Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils nach einem nebengeordneten Patentanspruch.The invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 and a method for operating the fuel injection valve according to an independent claim.
Schaltglieder, wie etwa Relais oder Magnetventile, die insbesondere als Einspritzventile einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind im Betrieb hohen Anforderungen ausgesetzt und werden daher häufig überwacht. Diese Überwachung geschieht beispielsweise durch eine Auswertung von Strömen und/oder Spannungen eines Aktors des Schaltglieds. Hierzu können insbesondere Sensoren dienen, die physikalische Größen erfassen und in elektrische Größen umsetzen. Die Übertragung dieser Größen an eine Steuereinheit oder dergleichen ist im Allgemeinen mit einem erhöhten Aufwand bezüglich der Anzahl elektrischer Leitungen verbunden. Switching elements, such as relays or solenoid valves, which are used in particular as injection valves of an internal combustion engine are exposed to high demands during operation and are therefore frequently monitored. This monitoring is done for example by an evaluation of currents and / or voltages of an actuator of the switching element. In particular, sensors can serve for this purpose, which detect physical variables and convert them into electrical variables. The transmission of these quantities to a control unit or the like is generally associated with an increased expense in terms of the number of electrical lines.
Bei Magnetventilen für eine Benzin-Direkteinspritzung von Brennkraftmaschinen können elektrische Ansteuergrößen des Magnetkreises dazu verwendet werden, den Schließzeitpunkt einer Düsennadel des Einspritzventils zu ermitteln, wenn der Magnetkreis die Düsennadel direkt betätigt. Hierbei sind häufig zusätzliche Messleitungen oder dergleichen entbehrlich. Im Unterschied dazu – beispielsweise für Diesel-Einspritzung – gibt es Ausführungen von Einspritzventilen, bei denen der Magnetkreis zusätzlich ein Servoventil betätigt, welches nachfolgend eine Düsennadel betätigende Hochdruckhydraulik steuert. Der Schließzeitpunkt der Düsennadel kann dabei nicht aus der Bewegung eines Magnetankers des Magnetventils ermittelt werden. In solenoid valves for gasoline direct injection of internal combustion engines electrical control variables of the magnetic circuit can be used to determine the closing time of a nozzle needle of the injection valve when the magnetic circuit actuates the nozzle needle directly. In this case, additional measuring lines or the like are often unnecessary. In contrast to this - for example for diesel injection - there are versions of injection valves in which the magnetic circuit additionally actuates a servo valve, which subsequently controls a nozzle needle-operated high-pressure hydraulics. The closing time of the nozzle needle can not be determined from the movement of a magnet armature of the solenoid valve.
Aus der DE 10 2010 063 681 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Messzustand hergestellt wird, in dem mindestens ein Anschluss des Aktors zumindest zeitweise von einem Bezugspotential und/oder von einer den Aktor ansteuernden Quelle im Wesentlichen entkoppelt wird. In dem Messzustand wird mindestens ein Signal mindestens eines Sensors einer Sensoreinrichtung aus mindestens einem elektrischen Potential an mindestens einem Anschluss des Aktors ermittelt. Vorteilhaft können Leitungen zum Aktor und der Sensoreinrichtung eingespart werden. From the DE 10 2010 063 681 a method is known in which a measuring state is established in which at least one connection of the actuator is at least temporarily decoupled from a reference potential and / or from a source controlling the actuator substantially. In the measuring state, at least one signal of at least one sensor of a sensor device is determined from at least one electrical potential at at least one connection of the actuator. Advantageously, lines to the actuator and the sensor device can be saved.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren und eine elektrische Schaltung nach nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The problem underlying the invention is achieved by a fuel injection valve according to claim 1 and a method and an electrical circuit according to independent claims. Advantageous developments are specified in the subclaims.
Durch die vorgesehene Überstromschutzeinrichtung in Serie zu einem Sensor wird vorteilhaft erreicht, dass ein angeschlossener Aktor im Kurzschlussfall des Sensors nicht mit dem Bezugspotential verbunden wird und damit bei einem Kurzschluss des Sensors weiterbetrieben werden kann. Eine schnelle Abschaltung des Sensors verhindert damit eine Störung der Aktorfunktion oder auch eine Beschädigung des Aktors und ermöglicht den weiteren fehlerfreien Betrieb des Aktors.The intended overcurrent protection device in series with a sensor advantageously ensures that a connected actuator is not connected to the reference potential in the event of a short circuit of the sensor and can thus continue to be operated in the event of a short circuit of the sensor. A quick shutdown of the sensor thus prevents a malfunction of the actuator function or damage to the actuator and allows further error-free operation of the actuator.
