DE102007009428A1

DE102007009428A1 - Bei Konstantem Strom und Nullspannung Schaltender Induktionsheizer-Treiber für Einspritzung mit Variablem Strahl

Info

Publication number: DE102007009428A1
Application number: DE102007009428A
Authority: DE
Inventors: Perry Robert Czimmek
Original assignee: Siemens VDO Automotive Corp
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2027-02-24
Also published as: DE102007009428B4; JP2007234596A; US20070200006A1; JP5111888B2; US7628340B2

Abstract

Ein elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit variablem Strahl verwendet einen spannungsfrei schaltenden Oszillator, welcher an einen eingebetteten multifunktionalen Signaltrenner impedanzangepasst ist und mit einem auf herkömmliche Weise implementierten elektronischen Kraftstoffeinspritzventil-Treiber integriert ist. Der Induktionsheizer-Treiber vervielfacht bei Empfang eines Einschaltsignals eine Versorgungsspannung über eine selbstschwingende Reihenresonanz und koppelt die Hochfrequenzenergie mit einem Hochpassfilter, derart, dass die Nutzenergie in einer entsprechenden Verlustkomponente genutzt wird, so dass Kraftstoff im Inneren einer Kraftstoffkomponente auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennr. 60/777,084 mit dem Titel "Constant Current Zero-Voltage Switching Induction Heater Driver for Variable Spray Injection", die am 27. Februar 2006 eingereicht wurde und deren Inhalt hiermit in seiner Gesamtheit durch Querverweis einbezogen wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftstoffeinspritzventile mit beheizter Spitze und spezieller ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln und Ansteuern eines induktiv beheizten Kraftstoffeinspritzventils.
Hintergrund der Erfindung
Es besteht ein ständiger Bedarf an Verbesserungen der Emissionsqualität von Verbrennungskraftmaschinen. Gleichzeitig wird gefordert, die Anlasszeiten der Motoren und die Zeit vom Einschalten der Zündung bis zum Anfahren auf ein Minimum zu begrenzen, unter Beibehaltung eines möglichst sparsamen Kraftstoffverbrauchs. Diese Erfordernisse gelten sowohl für Motoren, die mit alternativen Kraftstoffen wie etwa Ethanol betrieben werden, als auch für diejenigen, die mit Benzin betrieben werden.
Während des Anlassens eines Motors bei niedriger Temperatur ist die Verbrennungskraftmaschine mit herkömmlicher Funkenzündung durch hohe Kohlenwasserstoffemissionen und eine schlechte Zündung und Brennbarkeit des Kraftstoffes gekennzeichnet. Falls der Motor nicht bereits nach Abstellen und Hot Soak (Heiß-/Warmabstellen) eine hohe Temperatur aufweist, kann die Anlasszeit übermäßig lang sein, oder der Motor springt überhaupt nicht an. Bei höheren Drehzahlen und Lasten erhöht sich die Betriebstemperatur, und die Zerstäubung des Kraftstoffes und das Mischen verbessern sich.
Während eines tatsächlichen Motorkaltstarts hinterlässt die Anreicherung, die notwendig ist, um das Anlassen zu bewerkstelligen, ein nichtstöchimetrisches Gemisch, das sich in hohen Kohlenwasserstoffemissionen am Auspuffendrohr äußert. Die höchsten Emissionen erfolgen während der ersten paar Minuten des Betriebs des Motors, nach denen der Katalysator und der Motor ihre Betriebstemperatur erreichen. Was mit Ethanolkraftstoff betriebene Fahrzeuge anbelangt, so wird, wenn sich der prozentuale Anteil von Ethanol im Kraftstoff auf 100 erhöht, die Kaltstartfähigkeit immer weiter verringert, was einige Hersteller veranlasst, ein Zweikraftstoffsystem vorzusehen, bei welchem der Motor mit herkömmlichem Benzin gestartet wird und der laufende Motor mit der Ethanol-Kraftstoffsorte betrieben wird. Solche Systeme sind teuer und redundant.
Eine andere Lösung für das Problem der Kaltstartemissionen und Anlassschwierigkeiten bei niedrigen Temperaturen besteht darin, den Kraftstoff auf eine Temperatur vorzuwärmen, bei welcher der Kraftstoff schnell verdampft oder sofort verdampft ("Flash-Boiling" [Sofortiges Sieden]), wenn sein Druck auf Krümmerdruck oder atmosphärischen Druck verringert wird. Das Vorwärmen des Kraftstoffes simuliert einen warmen Motor, soweit es den Zustand des Kraftstoffes anbelangt.
Es wurde eine Reihe von Verfahren zum Vorwärmen vorgeschlagen, von denen die meisten das Vorwärmen in einem Kraftstoffeinspritzventil beinhalten. Kraftstoffeinspritzventile sind weit verbreitet, um Kraftstoff in den Ansaugkrümmer oder die Zylinder von Kraftfahrzeugmotoren zu dosieren. Kraftstoffeinspritzventile umfassen normalerweise ein Gehäuse, das eine Menge von unter Druck stehendem Kraftstoff enthält, einen Kraftstoffeinlassabschnitt, einen Düsenabschnitt, der ein Nadelventil enthält, und einen elektromechanischen Aktor wie etwa eine elektromagnetische Spule, einen piezoelektrischen Aktor oder einen anderen Mechanismus zur Betätigung des Nadelventils. Wenn das Nadelventil betätigt wird, wird der unter Druck stehende Kraftstoff durch eine Öffnung im Ventilsitz hindurch ausgespritzt und in den Motor eingespritzt.
Ein Verfahren, welches beim Vorwärmen von Kraftstoff angewendet worden ist, besteht darin, einen Keramikheizer mit positivem Temperaturkoeffizienten vorzusehen, der in ein Kraftstoffeinspritzventil integriert ist, um den Kraftstoff zu erwärmen, der den Heizer umgibt. Ein beispielhaftes Kraftstoffeinspritzventil mit einem Keramikheizer wird in der US-Patentschrift Nr. 6,102,303 beschrieben. Ein anderes Verfahren besteht in der Verwendung eines widerstandsbeheizten Kapillarrohres, durch welches Kraftstoff geleitet wird, um den Kraftstoff zu erwärmen, so dass er verdampft. Ein beispielhafter Aerosolgenerator, der ein beheiztes Kapillarrohr enthält, wird in der US-Patentschrift Nr. 6,681,769 beschrieben. Diese beiden Lösungen erfordern elektrische Verbindungen, welche durch die Wand des Einspritzventils hindurch in den Kraftstoffdurchlass führen, was zu einer erhöhten Gefahr des Auslaufens von Kraftstoff führt. Diese Verfahren erfordern ferner separate Leiter, um den Heizer des Einspritzventils mit Strom zu versorgen, wodurch Kabelbäume und Verbinder komplizierter werden.
