DE102007028344A1

DE102007028344A1 - Strommessmodul, Stromregelungsschaltung und Strommessverfahren

Info

Publication number: DE102007028344A1
Application number: DE102007028344A
Authority: DE
Inventors: Frank Hettrich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: DE102007028344B4

Abstract

Bereitgestellt wird ein Strommessmodul (40, 50) zum Messen eines Stroms durch eine Zumesseinheit (70) für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug, mit zwei Eingängen (46; 47), welche an ein erstes Ende bzw. ein zweites Ende eines Shuntwiderstands (21) angeschlossen sind, der in Serie mit der Zumesseinheit (70) verbunden ist und über welchen eine Shuntspannung abfällt, und einem Delta-Sigma-Modulator (43), welcher mit den zwei Eingängen (46; 47) verbunden ist und welcher die Shuntspannung in ein digitales Ausganssignal umsetzt, dessen Mittelwert der Shuntspannung entspricht. Ferner wird ein Verfahren zum Messen des Stroms durch eine Zumesseinheit (70) für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Shuntwiderstands (21), welcher in Serie mit der Zumesseinheit verbunden ist und über welchen eine Shuntspannung abfällt; und Umsetzen der Shuntspannung mit einem Delta-Sigma-Modulator (43) in ein digitales Ausgangssignal, dessen Mittelwert dem zu messenden Strom entspricht.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strommessmodul sowie ein Verfahren zum Messen des Stroms durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner eine Stromregelungsschaltung, welche ein solches Strommessmodul aufweist.
In modernen Einspritzsystemen, insbesondere in Dieseleinspritzsystemen, wird zur Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff eine gemeinsame Kraftstoff-Hochdruckleitung, dem so genannten „Common Rail" (im Folgenden auch „Rail" genannt), mit entsprechenden Abgängen zu den einzelnen Zylindern verwendet. Der Druck im Rail wird über einen Regelkreis konstant gehalten. Dabei wird der Druck über einen Drucksensor erfasst und auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Dieser vorgegebene Wert wird unter Zuhilfenahme von Komparatoren und Kennfeldern berechnet.
Bei einem solchen Kennfeld ergibt sich aus einer berechneten Menge zu fördernden Kraftstoffs ein Stromsollwert, mit dem die Zumesseinheit einer Kraftstoffförderpumpe angesteuert wird. Diese Zumesseinheit weist ein Magnetventil auf, welches im geöffneten Zustand Kraftstoff aus einem Kraftstoffreservoir zum Rail fließen lässt und im geschlossenen Zustand die Verbindung zwischen Kraftstoffreservoir und Rail trennt. Widerstand und Induktivität des Magnetventils sind von der Temperatur abhängig, so dass eine Stromregelung vorgesehen ist, welche den Strom durch das Magnetventil auf einen vorgegebenen Wert regelt.
1 ist eine schematische Darstellung einer typischen Stromregelungsschaltung 10 für den Strom durch das Magnetventil (hier dargestellt als Impedanz 71) der Zumesseinheit einer Common-Rail-Pumpe 70.
Die Stromregelungsschaltung 10 in 1 weist einen Shuntwiderstand 11 sowie einen MOSFET-Transistor 12 auf, welche in Serie mit dem Magnetventil 71 der Zumesseinheit geschaltet sind. Der Transistor 12 ist mit Source und Drain zwischen den Shuntwiderstand 11 und Massepotential V_gnd geschaltet. Ein analoger Operationsverstärker 13 vergleicht die Potentiale an beiden Enden des Shunt-Widerstands 11 miteinander und gibt ein Vergleichssignal an einen Analog/Digital-Wandler 14 eines Mikrocontrollers 15 aus. Zwischen dem Drain des Transistors 12 und dem Versorgungspotential V_bat ist ferner eine Freilaufdiode 16 vorgesehen.
Der Potentialunterschied zwischen den beiden Enden des Shunt-Widerstands 11, und somit auch die Größe des Vergleichssignals, hängt vom Strom durch den Shunt-Widerstand 11 ab. Der Mikrocontroller 15 vergleicht das digitalisierte Vergleichssignal mit einem Referenzsignal und bestimmt somit, ob der durch das Magnetventil 71 fließende Strom einem vorgegebenen Wert entspricht. Wenn der Mikrocontroller 15 erkennt, dass der durch das Magnetventil 71 fließende Strom nicht dem vorgegebenen Wert entspricht, dann regelt der Mikrocontroller 15 den Strom auf den vorgegebenen Wert. Zu diesem Zwecke ist ein Ausgang PWM des Mikrocontrollers 15 mit dem Gate des Transistors 12 verbunden. Der Mikrocontroller 15 steuert das Gate per Pulsweitenmodulation (PWM) an, wobei der Mikrocontroller 15 das Tastverhältnis der PWM anpasst, um etwaige Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Stroms durch das Magnetventil 71 auszuregeln.
Die Kennlinie zwischen Magnetventilstrom einerseits und zugemessener Kraftstoffmenge andererseits ist sehr steil. Dies bedeutet, dass schon eine sehr kleine Änderung des Magnetventilstroms zu einer großen Änderung der zugemessenen Kraftstoffmenge führt. Folglich muss die Stromerfassung sehr genau sein. Das bedingt wiederum, dass hohe Anforderungen an die Verstärkergenauigkeit gestellt werden. Weiterhin kann im Falle eines Load-Dumps die Versorgungsspannung von beispielsweise 24 V auf bis zu 60 V ansteigen. Aus diesem Grunde ist auch eine hohe Gleichtaktunterdrückung von beispielsweise 80 dB vonnöten. Schließlich ist wegen den beim Load-Dump auftretenden hohen Spannungen auch eine hohe Spannungsfestigkeit notwendig. Diese Anforderungen bedingen, dass Operationsverstärker mit eingangsseitigen, speziell abgeglichenen, Widerstandsnetzwerken verwendet werden; allerdings sind solche Operationsverstärker relativ teuer.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Demgemäß vorgesehen ist ein Strommessmodul zum Messen eines Stroms durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug, mit