Vorteilhaft wird bei dem Verfahren in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential oder dessen Verlauf der Kurzschluss des Sensors ermittelt. Dadurch wird vorteilhaft der Weiterbetrieb des Aktors auch ohne ein Signal des Sensors ermöglicht.The short circuit of the sensor is advantageously determined in the method as a function of the electrical potential or its course. As a result, the continued operation of the actuator is advantageously made possible without a signal from the sensor.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in den nachfolgenden Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.Features which are important for the invention can also be found in the following drawings, wherein the features, both alone and in different combinations, can be important for the invention, without being explicitly referred to again.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be explained with reference to the drawings. In the drawing show:
1 eine teilweise Schnittdarstellung eines Servoventils eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem magnetischen Schaltglied und einem Ventilstück; 1 a partial sectional view of a servo valve of a fuel injection valve with a magnetic switching member and a valve piece;
2 ein Zeitdiagramm eines Steuerraumdrucks und eines Hubs eines als Ventilnadel ausgebildeten Ventilelements des Servoventils von 1; 2 a time chart of a control chamber pressure and a stroke of a formed as a valve needle valve element of the servo valve of 1 ;
3 ein vereinfachtes Schema eines Ausführungsbeispiels zum Anschluss eines Sensors und einer Spule in einem Gehäuse eines Kraftstoffeinspritzventils; 3 a simplified schematic of an embodiment for connecting a sensor and a coil in a housing of a fuel injection valve;
4 ein schematisches Schaltbild mit einem Kraftstoffeinspritzventil und einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils; 4 a schematic circuit diagram with a fuel injection valve and an electrical circuit for driving the fuel injection valve;
5 eine erste Ausführungsform einer Überstromschutzeinrichtung; und 5 a first embodiment of an overcurrent protection device; and
6 eine weitere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung. 6 a further embodiment of the overcurrent protection device.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.The same reference numerals are used for functionally equivalent elements and sizes in all figures, even in different embodiments.
1 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung eines Servoventils 10 eines weiter nicht genauer dargestellten Kraftstoffeinspritzventils 11 einer Brennkraftmaschine. Das Servoventil 10 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Längsachse 12 ausgeführt. In einem oberen Bereich der Zeichnung ist eine an einem (nicht dargestellten) Gehäuse fest verankerte Abstützplatte 14 dargestellt, in einem vertikal mittleren Bereich ist ein magnetisches Schaltglied 16 dargestellt, und in einem unteren Bereich ist ein gehäusefestes Ventilstück 18 mit einem hydraulischen Steuerraum 20 und einem auf eine nicht dargestellte Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils 11 wirkenden oder mit einer solchen Ventilnadel fest verbundenen Ventilkolben 22 dargestellt. 1 shows a partial sectional view of a servo valve 10 a fuel injection valve, not further illustrated in detail 11 an internal combustion engine. The servo valve 10 is in the Essentially rotationally symmetrical about a longitudinal axis 12 executed. In an upper portion of the drawing is a on a (not shown) housing firmly anchored support plate 14 shown, in a vertically central region is a magnetic switching element 16 and in a lower area is a housing-fixed valve piece 18 with a hydraulic control room 20 and a valve needle (not shown) of the fuel injection valve 11 acting or firmly connected with such a valve needle valve piston 22 shown.
Die Abstützplatte 14 weist im Bereich der Längsachse 12 einen Stützkolben 24 auf, mit dem ein kraftempfindlicher Wandler 26 wirkverbunden ist. Der kraftempfindliche Wandler 26 stützt sich wiederum in Richtung der Längsachse 12 an der Abstützplatte 14 ab. In der Zeichnung oberhalb des kraftschlüssigen Wandlers 26 sind zwei Öffnungen (ohne Bezugszeichen) angeordnet, durch welche Leitungen zur Kontaktierung der Anschlüsse 70a und 70b einer Sensoreinrichtung 70 geführt sind. Die Anordnung der beiden Öffnungen ist in der 1 lediglich beispielhaft dargestellt.The support plate 14 points in the area of the longitudinal axis 12 a support piston 24 on, with which a force-sensitive transducer 26 is actively connected. The force sensitive transducer 26 in turn supports itself in the direction of the longitudinal axis 12 on the support plate 14 from. In the drawing above the non-positive transducer 26 two openings (without reference numerals) are arranged, through which lines for contacting the terminals 70a and 70b a sensor device 70 are guided. The arrangement of the two openings is in the 1 merely exemplified.
Das magnetische Schaltglied 16 umfasst eine Spule 30, welche in einen Magnetkern 32 eingebettet ist, wobei der Magnetkern 32 von einer Tellerfeder 34 gegen einen ringförmigen Ankeranschlag 36 gedrückt wird. Der Ankeranschlag 36 wird seinerseits von der Tellerfeder 34 mittels des Magnetkerns 32 gegen einen Durchmessersprung (ohne Bezugszeichen) einer gehäusefesten Hülse 38 gedrückt. Entlang eines mittleren Bereichs der Längsachse 12 ist ein längs der Längsachse 12 spielbehaftet gelagerter aber radial gehaltener Ankerbolzen 40 angeordnet, auf dem ein Anker 42 in Richtung der Längsachse 12 verschiebbar angeordnet ist. Ein in 1 unterer Endbereich 44 des Ankers 42 kann an einem einen Ventilsitz bildenden Dichtabschnitt 46 des Ventilstücks 18 aufliegen. Der Endbereich 44 bildet insoweit ein Ventilelement des Servoventils 10. Das magnetische Schaltglied 16 ist wie die übrigen Elemente des Servoventils 10 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt, dargestellt ist jedoch nur die in der Zeichnung rechte Hälfte einer Schnittansicht. Ein Führungsdurchmesser des Ankerbolzens 40 und ein Sitzdurchmesser im Bereich des Dichtabschnitts 46 sind in etwa gleich groß.The magnetic switching element 16 includes a coil 30 which is in a magnetic core 32 is embedded, wherein the magnetic core 32 from a plate spring 34 against an annular anchor stop 36 is pressed. The anchor stop 36 in turn is from the plate spring 34 by means of the magnetic core 32 against a diameter jump (without reference numeral) of a housing-fixed sleeve 38 pressed. Along a central area of the longitudinal axis 12 is one along the longitudinal axis 12 playfully mounted but held radially anchor bolt 40 arranged on which an anchor 42 in the direction of the longitudinal axis 12 slidably arranged. An in 1 lower end area 44 of the anchor 42 can at a valve seat forming a sealing portion 46 of the valve piece 18 rest. The end area 44 forms in this respect a valve element of the servo valve 10 , The magnetic switching element 16 is like the other elements of the servo valve 10 executed substantially rotationally symmetrical, but only the right half of a sectional view is shown in the drawing. A guide diameter of the anchor bolt 40 and a seat diameter in the region of the sealing portion 46 are about the same size.