Ein anderes Verfahren zum Vorwärmen von Kraftstoff besteht darin, mit einem zeitvarianten Magnetfeld induktiv Energie in das Einspritzventil zu koppeln. Dies kann bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines hermetisch abgedichteten Kraftstoffdurchlasses geschehen, da keine elektrische Durchführung notwendig ist. Die Energie wird im Inneren einer Komponente in Wärme umgewandelt, welche hinsichtlich ihrer Geometrie und ihres Materials geeignet ist, durch die Hystereseverluste und Wirbelstromverluste, die durch das zeitvariante Magnetfeld induziert werden, erwärmt zu werden.
Der induktive Kraftstoffheizer ist nicht nur beim Lösen der oben beschriebenen Probleme im Zusammenhang mit Benzinsystemen von Nutzen, sondern auch beim Vorwärmen von Ethanolkraftstoffen, um ein erfolgreiches Anlassen ohne ein redundantes Benzinkraftstoffsystem zu bewerkstelligen.
Da bei dem Verfahren der induktiven Erwärmung ein zeitvariantes Magnetfeld verwendet wird, muss das System Elektronik enthalten, um einer Induktionsspule in dem Kraftstoffeinspritzventil einen geeigneten hochfrequenten Wechselstrom zur Verfügung zu stellen.
Eine herkömmliche induktive Erwärmung wird mit einem "harten Schalten" (Hard Switching) von Leistung durchgeführt, oder einem Schalten, wenn sowohl Spannung als auch Strom in dem Schaltgerät von null verschieden ist. Normalerweise erfolgt das Schalten mit einer Frequenz, die der Eigenresonanzfrequenz eines Resonators, oder Leistungsschwingkreises, nahe kommen. Der Resonator enthält einen Induktor und einen Kondensator, welche so gewählt und optimiert sind, dass sie bei einer Frequenz in Resonanz sind, die geeignet ist, die Energiekopplung in die beheizte Komponente zu maximieren.
Die Eigenresonanzfrequenz eines Leistungsschwingkreises ist fr =1/(2π√LC), wobei L die Induktivität des Schwingkreises und C die Kapazität des Schwingkreises ist. Die Spitzenspannung bei Resonanz wird durch die Energieverluste des Induktors und des Kondensators, oder den Qualitätsminderungsfaktor (Decreased Quality Factor) Q des Schwingkreises, begrenzt. Hartes Schalten kann bei Schaltungen durchgeführt werden, welche Halbbrücken- oder Vollbrückenschaltungen genannt werden und aus einem Paar bzw. zwei Paaren von Halbleiterschaltern bestehen. Die Schalter können von beliebigen Halbleitertypen sein, wie etwa Thyristor, Triac, PNP- oder NPN-Transistor, Darlington-Transistor, FET (Feldeffekttransistor), MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-FET), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, bipolarer Transistor mit isoliertem Gate), oder Vakuum- und Gasrohr-Typen, wie etwa Krytron, Thyratron, Ignitron, Tetroden usw. Ein hartes Schalten von Leistung verursacht die negativen Folgen eines Schaltrauschens und Stromimpulse mit hoher Amplitude bei der Resonanzfrequenz von der Spannungsversorgung, oder Harmonische davon. Außerdem verursacht hartes Schalten einen Verlust von Leistung während des Zeitintervalls des linearen Einschaltens und Ausschaltens, wenn das Schaltgerät weder vollständig leitend noch vollständig isolierend ist. Je höher die Frequenz einer hart geschalteten Schaltung ist, desto größer sind die Schaltverluste.
In einer Motorumgebung sind Kraftstoffeinspritzventile mit den elektronischen Steuergeräten über ein System von Kabelbäumen und Verbindern verbunden. Beheizte Kraftstoffeinspritzventile haben zusätzliche Leiter zum Ansteuern der Heizelemente in den Einspritzventilen erforderlich gemacht. Diese zusätzlichen Leiter haben die Verbinder und Kabelbäume komplizierter gemacht, und sie haben die Kosten und die Anzahl potentieller Ausfallpunkte in dem Leitungssystem erhöht.
Daher besteht gegenwärtig ein Bedarf, eine Kraftstoffeinspritzventil-Heizerschaltung und ein Verfahren zum Ansteuern eines beheizten Kraftstoffeinspritzventils bereitzustellen, bei denen das Schalten bei der niedrigstmöglichen unterbrochenen Leistung erfolgt. Ferner besteht ein Bedarf, die Anzahl der Leiter zu verringern, die für jedes Kraftstoffeinspritzventil verwendet werden. Soweit dem Erfinder bekannt ist, steht derzeit kein solches Steuergerät oder Verfahren zur Verfügung.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber. Der Heizer-Treiber umfasst einen Leistungsschwingkreis, der einen ersten und einen zweiten Knotenpunkt, einen Schwingkreisinduktor und einen Schwingkreiskondensator aufweist, wobei der Schwingkreisinduktor und der Schwingkreiskondensator zwischen dem ersten und dem zweiten Knotenpunkt parallelgeschaltet sind, wobei der Schwingkreisinduktor und der Schwingkreiskondensator Werte haben, die eine Eigenfrequenz definieren, bei welcher eine Spannung zwischen den Knotenpunkten zwischen negativen und positiven Werten oszilliert. Der Heizer-Treiber umfasst ferner eine Verlustausgleich-Stromquelle, die an einen Mittelabgriff des Schwingkreisinduktors angeschlossen ist, und umfasst einen ersten und einen zweiten Oszillatorschalter. Der erste Oszillatorschalter weist einen offenen Zustand auf, bei welchem der erste Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der erste Knotenpunkt geerdet ist. Der erste Oszillatorschalter ist so konfiguriert, dass er den Zustand im Wesentlichen dann wechselt, wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten durch null geht. Der zweite Oszillatorschalter weist einen offenen Zustand auf, bei welchem der zweite Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der zweite Knotenpunkt geerdet ist. Der zweite Oszillatorschalter ist so konfiguriert, dass er den Zustand im Wesentlichen dann wechselt, wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten durch null geht. Der erste und der zweite Oszillatorschalter sind ferner so konfiguriert, dass sie entgegengesetzte Zustände aufrechterhalten.
Die Verlustausgleich-Stromquelle kann einen Stromquelleninduktor umfassen. Der erste und der zweite Oszillatorschalter können MOSFETs oder Geräte vom Typ IGBT enthalten.
