DE19945945B4 - Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied - Google Patents

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Abstract

Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied (P, P1 bis Pn), insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, zum Schutz des Stellgliedes vor Zerstörung durch Kurzschluß,
wobei zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellgliedes (P, P1 bis Pn) ein strombegrenzendes Element (L) oder eine strombegrenzende Schaltung (S) in Reihe mit dem Stellglied (P, P1 bis Pn) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Element (L) oder die strombegrenzende Schaltung (S) im Stellgliedgehäuse (G) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In Ansteuerschaltungen für kapazitive Stellglieder, insbesondere für Kraftstoffeinspritzventile von Brennkraftmaschinen, können Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen des Stellgliedes, zum Pluspol oder Minuspol der Versorgungsspannung oder zwischen den Zuleitungen zum Stellglied vorkommen. Der zuletzt genannte Fehler tritt am häufigsten auf. Zum Feststellen solcher Fehler sind verschiedene Diagnoseschaltungen bekannt. Es sind auch Schutzschaltungen bekannt, welche gefährliche Spannungen von einem Stellglied fernhalten.
  • Aus DE 197 09 716 A1 ist eine Ansteuerschaltung für ein kapazitives Stellglied bekannt, bei welcher mit dem Stellglied eine Zenerdiode so verbunden ist, daß deren Katode mit dem Plusanschluß des Stellgliedes und deren Anode mit dessen Minusanschluß verbunden ist, so daß an das Stellglied keine höhere Spannung als die durch die Zenerdiode vorgegebene Zenerspannung angelegt werden kann.
  • Tritt bei einem voll geladenen Stellglied ein Kurzschluß auf, so fließt plötzlich ein sehr hoher Strom über das Stellglied, durch welchen es irreversibel geschädigt, d.h., zerstört wird.
  • Weiter ist eine Schaltungsanordnung mit einem piezoelektrischen Stellglied bekannt ( US 5,361,013 A ), die sich durch – einen geringen Energieverbrauch auszeichnet und dadurch besonders für transportable Geräte geeignet ist.
  • Auch ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden und Entladen eines piezoelektrischen Elements bekannt ( DE 197 14 615 A1 ), bei der der Entladestrom zumindest teilweise über ein im wesentlichen als Resistanz wirkendes Element fließt.
  • Eine bekannte Kurzschlußstrombegrenzung für eine Stromrichterschaltung mit einem kapazitiven Speicher ( DE 197 39 551 A1 ) weist einen passiven Halbleiterstrombegrenzer aus Siliciumcarbid auf. Dieser Strombegrenzer wird zusammen mit den Freilaufdioden der Halbleiterschalter und dem kapazitiven Energiespeicher eine Kurzschlußmasche. Kommt es in einem Brückenzweig zu einem Kurzschluß, so wird der in dieser Kurzschlußmasche fließende Strom durch den passiven Halbleiterstrombegrenzer begrenzt.
    •
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schutzschaltung zu schaffen, welche Zerstörungen des Stellgliedes durch hohe Kurzschlußströme verhindert.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellgliedes (P, P1 bis Pn) eine strombegrenzende Schaltung angeordnet ist, wobei die strombegrenzende Schaltung im Stellgliedgehäuse angeordnet ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
    •
  • Die Erfindung wird anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine bekannte Ansteuerschaltung für ein kapazitives Stellglied,
  • 2 ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, und
  • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel.
  • Ein kapazitives Stellglied, beispielsweise ein Piezostellglied für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, ist üblicherweise durch ein Gehäuse geschützt, aus welchem sein positiver und negativer Anschluß herausgeführt sind. Beim Laden des Stellgliedes erhält der positive Anschluß ein positives Potential gegenüber dem negativen Anschluß, welcher direkt oder über elektronische Schaltelemente mit einem Bezugspotential verbunden ist.
  • Bei einem Kurzschluß wird der positive Anschluß des Stellgliedes entweder direkt mit seinem negativen Anschluß oder mit dem Bezugspotential (entspricht auch einem Kurzschluß zwischen den Zuleitungen zum Stellglied) oder mit dem Pluspol der die Ansteuerschaltung versorgenden Energiequelle (üblicherweise +12 V, was gegenüber dem auf einige hundert Volt geladenen Stellglied ebenfalls als Kurzschluß anzusehen ist) verbunden. In allen diesen Fällen fließt ein hoher Entladestrom durch das Stellglied, durch welchen dieses zerstört wird.