Das Ventilstück 18 umgrenzt den hydraulischen Steuerraum 20 und den Ventilkolben 22. Der Ventilkolben 22 ist in dem Ventilstück 18 in Richtung der Längsachse 12 verschiebbar und ist, wie bereits oben erwähnt, mit einem nicht dargestellten Ventilelement (Düsen- oder Ventilnadel) gekoppelt. In der Zeichnung oberhalb des Steuerraums 20 ist dieser über eine Ablaufdrossel 48 mit einem Ventilraum 50 verbunden. In der Zeichnung rechts des Steuerraums 20 ist eine Zulaufdrossel 52 angeordnet, durch welche der Steuerraum 20 mit einem unter hohem Druck stehenden Fluid 54 gespeist werden kann. Das Fluid 54 wird beispielsweise von einem nicht gezeigten Common-Rail-Kraftstoffsystem zur Verfügung gestellt. Ein Fluidraum 56, in dem der Anker 42 und der Ankerbolzen 40 angeordnet sind, ist mit einem nicht gezeigten Niederdruckbereich verbunden.The valve piece 18 delimits the hydraulic control room 20 and the valve piston 22 , The valve piston 22 is in the valve piece 18 in the direction of the longitudinal axis 12 displaceable and is, as already mentioned above, coupled to a valve element, not shown (nozzle or valve needle). In the drawing above the control room 20 this is about a drain throttle 48 with a valve chamber 50 connected. In the drawing to the right of the control room 20 is an inlet throttle 52 arranged through which the control room 20 with a high pressure fluid 54 can be fed. The fluid 54 is provided for example by a common-rail fuel system, not shown. A fluid room 56 in which the anchor 42 and the anchor bolt 40 are arranged is connected to a low pressure region, not shown.
Solange die Spule 30 nicht bestromt ist, wird der Endbereich 44 durch eine nicht gezeigte Ventilfeder gegen den Dichtabschnitt 46 gedrückt, das Servoventil 10 ist also geschlossen. Aufgrund der Druckverhältnisse im Steuerraum 20 wird der Ventilkolben 22 in der Zeichnung nach unten gedrückt, so dass die (nicht dargestellte) Ventilnadel schließt. Wird die Spule 30 bestromt, so wird der Anker 42 durch magnetische Kraft in Richtung des Magnetkerns 32 gegen den Ankeranschlag 36 bewegt. Hierdurch strömt Fluid aus dem Steuerraum 20 zum Fluidraum 56 hin ab, so dass der Druck im Steuerraum 20 sinkt und sich die Ventilnadel mit dem Ventilkolben 22 in 1 nach oben bewegen und öffnen kann. Die Kraftstoff-Einspritzung beginnt. Zum Schließen wird die Bestromung der Spule 30 beendet. Durch die Ventilfeder wird der Endbereich 44 wieder gegen den Dichtabschnitt 46 gedrückt, das Servoventil 10 schließt also, und das Abströmen von Fluid aus dem Steuerraum 20 wird beendet. Da weiterhin Fluid über die Zulaufdrossel 52 in den Steuerraum 20 nachströmt, werden der Ventilkolben 22 und mit ihm die Ventilnadel in 1 nach unten in Schließrichtung bewegt. Die Kraftstoff-Einspritzung endet.As long as the coil 30 is not energized, the end area 44 by a valve spring, not shown, against the sealing portion 46 pressed, the servo valve 10 is closed. Due to the pressure conditions in the control room 20 becomes the valve piston 22 pressed down in the drawing so that the (not shown) valve needle closes. Will the coil 30 energized, it becomes the anchor 42 by magnetic force in the direction of the magnetic core 32 against the anchor stop 36 emotional. As a result, fluid flows from the control room 20 to the fluid space 56 down, leaving the pressure in the control room 20 and the valve needle sinks with the valve piston 22 in 1 can move up and open. The fuel injection begins. To close the energization of the coil 30 completed. The valve spring becomes the end area 44 again against the sealing section 46 pressed, the servo valve 10 thus closes, and the outflow of fluid from the control room 20 will be terminated. There continues to be fluid through the inlet throttle 52 in the control room 20 nachströmt, the valve piston 22 and with him the valve needle in 1 moved down in the closing direction. The fuel injection ends.