Der elektronische Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber kann ferner eine erste Gate-Diode umfassen, die so geschaltet ist, dass sie einen Stromfluss von einem Gate des ersten Oszillatorschalters zum zweiten Knotenpunkt ermöglicht; und eine zweite Gate-Diode, die so geschaltet ist, dass sie einen Stromfluss von einem Gate des zweiten Oszillatorschalters zum ersten Knotenpunkt ermöglicht. In diesem Falle kann der Heizer-Treiber ferner einen ersten Gate-Widerstand umfassen, der das Gate des ersten Oszillatorschalters mit einer Versorgungsspannung verbindet; und einen zweiten Gate-Widerstand, der das Gate des zweiten Oszillatorschalters mit der Versorgungsspannung verbindet.
Der Heizer-Treiber kann ferner einen Erdungsschalter zum selektiven Verbinden und Trennen des ersten und des zweiten Oszillatorschalters mit bzw. von Erde umfassen. Der Heizer-Treiber kann ferner einen Heizer-Treibertransformator umfassen, wobei der Schwingkreisinduktor eine Primärwicklung des Heizer-Treibertransformators umfasst; wobei eine Sekundärwicklung des Heizer-Treibertransformators einen Hochfrequenzinduktionsheizer ansteuert.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem. Das System umfasst ein Kraftstoffeinspritzventil, welches enthält: ein Kraftstoffventil, einen elektromechanischen Aktor, der so beschaffen ist, dass er das Kraftstoffventil selektiv öffnen und schließen kann, wenn dem elektromechanischen Aktor elektrische Gleichstromenergie zugeführt wird, eine Induktionsheizspule zum Erzeugen von Wärme in einem metallischen Element des Kraftstoffeinspritzventils durch ein wechselndes Magnetfeld, wenn der Heizspule elektrische Wechselstromenergie zugeführt wird, und eine erste und eine zweite Einspritzventil-Anschlussklemme, wobei die Induktionsheizspule und der elektromechanische Aktor zwischen der ersten und der zweiten Einspritzventil-Anschlussklemme parallelgeschaltet sind. Das System enthält ferner einen Gleichstromkreis, der mit der ersten und der zweiten Anschlussklemme verbunden ist, zum selektiven Liefern von elektrischer Gleichstromenergie, um den elektromechanischen Aktor zu betätigen, wobei die elektrische GS-Energie im Wesentlichen von einem Hochpassfilter gesperrt wird, das die Induktionsheizspule umfasst. Das System umfasst außerdem einen Wechselstromkreis, der mit der ersten und der zweiten Anschlussklemme verbunden ist, zum selektiven Liefern von elektrischer Wechselstromenergie, um die Induktionsheizspule zu aktivieren, wobei die elektrische WS-Energie im Wesentlichen von einem Tiefpassfilter gesperrt wird, das den elektromechanischen Aktor umfasst.
Der elektromechanische Aktor kann ein Betätigungsmagnet sein, der eine Magnetspule enthält, wobei in diesem Falle das System ferner einen Hochpassfilter-Kondensator enthält, der mit der Induktionsheizspule in Reihe geschaltet ist. Der elektromechanische Aktor kann ein piezoelektrischer Aktor sein, wobei in diesem Falle das System ferner einen Tiefpassfilter-Induktor enthält, der mit dem piezoelektrischen Aktor in Reihe geschaltet ist.
Das beheizte Kraftstoffeinspritzventilsystem kann ferner einen Heizer-Treibertransformator umfassen, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, wobei die Sekundärwicklung des Heizer-Treibertransformators einen Teil des WS-Kreises umfasst und die Primärwicklung des Heizer-Treibertransformators einen Teil eines Leistungsschwingkreises umfasst, wobei der WS-Kreis und der Leistungsschwingkreis im Wesentlichen impedanzangepasst sind.
Das System kann ferner einen Sperr-Induktor umfassen, der mit der zweiten Einspritzventil-Anschlussklemme verbunden ist, wobei die Einspritzventil-Anschlussklemme über den Sperr-Induktor mit Erde verbunden ist, wobei der Sperr-Induktor ein Tiefpassfilter umfasst, um zu verhindern, dass die elektrische WS-Energie im Nebenschluss mit Erde verbunden wird.
Das beheizte Kraftstoffeinspritzventilsystem kann ferner einen Einspritzventil-Treiberschalter zum selektiven Verbinden der elektrischen Gleichstromenergie mit dem elektromechanischen Aktor umfassen. Der Einspritzventil-Treiberschalter kann den elektromechanischen Aktor selektiv mit einer Versorgungsspannungsquelle verbinden. Stattdessen kann der Einspritzventil-Treiberschalter auch den elektromechanischen Aktor selektiv mit Erde verbinden.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Ansteuern eines elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizers unter Verwendung eines Leistungsschwingkreises, der einen ersten und einen zweiten Knotenpunkt und einen Schwingkreisinduktor und einen Schwingkreiskondensator, die zwischen dem ersten und dem zweiten Knotenpunkt parallelgeschaltet sind, aufweist, wobei der Schwingkreisinduktor und der Schwingkreiskondensator Werte haben, die eine Eigenfrequenz definieren, bei welcher eine Spannung zwischen den Knotenpunkten zwischen negativen und positiven Werten oszilliert, wobei der Schwingkreisinduktor eine Primärwicklung in einem Heizer-Treibertransformator ist. Bei diesem Verfahren wird eine Verlustausgleich-Spannung an einen Mittelabgriff des Schwingkreisinduktors angelegt. Im Wesentlichen wird, wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten in einer ersten Richtung durch null geht, ein Gate eines ersten Oszillatorschalters geladen, wobei der erste Oszillatorschalter einen offenen Zustand aufweist, bei welchem der erste Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der erste Knotenpunkt geerdet ist; und ein Gate eines zweiten Oszillatorschalters wird entladen, wobei der zweite Oszillatorschalter einen offenen Zustand aufweist, bei welchem der zweite Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der zweite Knotenpunkt geerdet ist.
Im Wesentlichen wird, wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten in einer zweiten Richtung durch null geht, das Gate des ersten Oszillatorschalters entladen, und das Gate des zweiten Oszillatorschalters wird geladen. Der elektronische Hochfrequenzinduktionsheizer wird mit einer Sekundärwicklung des Heizer-Treibertransformators angesteuert.