– zwei Eingängen, welche an ein erstes Ende bzw. ein zweites Ende eines Shuntwiderstands angeschlossen sind, der in Serie mit der Zumesseineinheit verbunden ist und über welchen eine Shuntspannung abfällt; und
– einem Delta-Sigma-Modulator, welcher mit den zwei Eingängen verbunden ist und welcher die Shuntspannung in ein digitales Ausgangssignal wandelt, dessen Mittelwert der Shuntspannung entspricht.

Ein entsprechendes Verfahren zum Messen des Stroms durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug weist die folgenden Schritte auf:

– Bereitstellen eines Shuntwiderstands, welcher in Serie mit der Zumesseineinheit verbunden ist und über welchen eine Shuntspannung abfällt; und
– Umsetzen der Shuntspannung mit einem Delta-Sigma-Modulator in ein digitales Ausgangssignal, dessen Mittelwert dem zu messenden Strom entspricht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee ist es, den Spannungsabfall über einen Shuntwiderstand, der in Serie mit der Zumesseinheit angeordnet ist, mittels eines Delta-Sigma-Modulators in ein digitales Signal umzuwandeln. Der Mittelwert dieses Signals entspricht dem Wert des Spannungsabfalls über den Shuntwiderstand.
Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist es, dass alle Anforderungen, die an das Messsystem gestellt werden, nämlich hohe Genauigkeit, hohe Gleichtaktunterdrückung und hohe Gleichspannungsfestigkeit, mit deutlich geringeren Kosten realisiert werden können. Insbesondere kommt die vorgeschlagene Anordnung ohne einen teueren abgeglichenen Operationsverstärker mit eingangsseitigem Widerstandsnetzwerk aus.
Das Strommessmodul kann weiterhin einen Level-Shifter aufweisen, welcher das Potential des digitalen Signals in einen auf ein Bezugspotential (z. B. Masse) bezogenen Wert umwandelt. Somit wird das Potential des digitalen Signals auf einen einheitlichen Bezugswert umgewandelt und kann von nachgeschalteten Bauteilen weiterverarbeitet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Strommessmodul weiterhin auf: eine Diode, welche anodenseitig mit einer Spannungsquelle verbunden ist, und einen Boosterkondensator, dessen eine Seite an die Kathode der Diode und dessen andere Seite mit einer Seite des Shuntwiderstands verbunden ist, wobei der Knoten zwischen Diode und Boosterkondensator mit einem Spannungsversorgungseingang des Delta-Sigma-Modulators verbunden ist. Somit wird eine Bootstrapschaltung realisiert, die eine Spannungsversorgung des Delta-Sigma-Modulators sicherstellt, welche dem schwankenden Pegel am Shuntwiderstand gerecht wird.
Das Strommessmodul kann ferner ein Filter aufweisen, welcher das digitale Ausgangssignal in ein tiefpassgefiltertes Ausgangssignal umwandelt. Dieses Filter kann als analoges Tiefpassfilter, beispielsweise als RC- oder LC-Netzwerk, oder auch als digitales Filter ausgebildet ist. Ein digitales Filter kann als FIR-Filter ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das FIR-Filter direkt im Mikrocontroller eines Steuergeräts programmiert werden kann, was sich als Kostenersparnis auswirkt.
Ebenfalls Kostenvorteile hat es, das Strommessmodul mit anderen Funktionsbausteinen in einen ASIC oder dergleichen zu integrieren.
Eine erfindungsgemäße Stromregelungsschaltung zum Regeln eines Stroms durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug, weist Folgendes auf:

– ein erfindungsgemäßes Strommessmodul,
– ein Steuergerät, welchem das Ausgangssignal zugeführt wird, und
– einen Schalter, welcher zwischen der von der Zumesseinheit abgewandten Seite des Shuntwiderstands und einem Versorgungspotential angeschlossen ist,
– wobei das Steuergerät den Schalter in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal ansteuert.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schalter als MOSFET-Transistor ausgebildet ist, welcher durch Pulsweitenmodulation von dem Steuergerät angesteuert wird. Bei einer solchen Anordnung kommen die Vorteile der vorgeschlagenen Anordnung besonders deutlich zur Geltung, da der Pegel am Shuntwiderstand aufgrund der Pulsweitenmodulation zwischen den zwei Versorgungspotentialen schwankt. Mit der vorgeschlagenen Anordnung kann dem durch Verwendung eines Delta-Sigma-Modulators Rechnung getragen werden, der kostengünstig realisiert werden kann.
Das Steuergerät kann ein FIR-Filter aufweisen, welches das Ausgangssignal filtert. Somit kann das FIR-Filter kostengünstig beispielsweise als Programmmodul in das Steuergerät integriert werden.
ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:
1 ein Blockschaltdiagramm, welches die Stromregelung in einer herkömmlichen Anordnung zeigt;
2 ein Blockschaltdiagramm, welches ein Strommessmodul und eine Stromregelungsschaltung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
3 ein Blockschaltdiagramm, welches ein Strommessmodul und eine Stromregelungsschaltung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.
2 zeigt ein Blockschaltdiagramm, welches ein Strommessmodul 40 und eine Stromregelungsschaltung 20 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Die Stromregelungsschaltung 20 regelt den Strom, der durch das Magnetventil 71 (hier dargestellt als Impedanz) der Zumesseinheit einer Common-Rail-Pumpe 70 fließt. Dazu misst bzw. erfasst das Strommessmodul 40 den Strom durch das Magnetventil 71, indem es den Spannungsabfall über einen Shuntwiderstand 21 in ein digitales Ausgangssignal umwandelt und dieses einem Steuergerät 60 zuführt. Das Steuergerät 60 kann vorzugsweise als Mikrocontroller ausgeführt sein. Weicht der Wert des ermittelten Ausgangssignals von einem vorbestimmten Vergleichswert ab, dann regelt das Steuergerät 60 den Strom auf den vorgegebenen Sollwert durch Ansteuerung eines Schalters 22.
Im Folgenden wird diese Anordnung genauer beschrieben: Das Magnetventil 71, der Shuntwiderstand 21 und der Schalter 22 sind in Reihe zwischen ein erstes Versorgungspotential V_bat und ein zweites Versorgungspotential V_grnd geschaltet. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schalter 22 als selbstsperrender n-MOSFET-Transistor ausgeführt, dessen Source mit dem zweiten Versorgungspotential V_gnd verbunden ist. Das Magnetventil 71 ist mit dem ersten Versorgungspotential V_bat verbunden und der Shuntwiderstand 21 ist zwischen dem Magnetventil 71 und dem Drainanschluss des Transistors 22 angeordnet.
Die beiden Anschlüsse des Shuntwiderstands 22 sind respektive mit einem ersten Eingang 46 bzw. einem zweiten Eingang 47 des Strommessmodul 40 verbunden. Der erste Eingang 46 ist