Der Schließzeitpunkt des Kraftstoffeinspritzventils 11 kann ermittelt werden, indem der Verlauf der Kraft, die der Ankerbolzen 40 gegen den kraftempfindlichen Wandler 26 ausübt, ausgewertet wird. Durch eine solche Kraft bzw. Kraftänderung wird in dem letzteren eine Spannung aufgebaut oder ein Stromimpuls erzeugt oder es erfolgt eine Änderung eines passiven Parameters des Sensors, beispielsweise seines Widerstands oder seiner Kapazität, wodurch ein Sensorsignal erzeugt wird. Das Sensorsignal kann mittels einer elektrischen Schaltung, wie sie nachfolgend in der 4 beschrieben wird, erfasst werden.The closing time of the fuel injection valve 11 can be determined by the course of force, the anchor bolt 40 against the force sensitive transducer 26 exercises and evaluates. By such a force or force change, a voltage is built up in the latter or generates a current pulse or there is a change of a passive parameter of the sensor, for example its resistance or its capacitance, whereby a sensor signal is generated. The sensor signal can by means of an electrical circuit, as described below in the 4 is described.
Der kraftempfindliche Wandler 26 kann auch als ein Sensor ausgeführt sein, welcher alternativ oder ergänzend eine Kraft und/oder einen Druck des Fluids 54 und/oder einen Körperschall der Abstützplatte 14 bzw. eines Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils 11 erfasst, so dass daraus ebenfalls die Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte des Servoventils 10 ermittelt werden können. Der kraftempfindliche Wandler 26 wird deshalb nachfolgend verallgemeinert als Sensor 26 bezeichnet.The force sensitive transducer 26 can also be designed as a sensor, which alternatively or additionally a force and / or pressure of the fluid 54 and / or a structure-borne noise of the support plate 14 or a housing of the fuel injection valve 11 detected, so that also the opening times and / or closing times of the servo valve 10 can be determined. The force sensitive transducer 26 is therefore generalized below as a sensor 26 designated.
2 zeigt einen zeitlichen Zusammenhang zwischen dem Druck 160 in dem Ventilraum 50, dem Druck 60 in dem Steuerraum 20 und dem Hub 62 des Ventilkolbens 22 bzw. der damit verbundenen Ventilnadel. In einem oberen Diagramm der 2 sind an der Ordinate der Druck 60 in dem Steuerraum 20 sowie der Druck 160 in dem Ventilraum 50 aufgetragen, und in einem unteren Diagramm ist an der Ordinate der Hub 62 des Ventilkolbens 22 aufgetragen. Dabei ist der Druck 60 durch eine durchgezogene Linie, der Druck 160 durch eine strichlierte Linie dargestellt. Vorliegend bedeutet ein Hub 62 von null ein geschlossenes Einspritzventil. Beide Diagramme weisen auf der Abszisse einen zueinander gleichen Zeitmaßstab t auf. 2 shows a temporal relationship between the pressure 160 in the valve room 50 , the print 60 in the control room 20 and the hub 62 of the valve piston 22 or the associated valve needle. In an upper diagram of the 2 are at the ordinate the pressure 60 in the control room 20 as well as the pressure 160 in the valve room 50 plotted, and in a lower diagram, the ordinate is the stroke 62 of the valve piston 22 applied. Here is the pressure 60 through a solid line, the pressure 160 represented by a dashed line. In the present case, a hub means 62 from zero a closed injection valve. Both diagrams have on the abscissa an equal time scale t.
Man erkennt, dass sowohl zu Beginn der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 22 in einem Zeitpunkt ta als auch am Ende der Schließbewegung in einem Zeitpunkt tb der Verlauf des Drucks 60 deutlich sichtbare Veränderungen erfährt. Unmittelbar vor dem Öffnen zum Zeitpunkt ta ergibt sich ein plötzlicher Druckabfall, beim Schließen zum Zeitpunkt tb erfolgt ein plötzlicher Druckanstieg. Der Druck 160 im Ventilraum 50, der bei geschlossenem Servoventil 10 mit dem Druck 60 im Steuerraum 20 identisch ist, wirkt über den Ankerbolzen 40 auf den kraftempfindlichen Wandler 26, und kann somit in ein Sensorsignal umgewandelt werden, so dass die Veränderungen des Drucks 160 sich im Sensorsignal abbilden und somit für eine Ermittlung beispielsweise des Schließzeitpunktes ausgewertet werden können.It can be seen that both at the beginning of the opening movement of the valve piston 22 at a time ta as well as at the end of the closing movement at a time tb the course of the pressure 60 undergoes clearly visible changes. Immediately before opening at time ta, there is a sudden pressure drop, and when closing at time tb, there is a sudden increase in pressure. The pressure 160 in the valve room 50 that is closed servo valve 10 with the pressure 60 in the control room 20 is identical, acts on the anchor bolt 40 on the force sensitive transducer 26 , and thus can be converted into a sensor signal, so that the changes in pressure 160 can be reflected in the sensor signal and thus can be evaluated for a determination, for example, the closing time.