Der Schritt des Anlegens einer Verlustausgleich-Spannung an einen Mittelabgriff des Schwingkreisinduktors kann das Anlegen der Verlustausgleich-Spannung über einen Stromquelleninduktor umfassen. Der erste und der zweite Oszillatorschalter können MOSFETs oder Geräte vom Typ IGBT sein.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Verhinderns, in einer ersten Gate-Diode, eines Stromflusses vom zweiten Knotenpunkt zum Gate des ersten Oszillatorschalters und des Verhinderns, in einer zweiten Gate-Diode, eines Stromflusses vom ersten Knotenpunkt zum Gate des zweiten Oszillatorschalters umfassen. In diesem Falle kann das Verfahren ferner die Schritte des Vorsehens eines ersten Gate-Widerstandes, der das Gate des ersten Oszillatorschalters und die erste Gate-Diode mit einer Gate-Versorgungsspannung verbindet; und des Vorsehens eines zweiten Gate-Widerstandes, der das Gate des zweiten Oszillatorschalters und die zweite Gate-Diode mit der Gate-Versorgungsspannung verbindet, umfassen.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des selektiven Verbindens und Trennens des ersten und des zweiten Schalters mit bzw. von Erde mittels eines Erdungsschalters umfassen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein vereinfachtes elektrisches Prinzipschaltbild, das einen elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber gemäß der Erfindung zeigt.
2 ist ein anderes elektrisches Prinzipschaltbild, das einen elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber gemäß der Erfindung zeigt.
3 ist ein elektrisches Prinzipschaltbild, das einen elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber mit beispielhaften Werten der Komponenten gemäß der Erfindung zeigt.
4a ist ein elektrisches Prinzipschaltbild eines Transformators gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
4b ist ein elektrisches Prinzipschaltbild eines beheizten Kraftstoffeinspritzventils gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein elektrisches Prinzipschaltbild, das einen elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist eine graphische Darstellung, welche das Leistungsschalten bei Nulldurchgang eines Induktionsheizer-Treibers gemäß der Erfindung zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, welche die Welligkeit des Induktorstroms eines Heizer-Treibers eines Systems gemäß der Erfindung zeigt.
8 ist eine graphische Darstellung, welche den Induktor-Eingangsstrom und die Schwingkreisspannung beim Anlauf eines Systems gemäß der Erfindung zeigt.
9 ist eine graphische Darstellung, welche die Temperatur einer Einspritzventilkomponente in Abhängigkeit von der Zeit bei einem Test eines Systems gemäß der Erfindung zeigt.
10 ist ein fotographisches Bild eines Strahls eines Kraftstoffeinspritzventils, wobei der Induktionsheizer gemäß der Erfindung deaktiviert ist.
11 ist ein fotographisches Bild eines Strahls eines Kraftstoffeinspritzventils, wobei der Induktionsheizer gemäß der Erfindung aktiviert ist.
Beschreibung der Erfindung
Im Idealfall sollte die Energie des Leistungsschwingkreises regeneriert werden, wenn entweder die Spannung oder der Strom in dem Schaltgerät null beträgt. Es ist bekannt, dass das elektromagnetische Rauschen während des Nullspannungsschaltens (Zero-Voltage Switching) oder Nullstromschaltens (Zero-Current Switching) niedriger ist und während des Nullspannungsschaltens am niedrigsten ist. Es ist auch bekannt, dass das Schaltgerät bei einem Nullschalten (Zero-Switching) den geringsten Energieverlust aufweist. Dieser ideale Schaltpunkt tritt zweimal pro Zyklus auf, wenn die Sinuswelle durch null geht und ihre Polarität umkehrt; d.h. wenn die Sinuswelle in einer ersten Richtung vom Positiven zum Negativen durch null geht, und wenn die Sinuswelle in einer zweiten Richtung vom Negativen zum Positiven durch null geht.
Durch die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das harte Schalten mit seinen negativen Folgen eliminiert und durch Nullspannungsschalten ersetzt. Außerdem bewirkt die Erfindung eine wesentliche Verringerung der Stromimpulse von der Spannungsversorgung auf einen Pegel eines konstanten Stroms, wodurch das Systemrauschen noch weiter reduziert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Hochfrequenzenergie auf einen dafür vorgesehenen WS-Pfad abgetrennt, so dass die Funktion einer anderen Komponente, wie etwa eines Betätigungsmagneten eines Kraftstoffeinspritzventils, nicht durch die Verwendung eines gemeinsamen Erdrückleitungs-Strompfades beeinträchtigt wird. Der Erdrückleitungs-Strompfad kann gemeinsam mit dem Betätigungsmagneten des Kraftstoffeinspritzventils verwendet werden, was das Ausschalten des Heizer-Treibers während des Ausschaltens des Einspritzventils erfordert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind keine zusätzlichen zum Kraftstoffeinspritzventil führenden Leitungen erforderlich, um den Heizer anzusteuern. Stattdessen verwendet das erfindungsgemäße System einen Signaltrenner innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils.
Die integrierten Funktionen des elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizer-Treibers gemäß der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf 1 erläutert, welche eine vereinfachte Darstellung 100 der erfindungsgemäßen Schaltung ist, bei der viele der Grundkomponenten um der Klarheit willen weggelassen wurden. Spezielle oder allgemeine Werte, Bemessungsdaten, Hinzufügungen sowie der Einschluss oder Ausschluss von Komponenten sind nicht dazu bestimmt, den Schutzbereich der Erfindung zu beeinflussen.
L2, C3 und L3 sind innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet. L3 ist die Induktionsheizspule, welche die erforderlichen Amperewindungen für die induktive Erwärmung der geeigneten Kraftstoffeinspritzventil-Komponente zur Verfügung stellt. C3 ist ein Hochpassfilter-Kondensator. L3 und C3 sind zusammen zwischen einer ersten und einer zweiten Einspritzventil- Anschlussklemme 120, 121 in Reihe geschaltet und bilden ein Hochpassfilter und einen Teil des WS-Kreises. L2 ist die Magnetspule, welche das Einspritzventil öffnet, wenn sie durch Q2 erregt wird. L2 ist zwischen den Einspritzventil-Anschlussklemme 120, 121 zu der Reihenschaltung L3/C3 parallelgeschaltet und weist ein Tiefpassfilter auf.
Wie in 1 dargestellt, kann die Schaltungsanordnung für den Gleichstromkreis zur Ansteuerung des Einspritzventils eine Einspritzventil-Treiberanordnung auf der "Niederspannungsseite" sein, wobei elektrische GS-Energie von der Versorgungsspannung an die Einspritzventil-Anschlussklemme 120 angelegt wird und die Verbindung von der Anschlussklemme 121 zu Erde von einem MOSFET Q2 geschaltet wird. Bei einer alternativen Anordnung wird der Einspritzventil-Treiberkreis in einer Anordnung auf der "Hochspannungsseite" (nicht dargestellt) geschaltet, wobei eine Verbindung von der Versorgungsspannung zur Einspritzventil-Anschlussklemme 120 geschaltet wird.