mit dem auf der Seite des Magnetventils 71 gelegenen Anschluss des Shuntwiderstands 22 verbunden, wohingegen der zweite Eingang 47 mit dem auf der Seite des Transistors 22 gelegenen Anschluss des Shuntwiderstands 22 verbunden ist. Das Strommessmodul 40 weist eine Diode 41, einen Boosterkondensator 42, einen Delta-Sigma-Modulator 43, einen Level-Shifter 44 und einen Tiefpassfilter 45 auf. Die Diode 41 ist anodenseitig mit einem dritten Versorgungspotential Vdd verbunden. Das dritte Versorgungspotential kann, auf das zweite Versorgungspotential V_gnd bezogen, beispielsweise 5 V betragen, während das erste Versorgungspotential V_bat, auf das zweite Versorgungspotential V_gnd bezogen, beispielsweise 24 V beträgt. Die Kathode der Diode 41 ist mit einer Seite des Boosterkondensators 42 verbunden. Die andere Seite des Boosterkondensators 42 ist mit dem zweiten Eingang 47 verbunden. Der Knoten zwischen der Kathode der Diode 41 und dem Kondensator 42 ist mit einem Spannungsversorgungseingang des Delta-Sigma-Modulators 43 verbunden. Die Diode 41 und der Boosterkondensator 42 bilden zusammen eine Bootstrapschaltung, deren Funktionsweise weiter unten erläutert wird. Weiterhin sind der erste Eingang 46 und der zweite Eingang 47 mit entsprechenden ersten und zweigen Eingängen des Delta-Sigma-Modulators 43 verbunden. Der Knoten zwischen dem Shuntwiderstand 21 und dem Transistor 22 (also der zweite Eingang 47) ist über eine Freilaufdiode 23 mit dem ersten Versorgungspotential V_bat verbunden.
Der Delta-Sigma-Modulators 43 wandelt den Potentialunterschied zwischen den beiden Eingängen 46 und 47 in ein digitales Signal um. Der Delta-Sigma-Modulators 43 kann ein Differenzglied, einen Integrator, einen Komparator und einen 1-Bit-Speicher umfassen, welche in Serie geschaltet sind. Der Ausgang des 1-Bit-Speichers wird über einen 1-Bit-Digital/Analog-Wandler auf den negativen Eingang des Differenzgliedes gegeben. Somit ist der Mittelwert des Ausgangssignals des Delta-Sigma-Modulators 43 aufgrund der negativen Rückkopplungsschleife stets gleich dem Eingangssignal. Der Delta-Sigma-Modulator 43 kann ein Delta-Sigma-Modulator erster oder höherer Ordnung sein.
Dem Delta-Sigma-Modulators 43 nachgeschaltet ist ein Level-Shifter 44, welcher das Potential dieses digitalen Signals in einen auf das Bezugspotential V_gnd bezogenen Wert umwandelt. Der Level-Shifter 44 gibt folglich ein digitales Ausgangssignal aus, welches zwei Werte (HI und LO, bzw. 0 und 1) annehmen kann, also ein binäres Signal. Dieses Ausgangssignal hat einen Mittelwert, der dem Spannungsabfall über den Shuntwiderstand 21 und somit dem Strom durch das Magnetventil 71 entspricht. Insbesondere ist dieser Mittelwert im Wesentlichen dem Strom durch das Magnetventil 71 proportional.
Das vom Level-Shifter 44 ausgegebene Signal wird vom Tiefpassfilter 45 tiefpassgefiltert und somit in ein analoges Signal umgewandelt. Das Tiefpassfilter 45 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein analoges Tiefpassfilter 45 und kann beispielsweise als RC-Netzwerk oder LC-Netzwerk ausgeführt sein.
Das tiefpassgefilterte Ausgangssignal wird einem Analog/Digital-Wandler 61 des Steuergeräts 60 zugeführt, welcher dieses analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt. Dieses digitale Signal entspricht somit dem Mittelwert des durch das Magnetventil 71 fließenden Stroms (Istwert) und kann zur weiteren Verarbeitung im Steuergerät 60 herangezogen werden. Insbesondere vergleicht das Steuergerät 60 den Wert dieses digitalen Signals mit einem Sollwert des durch das Magnetventil 71 fließenden Stroms. Bei einer Abweichung zwischen Istwert und Sollwert regelt das Steuergerät 60 den Strom durch das Magnetventil 71 auf den Sollwert. Zu diesem Zwecke ist ein Ausgang PWM des Steuergeräts 60 mit dem Gate des Transistors 22 verbunden. Das Steuergerät 60 steuert das Gate des Transistors 22 per Pulsweitenmodulation (PWM) an, wobei das Steuergerät 60 das Tastverhältnis der PWM anpasst, um etwaige Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Stroms durch das Magnetventil 71 auszuregeln.