3 zeigt ein vereinfachtes schematisches Ausführungsbeispiel zum Anschluss der Sensoreinrichtung 70 und eines Aktors 80 in einem Gehäuse 64 des Kraftstoffeinspritzventils 11. Der Aktor 80 kann die vorgenannte Spule 30 umfassen, jedoch auch andere oder weitere Elemente. Die Anschlüsse HS und LS des Aktors 80 sind isoliert aus dem Gehäuse 64 des Kraftstoffeinspritzventils 11 heraus geführt. Der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Anschluss HS des Aktors 80 elektrisch leitend verbunden, der weitere Anschluss 70b des Sensors 26 ist elektrisch leitend mit einem elektrisch leitenden Abschnitt 66 des Gehäuses 64 niederohmig verbunden. Das Gehäuse 64 wiederum ist mit einem Bezugspotential 88, welche vorliegend ein Massepotential eines das Kraftstoffeinspritzventil 11 enthaltenden Kraftfahrzeugs ist, elektrisch leitend verbunden. Dies erfolgt mittels der mechanischen Befestigung des Kraftstoffeinspritzventils 11, welches beispielsweise in einen Motorblock eingeschraubt ist. Dies ist in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt. 3 shows a simplified schematic embodiment for connecting the sensor device 70 and an actor 80 in a housing 64 of the fuel injection valve 11 , The actor 80 can the aforementioned coil 30 include, but other or further elements. The connections HS and LS of the actuator 80 are isolated from the housing 64 of the fuel injection valve 11 led out. The connection 70a the sensor device 70 is connected to the HS connection of the actuator 80 electrically connected, the further connection 70b of the sensor 26 is electrically conductive with an electrically conductive portion 66 of the housing 64 low impedance connected. The housing 64 in turn, is with a reference potential 88 , Which in the present case a ground potential of the fuel injection valve 11 containing motor vehicle is electrically connected. This is done by means of the mechanical attachment of the fuel injection valve 11 , which is screwed for example in an engine block. This is not shown in the drawing.
Der Sensor 26 ermittelt entsprechend der Darstellung von 2 den Druck 160 in dem Ventilraum 50 des Servoventils 10. Über den Anschluss HS bzw. LS des Aktors 80 kann ein Signal des Sensors 26 ermittelt werden, indem ein elektrisches Potential am Anschluss HS bzw. LS des Aktors erfasst wird. Durch die Anordnung des Sensors 26 innerhalb des Gehäuses 64 ist die Signalermittlung besonders robust und unempfindlich gegen störende elektromagnetische Einkopplungen.The sensor 26 determined according to the representation of 2 the pressure 160 in the valve room 50 of the servo valve 10 , Via the connection HS or LS of the actuator 80 can be a signal from the sensor 26 be determined by an electrical potential at the terminal HS or LS of the actuator is detected. By the arrangement of the sensor 26 inside the case 64 the signal detection is particularly robust and insensitive to interfering electromagnetic couplings.
Die nachfolgend zu den 4 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen des Kraftstoffeinspritzventils 11 sind selbstverständlich nicht auf die vorstehend zu den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen des Servoventils sowie der dazu beschriebenen Verfahren beschränkt. Die Spule 30 wird daher nachstehend allgemein als Aktor 80 bezeichnet. The following to the 4 to 6 described embodiments of the fuel injection valve 11 are of course not on the above to the 1 to 3 described embodiments of the servo valve and the method described thereto. The sink 30 is therefore generally referred to as an actor 80 designated.
4 zeigt ein schematisches Schaltbild mit dem Kraftstoffeinspritzventil 11 und einer elektrischen Schaltung 100 zur Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 11. Das Kraftstoffeinspritzventil 11 umfasst den Aktor 80 und die Sensoreinrichtung 70. Die Sensoreinrichtung 70 umfasst den Sensor 26 mit Anschlüssen 26a und 26b und eine in Serie zu dem Sensor 26 geschaltete Überstromschutzeinrichtung 90 mit Anschlüssen 90a und 90b. Der Anschluss 90b der Überstromschutzeinrichtung 90 ist mit dem Anschluss 26a des Sensors verbunden. 4 shows a schematic circuit diagram with the fuel injection valve 11 and an electrical circuit 100 for controlling the fuel injection valve 11 , The fuel injector 11 includes the actor 80 and the sensor device 70 , The sensor device 70 includes the sensor 26 with connections 26a and 26b and one in series with the sensor 26 Switched overcurrent protection device 90 with connections 90a and 90b , The connection 90b the overcurrent protection device 90 is with the connection 26a connected to the sensor.
Alternativ zu der gezeigten Sensoreinrichtung 70 kann die Position des Sensors 26 und der Überstromschutzeinrichtung 90 vertauscht sein, wobei der Sensor 26 mit seinem Anschluss 26a direkt mit dem Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 verbunden ist und die Überstromschutzeinrichtung 90 mit ihrem Anschluss 90b mit dem Anschluss 70b der Sensoreinrichtung 70 und damit mit dem Bezugspotential 88 verbunden ist. Intern sind in diesem Fall der Anschluss 26b des Sensors 26 und der Anschluss 90a der Überstromschutzeinrichtung 90 miteinander verbunden. Selbstverständlich können sich zwischen der Sensoreinrichtung 70 und den Anschlüssen HS oder LS und zwischen der Sensoreinrichtung 70 und dem Bezugspotential 88 weitere Bauelemente wie Widerstände, Spulen oder Kapazitäten befinden. Auch zwischen der Überstromschutzeinrichtung 90 und dem Sensor 26 können sich weitere Bauelemente befinden.Alternatively to the sensor device shown 70 can change the position of the sensor 26 and the overcurrent protection device 90 be reversed, with the sensor 26 with his connection 26a directly to the connection 70a the sensor device 70 is connected and the overcurrent protection device 90 with her connection 90b with the connection 70b the sensor device 70 and thus with the reference potential 88 connected is. Internal are in this case the connection 26b of the sensor 26 and the connection 90a the overcurrent protection device 90 connected with each other. Of course, between the sensor device 70 and the terminals HS or LS and between the sensor device 70 and the reference potential 88 other components such as resistors, coils or capacitors are located. Also between the overcurrent protection device 90 and the sensor 26 there may be other components.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 nicht mit dem Anschluss HS des Aktors 80, wie in 4 verbunden, sondern der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Anschluss LS des Aktors 80 verbunden. In an alternative embodiment, the port is 70a the sensor device 70 not with the HS connection of the actuator 80 , as in 4 connected but the connection 70a the sensor device 70 is with the connection LS of the actuator 80 connected.