Die kombinierten Tiefpassfilter- und Hochpassfilter-Funktionen von L2, C3 und L3 ermöglichen einen Zweileiterbetrieb des beheizten Einspritzventils, so dass sowohl für den Gleichstromimpuls-Teil, der das Einspritzventil betätigt, als auch den Wechselstrom des Heizers gleichzeitig das gemeinsame Leiterpaar benutzt wird. L4 bildet ein weiteres Tiefpassfilter und dient als ein Sperr-Induktor, um zu verhindern, dass hochfrequenter Wechselstrom vom Einspritzventil weg über Erde und die Spannungsversorgung abgeleitet wird, welche andernfalls einen Wechselstromweg mit niedriger Impedanz darstellen. Der Einspritzventil-Treiberschalter Q2 ist ein MOSFET-Schalter, welcher die Spannungsversorgung über L2 mit Erde verbindet und, wenn er eingeschaltet ist, die Magnetspule L2 des Einspritzventils erregt.
Der Weg von der Versorgungsspannung zu L2, dann zu L4 und Q2 und zu Erde, bildet den GS-Kreis für das Einspritzventil.
R1, R2, D1, D2, Q3, Q4, L1, C1 und die Primärseite eines Heizer-Treibertransformators T1 bilden den Schwingkreis mit konstantem Strom und Nullschaltung (Zero-Switching). Q1 ist ein MOSFET-Schalter, welcher den Zero-Switching-Kreis mit Erde verbindet und, wenn er eingeschaltet ist, die Funktion der Hochfrequenzinduktionsheizung der Erfindung aktiviert.
C1 und die Primärspule oder Primärwicklung von T1 sind der Schwingkreiskondensator bzw. Schwingkreisinduktor eines resonanten Leistungsschwingkreises mit den Knotenpunkten 110, 111, zwischen welchen C1 und T1 parallelgeschaltet sind. Die Resonanzfrequenz des Leistungsschwingkreises ist fr =1/(2π√LC), wobei L die Induktivität der Primärspule ist und C die Kapazität von C1 ist. Die Spitzenspannung in dem Leistungsschwingkreis ist durch V_out = n·V_in gegeben, wobei V_in die Versorgungsspannung ist. Der Strompegel in dem Leistungsschwingkreis wird aus der Energiebilanz von
bestimmt. Die Sekundärwicklung von T1 und C2, C3, L3 bilden den WS-Kreis, welcher an den Leistungsschwingkreis impedanzangepasst ist, so dass der hochfrequente Wechselstrom durch L3 maximiert wird.
Der Zero-Switching-Schwingkreis ist von einer Oszillator-Topologie vom Royer-Typ abgeleitet, jedoch mit der erfolgreichen Beseitigung der Rückkopplungswicklung an T1, die für einen Royer-Oszillator typisch ist, und der Implementierung mit MOSFET-Schaltern anstelle von herkömmlichen NPN- oder PNP-Transistoren mit ihrem zugehörigen Basis-Emitter-Stromaufnahme. Der MOSFET ist ein Bauelement, bei welchem eine gewisse Menge an Ladung in Coulomb in das Gate eingespeist werden muss, welche vom Drain-Source-Strom abhängig ist. Sobald die Ladung erreicht ist, bewirkt sie eine vollständige Anreicherung des Bauelements in einen "Ein"-Zustand. Ein erster und ein zweiter Gate-Widerstand R1, R2 führen den Gate-Ladestrom einem ersten bzw. zweiten Oszillatorschalter Q3, Q4 zu und begrenzen den Strom, der in die erste bzw. zweite Gate-Diode fließt.
Die Belastung, die durch den ohmschen Verlust und Hystereseverlust der beheizten Komponente verursacht wird, widerspiegelt sich als ein Verlust in dem resonanten Leistungsschwingkreis. Dieser Verlust wird durch Strom ausgeglichen, der von einem Stromquelleninduktor L1 zum Mittelabgriff der Primärwicklung von T1 fließt. In Abhängigkeit von dem Abschnitt der Primärwicklung von T1, zu welchem der Strom fließt, fließt der Strom entweder über Q3 oder über Q4 und anschließend zu einem Erdungsschalter Q1 und zu Erde. L1 liefert dem Leistungsschwingkreis Strom aus der Energie, die im Magnetfeld von L1 gespeichert ist. Diese Energie wird von der Versorgungsspannung als ein konstanter Strom, der in L1 eingespeist wird, nachgefüllt. Der Stromfluss von L1 zum Leistungsschwingkreis erfolgt in Impulsen, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die des Leistungsschwingkreises.
Falls Strom durch Q3 fließt, was durch die Polarität der Sinushalbwelle zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird, und das Bauelement sich in einem Anreicherungsmodus durch die von R1 zugeführte Ladung befindet, zieht die Leitung zu Erde von Q3 Drain-zu-Source Ladung aus dem Gate von Q4 über D2. Q4 ist nun ebenfalls nichtleitend und zieht die Gate-Ladung nicht aus Q3 über D1 zu Erde. R2 zieht zwar zu dieser Zeit Strom aus der Versorgungsspannung, doch der Abfall von IR an R2 kann das Gate von Q4 nicht laden, wenn das Gate durch Leitung über Q3 zu Erde kurzgeschlossen ist.
Wenn die Sinuswelle null durchquert, wird Q3 in Sperrrichtung vorgespannt und leitet über die innere Intrinsic-Diode, so dass D2 in Sperrrichtung vorgespannt wird.
D2 hört auf, Strom vom Gate von Q4 weg zu leiten, und R2 kann nun das Gate von Q4 laden und es einschalten, so dass es beginnt, für die Dauer der laufenden Sinushalbwelle Strom zu leiten. Q4 zieht nun die Gate-Ladung aus Q3 heraus über D1 zu Erde und hält Q3 in einem nichtleitenden Zustand, welcher R2 weiterhin ermöglicht, Q4 vollständig anzureichern.
