Funktion des Strombe fehlssignals ist; und
die elektronische Steuervorrichtung danach das erste Steuersignal erzeugt und alternativ das dritte Steu ersignal ansprechend auf das Vergehen einer ersten vorbestimmten Zeitperiode erzeugt, nachdem das drit te Signal unterbrochen worden ist bzw. das dritte Steuersignal ansprechend darauf unterbricht, daß das Stromsignal den dritten vorbestimmten Pegel über schreitet, wodurch ein Strompegel durch die Elek tromagnetspule innerhalb einer vorbestimmten To leranz eines Strompegels gehalten wird, und zwar entsprechend einem Befehlsstromsignal.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die elektroni sche Steuervorrichtung eine Einspritzsequenz anspre chend auf ein Brennstoffeinspritzstrombefehlssignal beginnt, wobei die Einspritzsequenz folgendes auf weist:
daß die elektronische Steuervorrichtung das zweite Steuersignal erzeugt, welches mit, dem Hochspannungs- Wählschalter assoziiert ist, und das dritte Steuer signal, welches mit dem Modulationsschalter asso ziiert ist, bis das Stromsignal größer ist als ein dritter vorbestimmter Strompegel;
daß die elektronische Steuervorrichtung das zweite Steuersignal unterbricht, welches mit dem Hochspan nungs-Wählschalter assoziiert ist, und das erste Steuersignal ansprechend darauf erzeugt, daß das Stromsignal größer als ein erster vorbestimmter Pe gel ist;
daß die elektronische Steuervorrichtung alternativ das dritte Steuersignal unterbricht und erzeugt, welches mit dem Modulationsschalter assoziiert ist, und zwar ansprechend darauf, daß das Stromsignal größer ist als der dritte vorbestimmte Pegel bzw. geringer als ein vierter vorbestimmter Strompegel.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei:
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale ansprechend auf ein Strombe fehlssignal erzeugt;
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale ansprechend darauf unter bricht, daß das Stromsignal einen dritten vorbe stimmten Pegel überschreitet, wobei der dritte vor bestimmte Pegel eine Funktion des Strombefehlssig nals ist; und
die elektronische Steuervorrichtung danach das erste Steuersignal erzeugt und alternativ das dritte Steu ersignal ansprechend auf eine erste vorbestimmte Zeitperiode erzeugt, nachdem das dritte Signal un terbrochen worden ist, und das dritte Steuersignal ansprechend darauf unterbricht, daß das Stromsignal den dritten vorbestimmten Pegel überschreitet, wo durch ein Strompegel durch die Elektromagnetspule innerhalb einer vorbestimmten Toleranz eines Strom pegels gehalten wird, und zwar entsprechend einem Befehlsstromsignal;
die elektronische Steuervorrichtung das erste Steu ersignal unterbricht und das zweite Steuersignal an sprechend darauf erzeugt, daß der Spannungspegel an dem Kondensator einen gewünschten Spannungspegel überschreitet; und
die elektronische Steuervorrichtung das erste Steu ersignal erzeugt und das zweite Steuersignal unter bricht, und zwar ansprechend darauf, daß der Span nungspegel am Kondensator unter einen vorbestimmten Toleranzwert der gewünschten Spannung fällt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei:
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale ansprechend auf ein Strombe fehlssignal erzeugt;
die elektronische Steuervorrichtung die zweiten und dritten Steuersignale unterbricht, und zwar anspre chend darauf, daß das Stromsignal einen dritten vor bestimmten Pegel überschreitet, wobei der dritte vorbestimmte Pegel eine Funktion des Strombefehls signals ist; und
die elektronische Steuervorrichtung danach das erste Steuersignal erzeugt und alternativ das dritte Steu ersignal erzeugt und unterbricht, und zwar anspre chend darauf, daß der Strom durch die Elektromagnet spule unter einen vierten vorbestimmten Strompegel fällt bzw. über einen dritten vorbestimmten Strom wert ansteigt, wodurch ein Strompegel durch die Elektromagnetspule innerhalb einer vorbestimmten To leranz eines Strompegels gehalten wird, und zwar entsprechend dem Befehlsstromsignal;
die elektronische Steuervorrichtung das erste Steu ersignal unterbricht und das zweite Steuersignal er zeugt, und zwar ansprechend darauf, daß der Span nungspegel am Kondensator einen gewünschten Span nungspegel überschreitet; und
die elektronische Steuervorrichtung das erste Steu ersignal erzeugt und das zweite Steuersignal unter bricht, und zwar ansprechend darauf, daß der Span nungspegel am Kondensator unter einen vorbestimmten Toleranzwert der gewünschten Spannung fällt.

11. Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffeinspritz vorrichtungs-Elektromagnettreibers, wobei das Ver fahren folgendes aufweist:
Verbinden eines Hochspannungs-Kondensators mit einer Elektromagnetspule ansprechend auf den Empfang eines Strombefehlssignals;
Trennen des Kondensators von dem Elektromagneten an sprechend darauf, daß ein Strom durch den Elektro magneten einen vorbestimmten Pegel überschreitet;
Verbinden einer Niederspannungs-Quelle mit dem Elek tromagneten ansprechend darauf, daß der Strom unter einen zweiten vorbestimmten Pegel fällt; Trennen der Niederspannungs-Quelle vom Elektromagneten anspre chend darauf, daß der Strom durch den Elektromagne ten den vorbestimmten Pegel überschreitet; und
Laden des Kondensators mit Energie, die in der Elek tromagnetspuleninduktivität als eine Folge von bei den der erwähnten Schritte des Trennens erzeugt wur de.