In der 4 links von einer senkrechten gestrichelten Linie 84 befindet sich das Kraftstoffeinspritzventil 11. Die Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Anschluss 70a an den Anschluss HS des Aktors 80 angeschlossen, und mit dem Anschluss 70b an das Bezugspotential 88 angeschlossen. Der Bereich zwischen der senkrecht gestrichelten Linie 84 und einer senkrecht gestrichelten Linie 82 repräsentiert einen (nicht explizit gezeichneten) Kabelbaum, der unter anderem Ansteuerleitungen 76 und 77 umfasst. Ein Pfeil 98 symbolisiert die Verbindung des Bezugspotentials 88 beziehungsweise der Fahrzeugmasse zwischen dem Kraftstoffeinspritzeinventil 11 und einer Masse der elektrischen Schaltung 100. Diese Verbindung erfolgt parallel über die Karosserie des Fahrzeugs und über eine Masseleitung innerhalb des Kabelbaums. In the 4 to the left of a vertical dashed line 84 is the fuel injector 11 , The sensor device 70 is with the connection 70a to the HS connection of the actuator 80 connected, and with the connection 70b to the reference potential 88 connected. The area between the vertical dashed line 84 and a vertical dashed line 82 represents a (not explicitly drawn) wiring harness, which among other control lines 76 and 77 includes. An arrow 98 symbolizes the connection of the reference potential 88 or the vehicle mass between the Kraftstoffeinspritzitzeinventil 11 and a ground of the electrical circuit 100 , This connection is made in parallel via the body of the vehicle and via a ground wire inside the wiring harness.
In der 4 rechts von einer Linie 82 befindet sich die elektrische Schaltung 100. Die elektrische Schaltung 100 dient dazu, den Aktor 80 anzusteuern sowie ein Signal des Sensors 26 beispielsweise über ein Potential U76 und/oder ein Potential U77 zu erfassen. In the 4 right from a line 82 is the electrical circuit 100 , The electrical circuit 100 serves the actor 80 to control and a signal from the sensor 26 for example, to detect a potential U 76 and / or a potential U 77 .
In einer ersten Phase wird der Aktor 80 mittels der elektrischen Schaltung 100 bestromt. Dies geschieht dadurch, dass die elektrische Schaltung den Aktor 80 an eine ansteuernde Quelle anschaltet, das heißt, niederohmig mit der Quelle verbindet. In Verbindung mit 1 wird die Spule 30 daher bestromt und das Servoventil 10 kann in eine Arbeitsstellung gebracht werden. Selbstverständlich lässt sich das dargestellte Prinzip auch auf andere Aktoren übertragen. In a first phase, the actor becomes 80 by means of the electrical circuit 100 energized. This happens because the electrical circuit is the actuator 80 to a driving source turns on, that is, low resistance connects to the source. Combined with 1 becomes the coil 30 therefore energized and the servo valve 10 can be placed in a working position. Of course, the illustrated principle can also be transferred to other actuators.
In einer zweiten Phase wird der Aktor 80 mittels der elektrischen Schaltung 100 von der ansteuernden Quelle entkoppelt. Der Strom in dem Aktor 80 wird zu Null, und in Verbindung mit 1 kann das Servoventil 10 seine Ruhestellung einnehmen. In a second phase, the actor 80 by means of the electrical circuit 100 decoupled from the driving source. The current in the actuator 80 becomes zero, and in conjunction with 1 can the servo valve 10 take his rest position.
In einer dritten Phase wird ein Messzustand hergestellt, in dem eine nicht weiter erläuterte Auswerteschaltung innerhalb der elektrischen Schaltung 100 aktiviert wird. Dies kann auch unabhängig davon erfolgen, ob und wie weit die Restenergie des Aktors 80 in der vorangegangenen zweiten Phase tatsächlich abgeklungen ist. Der Übergang von der zweiten zur dritten Phase kann also nach Bedarf willkürlich gewählt werden. Alternativ kann die nicht weiter erläuterte Auswerteschaltung innerhalb der elektrischen Schaltung 100 auch ständig aktiv sein.In a third phase, a measurement state is established, in which an evaluation circuit, not further explained, is disposed within the electrical circuit 100 is activated. This can also be done regardless of whether and how far the residual energy of the actuator 80 has actually subsided in the previous second phase. The transition from the second to the third phase can thus be chosen arbitrarily as needed. Alternatively, the not further explained evaluation circuit within the electrical circuit 100 also be constantly active.
Die nicht näher erläuterte Auswerteschaltung in der elektrischen Schaltung 100 erfasst die Potentiale U76 und/oder U77 der Ansteuerleitungen 76 und/oder 77 gegen das Bezugspotential 88, um ein durch die Sensoreinrichtung 70 beziehungsweise den Sensor 26 erzeugtes Spannungssignal oder Stromsignal zu ermitteln. Es kann auch genügen, allein das Potential U76 oder allein das Potential U77 auszuwerten. In Abhängigkeit von der vorstehenden Auswertung des Potentials U76 und/oder des Potentials U77 erzeugt die elektrische Schaltung 100 ein Signal 92, das in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors 26 gebildet wird und das das Signal des Sensors 26 in dem Messzustand abbildet. The unspecified evaluation circuit in the electrical circuit 100 detects the potentials U 76 and / or U 77 of the control lines 76 and or 77 against the reference potential 88 to enter through the sensor device 70 or the sensor 26 to determine generated voltage signal or current signal. It may also suffice to evaluate the potential U 76 alone or the potential U 77 alone. In dependence on the above evaluation of the potential U 76 and / or the potential U 77 generates the electrical circuit 100 a signal 92 , which depends on the signal of the sensor 26 is formed and that the signal of the sensor 26 in the measuring state.