Dieser Prozess wiederholt sich, wenn die Sinuswelle die Polarität wechselt, indem sie in einer ersten Richtung vom Negativen zum Positiven und danach in einer zweiten Richtung vom Positiven zum Negativen durch null geht. Der Strom wird weiterhin im Leistungsstromkreis von L1 nachgespeist. Bei dieser Ausführungsform kann ein Gerät vom Typ IGBT den MOSFET ersetzen, wenn die Intrinsic-Diode des MOSFET durch die Hinzufügung einer externen Diode zwischen Drain und Source des IGBT repräsentiert wird. Für einen Fachmann ist klar, dass stattdessen auch andere Halbleiterschalter mit isoliertem Gate oder indirekt angereicherte Halbleiterschalter verwendet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
2 zeigt eine vollständigere Schaltung 200, bei der verschiedene grundlegende Funktionen für den zuverlässigen und charakteristischen Betrieb des Induktionsheizer-Treibers mit dem integrierten Einspritzventil-Treiber erfüllt sind. Die Elemente, auf die schon in vorhergehenden Zeichnungen Bezug genommen wurde, sind in 2 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Widerstandspaar R5 und R6 und das Widerstandspaar R7 und R8 bilden jeweils einen Spannungsteiler, um sicherzustellen, dass die Gates von Q1 bzw. Q2 zu Erde gezogen und in einem "Aus"-Zustand gehalten werden, wenn kein Signal vorhanden ist, um die Gates "Ein" zu halten. Wenn ein Signal vorhanden ist, sind die Impedanzen von R6 und R8 zu Erde jeweils ausreichend hoch, um zu ermöglichen, dass ausreichend Strom innerhalb eines entsprechend kurzen Zeitintervalls in die Gates fließt, um Q1 bzw. Q2 vollständig anzureichern.
Z1 ist ein Schutzelement in Form einer Zenerdiode zum Schutz von Q1 vor Spannungsspitzen. Solche Spitzen können durch den Zusammenbruch des Magnetfeldes in L1 und T1 verursacht werden, oder transformatorgekoppelte induktive Spitzen von L2 oder L3, oder Überspannung der Leistungsschwingkreis-Resonanz. Außerdem trägt in dem Falle, wenn infolge eines Ein- und Ausschaltens von Q1 mit hoher Geschwindigkeit die innere "Avalanche Dissipation" (Lawinen-Ableitung) überschritten ist, Z1 einen Teil der Ableitungs-Last, um Q1 zu schützen. Z4 und Z5 schützen Q3 und Q4 vor transformatorgekoppelten induktiven Spitzen von L2 oder L3.
Z2 und Z3 sind als Spannungsregler verwendete Zenerdioden, die zu R3 und R4 parallelgeschaltet sind, um die Ladespannung am Gate von Q3 und Q4 so zu begrenzen, dass die Ladespannung geeignet ist, um den MOSFET für den maximalen erwarteten Drain-Source-Strom vollständig anzureichern. Z2 und Z3 fixieren außerdem die Gate-Spannung, so dass die Ladezeiten identisch sind, und schützen die Gates, damit im Falle von Rauschen oder einer anormal hohen Versorgungsspannung ihre maximale Spannungsgrenze nicht überschritten wird.
Z6 und D3 dienen dem Zweck des Schutzes von Q2 vor induktiven Spannungsspitzen von L2 und L3 sowie transformatorgekoppelten Überspannungen vom Leistungsschwingkreis. Z6 dient außerdem dazu, die Geschwindigkeit des Zerfalls des Feldes von L2 während des Ausschaltens des Einspritzventils einzustellen, und dies trägt dazu bei, die Ventilschließzeit konsistenter und für die Eichung des Einspritzventils besser geeignet zu machen. R7, R8, Q2, Z6 und D3 bilden zusammen einen grundlegenden Einspritzventil-Treiber, der unter der Bezeichnung "Saturated Switch Driver" (Schalter mit gesättigtem Treiber) bekannt ist. Für einen Fachmann ist klar, dass stattdessen auch ein "Peak and-Hold"-Treiber oder anderer Typ von Elektronik verwendet werden kann, ohne dass dies die grundlegende Funktion der Erfindung beeinflusst.
3 zeigt eine Ausführungsform 300 des Heizer-Treibers und der Einspritzventil-Treiberschaltung von 2. In 3 sind spezielle Werte und Spezifikationen von Komponenten angegeben, um einen funktionsfähigen Prototyp darzustellen. Diese Werte und Spezifikationen sind lediglich beispielhaft und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken.
Der Heizer-Treibertransformator T1 und der Stromquelleninduktor L1 können zu einer Hybridkomponente 400 kombiniert werden, die in 4a dargestellt ist. Bei einer solchen Hybridkomponente greift der Stromquelleninduktor 410 direkt die Oberspannungsseite der Sekundärwicklung 420 des Heizer-Treibertransformators für den konstanten Eingangsstrom ab.
Die Heizer-Treiber-/Einspritzventil-Treiber-Anordnung kann elektromechanische Ventilaktoren enthalten, bei denen es sich nicht um Betätigungsmagnete handelt. Zum Beispiel kann, wie in 4b dargestellt, ein piezoelektrischer Aktor, der als Kondensator 470 dargestellt ist, anstelle der Magnetspule L2 von 1 verwendet werden. In diesem Falle wirkt der piezoelektrische Aktor 470 zusammen mit einem Induktor 460, der mit dem piezoelektrischen Aktor in Reihe geschaltet ist, als ein Tiefpassfilter, während die induktive Heizspule 450 als ein Hochpassfilter wirkt. Es können auch andere elektromechanische Ventilaktoren verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Ferner sind für einen Fachmann andere Anordnungen zum Trennen des hochfrequenten Signals des Heizer-Treibers vom Gleichstromsignal zur Ansteuerung des Einspritzventils offensichtlich.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform 500, welche den kombinierten Punkt niedriger Impedanz von Erde und Versorgungsspannung als den Rückführpfad für den hochfrequenten Wechselstrom zurück zu T1 verwendet. Diese Ausführungsform enthält einen zusätzlichen MOSFET-Schalter Q5, der aktiviert ist, wenn Q1 aktiviert ist, und ein Hochpassfilter in der Form eines WS-Bypasskondensators C5, um den Hochfrequenzstrom zu Erde kurzzuschließen, wenn Q2 nicht "eingeschaltet" ist. Der hauptsächliche Nachteil dieser alternativen Ausführungsform ist, dass der Induktionsheizer während eines Zeitfensters ausgeschaltet sein muss, welches das Ausschalten des Einspritzventil-Treibers Q2 einschließt und vor diesem beginnt; andernfalls fällt das Schließen des Einspritzventils nicht mit dem Nebenschließen des WS-Bypasskondensators C5 zu Q2 zusammen. In 5 sind spezielle Werte der Komponenten angegeben, die einen funktionsfähigen Prototyp dieser Ausführungsform widerspiegeln.