  • In 1 ist eine übliche und bekannte, von einer Energiequelle SNT versorgte Ansteuerschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied zum Betätigen von Kraftstoffeinspritzventilen einer Brennkraftmaschine dargestellt, welche hier nicht ausführlich beschrieben werden muß, da Aufbau und Funktion dieser Ansteuerschaltung beispielsweise aus Druckschrift DE 196 32 837 A1 bekannt sind. Einem durch Schließen eines Auswahlschalter A1 ausgewählten Stellglied P (weitere Stellglieder können parallel dazu angeschlossen werden, was durch den strichlierten Pfeil angedeutet und in 5 näher ausgeführt ist) werden beim Schließen eines Ladeschalters SL die Ladungen eines von einer Energiequelle SNT versorgten Ladekondensators C1 und eines Umladekondensators C2 über eine induktive Umladespule L zugeführt. Anschließend wird der Ladeschalter SL geöffnet, wodurch das Stellglied geladen bleibt. Durch Schließen eines Entladeschalters SE wird das Stellglied anschließend über die Umladespule L in den Umladekondensator C2 entladen. Sämtliche Schalter werden von Steuersignalen ein- und ausgeschaltet, welche in einer nicht dargestellten Steuerschaltung erzeugt werden.
  • In den beiden ersten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung sollen sowohl Kurzschlüsse zwischen positivem Stellgliedanschluß und Bezugspotential oder Pluspol der Energiequelle bzw. zwischen den Zuleitungen zum Stellglied als auch der sehr selten auftretende Fall eines Kurzschlusses zwischen den aus dem Gehäuse ragenden Anschlüssen des Stellgliedes selbst erfaßt werden.
  • In dem in 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel wird dem Stellglied P bzw. jedem Stellglied als strombegrenzendes Element eine Speicherdrossel L zugeordnet und in Reihe mit diesem in dem Gehäuse G des Stellgliedes angeordnet, aus welchem nur der positive und negative Anschluß A und B herausragen, zwischen welchen ein Kurzschluß auftreten kann.
  • Eine dem Stellglied zugeordnete Speicherdrossel L kann auch die vorhandene Umladespule oder wenigstens ein Teil L' derselben sein.
  • Ein Kurzschluß zwischen den aus dem Gehäuse herausragenden Anschlüssen A und B oder vom Anschluß A zum Bezugspotential GND bzw. zum Pluspol der Energiequelle oder zwischen den Zuleitungen zum Stellglied könnte bei der bekannten Schaltung nach 1 sofort nach dem Öffnen des Ladeschalters SL wirksam werden und das Stellglied zerstören.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2, wenn das Stellglied P voll geladen und die Speicherdrossel L oder L' stromlos ist, kann ein Kurzschluß zwar auch sofort nach dem Öffnen des Ladeschalters SL wirksam werden, das Stellglied kann aber nicht zerstört werden, da der Kurzschlußstrom durch die im Stellgliedgehäuse befindliche Speicherdrossel L nur stetig ansteigen kann, was keine impulsartig hohe Stromamplitude, die dem Stellglied gefährlich werden könnte, zuläßt.
  • Eventuell durch die Abmessungen der Speicherdrossel entstehende Platzprobleme im Stellgliedgehäuse G können, insbesondere wenn mehrere Stellglieder von der Ansteuerschaltung angesteuert werden, wie bereits weiter oben erwähnt, dadurch gemildert werden, daß wenigstens ein Teil L' der Speicherdrossel dem bzw. jedem Stellglied zugeordnet ist, während der andere Teil L'' (in 2 strichliert dargestellt, allen Stellgliedern gemeinsam und außerhalb der Stellgliedgehäuse G angeordnet ist.