Liegt nun ein Kurzschluss des Sensors 26 vor, das heißt, die Anschlüsse 26a und 26b des Sensors werden im Wesentlichen direkt miteinander verbunden oder der Anschluss 26a des Sensors 26 wird mit dem Bezugspotential 88 oder mit dem Anschluss LS des Aktors 80 verbunden, so sorgt die Überstromschutzeinrichtung 90 dafür, dass der Sensor 26 vom Aktor 80 getrennt wird. Hierbei wird der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 vom Sensor 26 getrennt. Damit entspricht in der dritten Phase das elektrische Potential U76 im Falle des Kurzschlusses des Sensors 26, das heißt bei abgetrenntem Sensor 26, im Wesentlichen dem Potential, welches bei abgetrennter Sensoreinrichtung 70 von der elektrischen Schaltung 100 bzw. vom Aktor 80 wird. Dieses elektrische Potential U76, das bei abgetrennter Sensoreinrichtung in der elektrischen Schaltung 100 vorliegt, weist einen anderen zeitlichen Verlauf auf als das bei funktionierendem und mit dem Aktor 80 verbundenen Sensor 26 vorliegende Potential bei nicht-vorliegendem Kurzschluss des Sensors 26. Von der elektrischen Schaltung 100 wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential U76 oder von dem Verlauf des elektrischen Potentials U76 der Kurzschluss des Sensors 26 ermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Kurzschluss wird ein Fehlersignal 94 erzeugt. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26 wird die erste Phase zur Ansteuerung des Aktors 80 unabhängig von dem in der dritten Phase ermittelten Verlauf des Potentials U76 durchgeführt. Is now a short circuit of the sensor 26 before, that is, the connections 26a and 26b of the sensor are essentially connected directly to each other or the connection 26a of the sensor 26 becomes with the reference potential 88 or with the LS connection of the actuator 80 connected, so ensures the overcurrent protection device 90 for that the sensor 26 from the actor 80 is disconnected. Here is the connection 70a the sensor device 70 from the sensor 26 separated. Thus, in the third phase corresponds to the electric potential U 76 in the case of short circuit of the sensor 26 that is, with the sensor disconnected 26 , Essentially the potential, which with separated sensor device 70 from the electrical circuit 100 or from the actuator 80 becomes. This electrical potential U 76 , the separated sensor device in the electrical circuit 100 is present, has a different time course than that in functioning and with the actuator 80 connected sensor 26 present potential in the absence of short circuit of the sensor 26 , From the electrical circuit 100 becomes depending on the electric potential U 76 or of the profile of the electric potential U 76 of the short circuit of the sensor 26 determined. Depending on the detected short circuit becomes an error signal 94 generated. In case of a short circuit of the sensor 26 becomes the first phase to control the actuator 80 independently of the course of the potential U 76 determined in the third phase.
In einem Normalbetrieb wird der Aktor 80 in der ersten Phase in Abhängigkeit von dem in der dritten Phase bzw. in einer der zuvor durchgeführten dritten Phasen ermittelten Potential U76, U77, insbesondere in Abhängigkeit von einem aus dem Potential U76, U77 ermittelten Schließzeitpunkt einer nicht dargestellten Ventilnadel, angesteuert. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26, d.h. in einem Kurzschlussbetrieb, wird der Aktor 80 in der ersten Phase unabhängig von dem zuvor in der dritten Phase bzw. in einer der dritten Phasen ermittelten Potential 26 angesteuert. In normal operation, the actuator becomes 80 in the first phase as a function of the determined in the third phase or in one of the previously performed third phase potential U 76 , U 77 , in particular in response to a determined from the potential U 76 , U 77 closing time of a valve needle, not shown, controlled , In case of a short circuit of the sensor 26 , ie in a short-circuit operation, the actuator becomes 80 in the first phase, independently of the potential previously determined in the third phase or in one of the third phases 26 driven.
Die vorstehenden Ausführungen bezüglich des Potentials U76 lassen sich auf die Ausführungsform, bei der das Potential U77 ausgewertet wird, entsprechend übertragen. Die vorstehenden Ausführungen sowie deren Übertragung auf das Potential U77 gelten unabhängig davon, ob die Sensoreinrichtung 70 mit ihrem Anschluss 70a mit dem Anschluss HS oder dem Anschluss LS des Aktors 80 verbunden ist.The above statements regarding the potential U 76 can be correspondingly transmitted to the embodiment in which the potential U 77 is evaluated. The above statements and their transfer to the potential U 77 apply regardless of whether the sensor device 70 with her connection 70a with the connection HS or the connection LS of the actuator 80 connected is.