6 zeigt eine Gate-Spannung 610 von Q3 mit 5 Volt pro Teilstrich, die Drain-zu-Drain-Spannung 620 an Q3 und Q4 mit 25 Volt pro Teilstrich, welches die Schwingkreisspannung ist, und den zum Einspritzventil fließenden Heizstrom 630 am oberen Ende von L2/L3 mit 2 Ampere pro Teilstrich. Die graphische Darstellung von 6 zeigt das Nullspannungsschalten der Heizer-Treiberschaltung. Das Gate von Q3 wird "ein" geschaltet (die Spannung 610 steigt an), wenn die Sinuswelle 620 durch null geht und positiv wird, und das Gate von Q3 wird "aus" geschaltet, (die Spannung 610 fällt ab), wenn die Sinuswelle 620 erneut durch null geht und negativ wird. Dadurch wird der resultierende sinusförmige Heizstrom 630, welcher der Induktionsheizspule zugeführt wird, erzeugt.
7 zeigt den Versorgungsstrom 710, der dem Induktor L1 zugeführt wird, mit 2 Ampere pro Teilstrich und die Spannung 720, die am Stromquelleninduktor L1 abfällt, mit 10 Volt pro Teilstrich. Diese Abbildung zeigt die im Wesentlichen konstante Stromaufnahme der Heizer-Treiberschaltung, die weniger als 5% Stromwelligkeit aufweist. Die Frequenz der Spannungsimpulse 720 am Stromquelleninduktor ist doppelt so hoch wie die Resonanzfrequenz der Leistungsschwingkreises.
8 zeigt den Versorgungsstrom 810, der dem Stromquelleninduktor L1 zugeführt wird, mit 2 Ampere pro Teilstrich und die Drain-zu-Drain-Spannung 820 an Q3 und Q4 mit 25 Volt pro Teilstrich, welches die Schwingkreisspannung ist. Die Parameter wurden während der Inbetriebnahme des Heizer-Treibers gemessen. Die Abbildung zeigt den selbstoszillierenden Anlauf des Heizer-Treibers, wenn Q1 "ein" geschaltet wird.
9 zeigt die Temperatur 910, in °C, einer geeigneten Einspritzventilkomponente, die auf eine Zieltemperatur von 190°C erwärmt wird und softwaregesteuert durch Ein- und Ausschalten von Q1 auf diese eingeregelt wird. Die Messungen wurden unter Bedingungen vorgenommen, die Spannungs- und Strompegel beinhalteten, die denjenigen von 6, 7 und 8 ähnlich sind. Die Leistung von der Versorgungsspannung während der Dauer des Heizens beträgt in diesem Beispiel 160 Watt. Die Heizzeit von der Umgebungstemperatur 25°C auf 130°C beträgt weniger als 0,7 Sekunden, was die Geschwindigkeit des neuen Verfahrens zum Erwärmen des Kraftstoffes mit einem zeitvarianten Magnetfeld verdeutlicht.
10 zeigt den Kraftstoffstrahl der Ethanol-Kraftstoffsorte E-100 bei nicht aktiviertem Heizer-Treiber. Eine aus 2 Löchern bestehende, den Strom teilende Austrittsöffnung bestimmt die Form des Strahls und die Zerstäubung. 11 zeigt den Kraftstoffstrahl der Ethanol-Kraftstoffsorte E-100 bei aktiviertem und auf 110°C eingeregeltem Heizer-Treiber. Die Austrittsöffnung bestimmt nicht mehr die Form des Strahls oder die Zerstäubung, da der Kraftstoff nahezu dampfförmig ist, da ein sofortiges Verdampfen ("Flash-Boiling") erfolgt, wenn er das Kraftstoffeinspritzventil verlässt.
Die obige ausführliche Beschreibung ist in dem Sinne zu verstehen, dass sie in jeder Hinsicht der Veranschaulichung dienend und beispielhaft, jedoch nicht einschränkend ist, und der Schutzbereich der hier beschriebenen Erfindung wird nicht durch die Beschreibung der Erfindung bestimmt, sondern vielmehr durch die Patentansprüche in ihrer Auslegung entsprechend der vollen Weite, die durch die Patentgesetze gestattet ist. Zum Beispiel kann, obwohl der elektronische Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber der Erfindung hier als einen inneren Heizer in einem Kraftstoffeinspritzventil einer Verbrennungskraftmaschine ansteuernd beschrieben ist, der Treiber verwendet werden, um andere Induktionsheizer bei anderen Anwendungen anzusteuern. Selbstverständlich dienen die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen nur der Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung, und von Fachleuten können verschiedenartige Modifikationen implementiert werden, ohne den Rahmen und Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber, welcher umfasst: einen Leistungsschwingkreis, der einen ersten und einen zweiten Knotenpunkt, einen Schwingkreisinduktor und einen Schwingkreiskondensator aufweist, wobei der Schwingkreisinduktor und der Schwingkreiskondensator zwischen dem ersten und dem zweiten Knotenpunkt parallelgeschaltet sind, wobei der Schwingkreisinduktor und der Schwingkreiskondensator Werte haben, die eine Eigenfrequenz definieren, bei welcher eine Spannung zwischen den Knotenpunkten zwischen negativen und positiven Werten oszilliert; eine Verlustausgleich-Stromquelle, die an einen Mittelabgriff des Schwingkreisinduktors angeschlossen ist; einen ersten Oszillatorschalter, der einen offenen Zustand, bei welchem der erste Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der erste Knotenpunkt geerdet ist, aufweist, wobei der erste Oszillatorschalter so konfiguriert ist, dass er den Zustand im Wesentlichen dann wechselt, wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten durch null geht; und einen zweiten Oszillatorschalter, der einen offenen Zustand, bei welchem der zweite Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der zweite Knotenpunkt geerdet ist, aufweist, wobei der zweite Oszillatorschalter so konfiguriert ist, dass er den Zustand im Wesentlichen dann wechselt, wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten durch null geht; wobei der erste und der zweite Oszillatorschalter ferner so konfiguriert sind, dass sie entgegengesetzte Zustände aufrechterhalten.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 1, wobei die Verlustausgleich-Stromquelle einen Stromquelleninduktor umfasst.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Oszillatorschalter MOSFETs umfassen.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Oszillatorschalter Geräte vom Typ IGBT umfassen.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: eine erste Gate-Diode, die so geschaltet ist, dass sie einen Stromfluss von einem Gate des ersten Oszillatorschalters zum zweiten Knotenpunkt ermöglicht; und eine zweite Gate-Diode, die so geschaltet ist, dass sie einen Stromfluss von einem Gate des zweiten Oszillatorschalters zum ersten Knotenpunkt ermöglicht.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 5, welcher ferner umfasst: einen ersten Gate-Widerstand, der das Gate des ersten Oszillatorschalters mit einer Versorgungsspannung verbindet; und einen zweiten Gate-Widerstand, der das Gate des zweiten Oszillatorschalters mit der Versorgungsspannung verbindet.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: einen Erdungsschalter zum selektiven Verbinden und Trennen des ersten und des zweiten Oszillatorschalters mit bzw. von Erde.