  • Platzprobleme im Stellgliedgehäuse G können auch durch ein zweites, in 3 dargestelltes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gelöst werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Umladespule L (in 3 nicht dargestellt) wie in den 1 und 5 Teil der Ansteuerschaltung, die üblicherweise in einem Motorsteuergerät angeordnet ist.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem, d.h., mit jedem Stellglied, eine an sich bekannte, aktive elektronische Strombegrenzerschaltung S in Reihe geschaltet, die einen Stromfluß bis zu einer vorgegebenen Amplitude nur in einer das Stellglied entladenden, durch einen Pfeil gekennzeichneten Richtung erlaubt. Diese Strombegrenzerschaltung arbeitet ohne eigene Spannungsversorgung; diese erfolgt während der Aufladung des Stellgliedes.
  • Parallel zur Strombegrenzerschaltung ist eine in Richtung vom positiven Anschluß A zum Stellglied P stromleitende Diode D angeordnet, welche einen unbehinderten Ladestrom für das Stellglied zuläßt. Diese aktive elektronische Strombegrenzerschaltung samt der Diode D kann in integrierter Form, beispielsweise als ASIC, ausgebildet sein und beansprucht dann wesentlich weniger Platz im Stellgliedgehäuse G, in welchem sie zusammen mit dem Stellglied P untergebracht ist.
  • Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Kurzschluß zwischen den Anschlüssen A und B oder vom Anschluß A zum Bezugspotential GND oder zum Pluspol der Energiequelle bzw. zwischen den Zuleitungen zum Stellglied bei voll geladenem Stellglied P dieses nicht zerstören, da der Kurzschlußstrom durch die aktive elektronische Strombegrenzerschaltung nur einen vorgegebenen Wert erreichen kann, was keine impulsartig hohe Stromamplitude, die dem Stellglied gefährlich werden könnte, zuläßt.
  • Wenn man auf einen Schutz vor dem äußerst selten, wenn überhaupt auftretenden Fall eines Kurzschlusses zwischen den aus dem Gehäuse ragenden Anschlüssen des Stellgliedes verzichtet und sich auf den Schutz von häufiger vorkommenden Kurzschlüssen zwischen positivem Stellgliedanschluß A und Pluspol der Energiequelle oder Bezugspotential GND, d.h., zwischen den Stellglied-Zuleitungen, beschränkt, so kann dies mit einer Schaltung gemäß einem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel erfolgen, welche anstelle der Reihenschal tung von Stellglied P und Auswahlschalter A1 in die Schaltung nach 1 eingefügt werden kann.
  • Danach wird zwischen dem Stellglied P1 und dem Auswahlschalter A1 eine zum Auswahlschalter A1 hin stromleitende Diode DL und zwischen Bezugspotential GND und den negativen Anschluß B des Stellgliedes P1 eine Reihenschaltung eines mit dem Bezugspotential GND verbundenen und synchron mit dem Entladeschalter SE zu betätigenden Zusatzschalters To, einer Strombegrenzerschaltung und einer zum Stellglied hin stromleitenden Diode DE eingefügt. Die Strombegrenzerschaltung kann im einfachsten Fall ein Ohm'scher Widerstand R sein, wie in 4 dargestellt.
  • Mit den genannten Ausführungsbeispielen nach der Erfindung können die kapazitiven Stellglieder sicher vor Zerstörung durch Kurzschluß bewahrt werden.

Claims (3)

  1. Schutzschaltung für wenigstens ein kapazitives Stellglied (P, P1 bis Pn), insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine, zum Schutz des Stellgliedes vor Zerstörung durch Kurzschluß, wobei zumindest im Entladestromkreis des kapazitiven Stellgliedes (P, P1 bis Pn) ein strombegrenzendes Element (L) oder eine strombegrenzende Schaltung (S) in Reihe mit dem Stellglied (P, P1 bis Pn) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Element (L) oder die strombegrenzende Schaltung (S) im Stellgliedgehäuse (G) angeordnet ist.
  2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strombegrenzende Element (L) als Speicherdrossel oder vom restlichen Teil (L'') der Speicherdrossel getrennter Teil (L') derselben ausgebildet ist.
  3. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur strombegrenzenden Schaltung (S) eine den Ladestrom durchlassende Diode (D) antiparallel geschaltet ist, und daß die strombegrenzende Schaltung (S) allein oder gemeinsam mit der Diode (D) als integrierte, elektronische Schaltung ausgebildet ist.
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