Die Überstromschutzeinrichtung 90 ist derart ausgebildet, dass in dem Normalbetrieb die über den Sensor 26 fließenden Ströme keine Abtrennung des Sensors 26 von dem Aktor 80 zur Folge haben. Bei einem Kurzschlussfall fließen erhöhte Ströme über den Sensor 26 bzw. über den entstandenen Kurzschlusspfad und die Überstromschutzeinrichtung 90. Die Überstromschutzeinrichtung 90 sorgt dann für ein Abtrennen des Sensors 26 von dem Aktor 80. Im Kurzschlussfall des Sensors 26 unterbricht die Überstromschutzeinrichtung 90 den Stromfluss zwischen dem Aktor 80 und dem Sensor 26 allgemein dann, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer bestimmten Zeitdauer überschreitet.The overcurrent protection device 90 is designed such that in the normal mode that via the sensor 26 flowing currents no separation of the sensor 26 from the actor 80 have as a consequence. In the event of a short circuit, increased currents flow through the sensor 26 or via the resulting short circuit path and the overcurrent protection device 90 , The overcurrent protection device 90 then ensures a separation of the sensor 26 from the actor 80 , In case of short circuit of the sensor 26 interrupts the overcurrent protection device 90 the current flow between the actuator 80 and the sensor 26 in general, when the current exceeds a certain value during a certain period of time.
In dem Normalbetrieb des Schaltglieds 16 wird der Aktor 80 in der ersten Phase in Abhängigkeit von dem in der dritten Phase ermittelten Potential U76 angesteuert. Im Falle eines Kurzschlusses wird die Ansteuerung des Aktors in der ersten Phase unabhängig von dem in der dritten Phase ermittelten Potential U76 durchgeführt. Die Überstromschutzeinrichtung 90 befindet sich entweder zwischen dem Gehäuse 64 und dem Sensor 26 oder zwischen dem Sensor 26 und dem Aktor 80 bzw. dem Anschluss HS, LS des Aktors 80.In the normal operation of the switching element 16 becomes the actor 80 in the first phase as a function of the potential U 76 determined in the third phase. In the case of a short circuit, the activation of the actuator in the first phase is performed independently of the potential U 76 determined in the third phase. The overcurrent protection device 90 is located either between the housing 64 and the sensor 26 or between the sensor 26 and the actor 80 or the connection HS, LS of the actuator 80 ,
Von der elektrischen Schaltung 100 wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential U76, U77 oder dem Verlauf des elektrischen Potentials U76, U77 der Kurzschluss des Sensors 26 in der dritten Phase ermittelt. In der dritten Phase entspricht das elektrische Potential U76, U77 im Falle des Kurzschlusses des Sensors 26 im Wesentlichen dem Potential U76, U77, welches bei abgetrennter Sensoreinrichtung 26 von der elektrischen Schaltung 100 bzw. vom Aktor 80 vorgegeben wird.From the electrical circuit 100 is in response to the electrical potential U 76 , U 77 or the course of the electrical potential U 76 , U 77, the short circuit of the sensor 26 determined in the third phase. In the third phase corresponds to the electrical potential U 76 , U 77 in the case of short circuit of the sensor 26 essentially the potential U 76 , U 77 , which with separated sensor device 26 from the electrical circuit 100 or from the actuator 80 is given.
5 zeigt eine erste Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung 90. Die Überstromschutzeinrichtung 90 ist als ein dünner Leiterbahnabschnitt 102 einer Leiterbahn ausgeführt. Die Leiterbahn befindet sich auf einer Leiterplatte. Die Leiterbahn erstreckt sich längs in einer Richtung 104. Der dünne Leiterbahnabschnitt 102 zeichnet sich durch eine reduzierte Breite 106 über eine bestimmte Länge der Leiterbahn entlang der Richtung 104 aus. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26 erhöht sich der Strom durch den dünnen Leiterbahnabschnitt 102. Die entstehende Erwärmung und Überhitzung führt zur Zerstörung des Leiterbahnabschnitts 102 und damit der Überstromschutzeinrichtung 90. 5 shows a first embodiment of the overcurrent protection device 90 , The overcurrent protection device 90 is as a thin trace section 102 a conductor track executed. The conductor is located on a circuit board. The track extends longitudinally in one direction 104 , The thin conductor track section 102 characterized by a reduced width 106 over a certain length of the track along the direction 104 out. In case of a short circuit of the sensor 26 the current increases through the thin track section 102 , The resulting heating and overheating leads to the destruction of the conductor track section 102 and thus the overcurrent protection device 90 ,
6 zeigt eine andere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung 90 mit zwei antiparallel geschalteten Dioden 108 und 110. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26 werden die Dioden 108 und 110 überlastet und öffnen sich. Die beiden Dioden 108 und 110 können als gemeinsames oder als separate Halbleiterbauelemente ausgeführt sein. 6 shows another embodiment of the overcurrent protection device 90 with two antiparallel connected diodes 108 and 110 , In case of a short circuit of the sensor 26 become the diodes 108 and 110 overloaded and open. The two diodes 108 and 110 may be implemented as common or as separate semiconductor devices.
Eine weitere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung 90 betrifft einen nicht dargestellten dünnen Draht, der im Kurschlussfall mit einem überhöhten Strom belastet und damit zerstört wird. Another embodiment of the overcurrent protection device 90 relates to a thin wire, not shown, which is loaded in the event of a short circuit with an excessive current and thus destroyed.
Eine weitere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung ist eine Schmelzsicherung, bei der ein Schmelzleiter durch Abschmelzen den Stromfluss im Kurzschlussfall unterbricht.Another embodiment of the overcurrent protection device is a fuse in which a fusible conductor interrupts the flow of current in the event of a short circuit by melting.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102010063681 [0004] DE 102010063681 [0004]