Elektronischer Hochfrequenzinduktionsheizer-Treiber nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: einen Heizer-Treibertransformator, wobei der Schwingkreisinduktor eine Primärwicklung des Heizer-Treibertransformators umfasst; wobei eine Sekundärwicklung des Heizer-Treibertransformators einen Hochfrequenzinduktionsheizer ansteuert.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem, welches umfasst: ein Kraftstoffeinspritzventil, welches enthält: ein Kraftstoffventil; einen elektromechanischen Aktor, der so beschaffen ist, dass er das Kraftstoffventil selektiv öffnen und schließen kann, wenn dem elektromechanischen Aktor elektrische Gleichstromenergie zugeführt wird; eine Induktionsheizspule zum Erzeugen von Wärme in einem metallischen Element des Kraftstoffeinspritzventils durch ein wechselndes Magnetfeld, wenn der Heizspule elektrische Wechselstromenergie zugeführt wird; und eine erste und eine zweite Einspritzventil-Anschlussklemme, wobei die Induktionsheizspule und der elektromechanische Aktor zwischen der ersten und der zweiten Einspritzventil-Anschlussklemme parallelgeschaltet sind; einen Gleichstromkreis, der mit der ersten und der zweiten Anschlussklemme verbunden ist, zum selektiven Liefern von elektrischer Gleichstromenergie, um den elektromechanischen Aktor zu betätigen, wobei die elektrische GS-Energie im Wesentlichen von einem Hochpassfilter gesperrt wird, das die Induktionsheizspule umfasst; und einen Wechselstromkreis, der mit der ersten und der zweiten Anschlussklemme verbunden ist, zum selektiven Liefern von elektrischer Wechselstromenergie, um die Induktionsheizspule zu aktivieren, wobei die elektrische WS-Energie im Wesentlichen von einem Tiefpassfilter gesperrt wird, das den elektromechanischen Aktor umfasst.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 9, wobei der elektromechanische Aktor ein Betätigungsmagnet ist, der eine Magnetspule enthält, wobei das System ferner umfasst: einen Hochpassfilter-Kondensator, der mit der Induktionsheizspule in Reihe geschaltet ist.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 9, wobei der elektromechanische Aktor ein piezoelektrischer Aktor ist, wobei das System ferner umfasst: einen Tiefpassfilter-Induktor, der mit dem piezoelektrischen Aktor in Reihe geschaltet ist.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 9, welches ferner umfasst: einen Heizer-Treibertransformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist; wobei die Sekundärwicklung des Heizer-Treibertransformators einen Teil des WS-Kreises umfasst; wobei die Primärwicklung des Heizer-Treibertransformators einen Teil eines Leistungsschwingkreises umfasst, wobei der WS-Kreis und der Leistungsschwingkreis im Wesentlichen impedanzangepasst sind.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 9, welches ferner umfasst: einen Sperr-Induktor, der mit der zweiten Einspritzventil-Anschlussklemme verbunden ist, wobei die Einspritzventil-Anschlussklemme über den Sperr-Induktor mit Erde verbunden ist, wobei der Sperr-Induktor ein Tiefpassfilter umfasst, um zu verhindern, dass die elektrische WS-Energie im Nebenschluss mit Erde verbunden wird.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 9, welches ferner umfasst: einen Einspritzventil-Treiberschalter zum selektiven Verbinden der elektrischen Gleichstromenergie mit dem elektromechanischen Aktor.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 14, wobei der Einspritzventil-Treiberschalter den elektromechanischen Aktor selektiv mit einer Versorgungsspannungsquelle verbindet.
Beheiztes Kraftstoffeinspritzventilsystem nach Anspruch 14, wobei der Einspritzventil-Treiberschalter den elektromechanischen Aktor selektiv mit Erde verbindet.
Verfahren zum Ansteuern eines elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizers unter Verwendung eines Leistungsschwingkreises, der einen ersten und einen zweiten Knotenpunkt und einen Schwingkreisinduktor und einen Schwingkreiskondensator, die zwischen dem ersten und dem zweiten Knotenpunkt parallelgeschaltet sind, aufweist, wobei der Schwingkreisinduktor und der Schwingkreiskondensator Werte haben, die eine Eigenfrequenz definieren, bei welcher eine Spannung zwischen den Knotenpunkten zwischen negativen und positiven Werten oszilliert, wobei der Schwingkreisinduktor eine Primärwicklung in einem Heizer-Treibertransformator ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anlegen einer Verlustausgleich-Spannung an einen Mittelabgriff des Schwingkreisinduktors; im Wesentlichen wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten in einer ersten Richtung durch null geht, Laden eines Gates eines ersten Oszillatorschalters, der einen offenen Zustand aufweist, bei welchem der erste Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der erste Knotenpunkt geerdet ist; und Entladen eines Gates eines zweiten Oszillatorschalters, der einen offenen Zustand aufweist, bei welchem der zweite Knotenpunkt von Erde isoliert ist, und einen geschlossenen Zustand, bei welchem der zweite Knotenpunkt geerdet ist; und im Wesentlichen wenn die Spannung zwischen den Knotenpunkten in einer zweiten Richtung durch null geht, Entladen des Gates des ersten Oszillatorschalters; und Laden des Gates des zweiten Oszillatorschalters; Ansteuern des elektronischen Hochfrequenzinduktionsheizers mit einer Sekundärwicklung des Heizer-Treibertransformators.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Anlegens einer Verlustausgleich-Spannung an einen Mittelabgriff des Schwingkreisinduktors das Anlegen der Verlustausgleich-Spannung über einen Stromquelleninduktor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der erste und der zweite Oszillatorschalter MOSFETs umfassen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der erste und der zweite Oszillatorschalter Geräte vom Typ IGBT umfassen.
Verfahren nach Anspruch 17, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: in einer ersten Gate-Diode, Verhindern eines Stromflusses vom zweiten Knotenpunkt zum Gate des ersten Oszillatorschalters; und in einer zweiten Gate-Diode, Verhindern eines Stromflusses vom ersten Knotenpunkt zum Gate des zweiten Oszillatorschalters.
Verfahren nach Anspruch 21, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Vorsehen eines ersten Gate-Widerstandes, der das Gate des ersten Oszillatorschalters und die erste Gate-Diode mit einer Gate-Versorgungsspannung verbindet; und Vorsehen eines zweiten Gate-Widerstandes, der das Gate des zweiten Oszillatorschalters und die zweite Gate-Diode mit der Gate-Versorgungsspannung verbindet.
Verfahren nach Anspruch 17, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Selektives Verbinden und Trennen des ersten und des zweiten Schalters mit bzw. von Erde mittels eines Erdungsschalters.