Das Strommessmodul 40, das Steuergerät 60 und die Serienschaltung von Shuntwiderstand 21 und Transistor 22 bilden zusammen eine Stromregelungsschaltung 20.
Im Betrieb fließt durch das Magnetventil 71 ein pulsweitenmodulierter Strom durch das Magnetventil 71 und den Shuntwiderstand 21. Da das Magnetventil 71 im Wesentlichen eine induktive Last darstellt, ist eine Freilaufdiode 23 zwischen dem masseseitigen Ende des Shuntwiderstands 21 und dem Versorgungspotential V_bat vorgesehen, welche den Stromfluss übernimmt wenn der Transistor 22 sperrt.
Je nachdem ob der Transistor 22 sperrt oder leitet, wechselt das Potential am zweiten Eingang 47 zwischen V_bat und V_gnd. Aus diesem Grunde ist die Bootstrapschaltung aus Diode 41 und Boosterkondensator 42 vorgesehen. Wenn der Transistor 22 leitet (Eingang 47 auf V_gnd) wird der Kondensator 42 über die Diode 41 auf Vdd aufgeladen. Sperrt der Transistor 22 (Eingang 47 auf V_bat), dann wird das Kondensatorpotential auf V_bat + Vdd angehoben. Somit wird gewährleistet, dass das Versorgungspotential, welches dem Delta-Sigma-Modulator 43 zugeführt wird, stets um Vdd über dem Shuntwiderstandspotential am zweiten Eingang 47 liegt. Vdd kann über einen Spannungsteiler aus V_bat bereitgestellt werden oder aber auch aus einer separaten Spannungsquelle bereitgestellt werden.
Das Ausgangsignal des Delta-Sigma-Modulators 43 ist somit ein Bitstream, dessen Pegel zwischen V_gnd und V_bat pendelt bzw. „fliegt". Dieser fliegende Bitstream-Pegel wird vom Level-Shifter 44 auf einen Wert gedrückt, der auf das Versorgungspotential V_gnd, also auf Masse, bezogen ist.
Die Verwendung des Delta-Sigma-Modulators 43 in der oben beschriebenen Anordnung bringt mehrere Vorteile mit sich. Dem Delta-Sigma-Modulators 43 wird als Eingangssignal der Spannungsabfall über den Shuntwiderstand 21 zugeführt. Mit anderen Worten, der Delta-Sigma-Modulators 43 „sieht" lediglich den Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand 21. Folglich hat die oben beschriebenen Anordnung eine ausgezeichnete Gleichtaktunterdrückung.
Ferner kann mit dem Delta-Sigma-Modulators 43 eine ausgezeichnete Messgenauigkeit erreicht werden. Die Messgenauigkeit hängt dabei wesentlich von der Abtastrate des Delta-Sigma-Modulators 43 bzw. von dem dem Delta-Sigma-Modulator 43 zugeführten Takt ab. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Abtastrate des Delta-Sigma-Modulators 43 beispielsweise mindestens 60 kHz beträgt.
Schließlich besteht ein wesentlicher Vorteil der oben beschriebenen Anordnung darin, dass sie vergleichsweise günstig herzustellen ist. So kann das Strommessmodul aus vergleichsweise günstigen Standardbausteinen hergestellt werden und benötigt keinen teueren analogen Operationsverstärker bzw. kein teueres, aufwendig abgeglichenes Widerstandsnetzwerk am Eingang eines solchen analogen Operationsverstärkers.
Ein weiterer Vorteil der oben beschriebenen Anordnung besteht darin, dass der fliegende Pegel am Ausgang des Delta-Sigma-Wandlers relativ einfach mit dem Level-Shifter umgesetzt und auf einen Masse-bezogenen Wert gebracht werden kann, da es sich um ein digitales Signal handelt. Dagegen wäre diese Pegel-Umsetzung bei der Verwendung eines Analogverstärkers mit Booster-Kondensator wesentlich aufwändiger.
Das Strommessmodul 40 kann als eigenständiger Baustein, z. B. als ASIC (application specific integrated circuit) realisiert werden. Dabei ist es auch möglich, den Shuntwiderstand 21 in einen solchen ASIC zu integrieren. Der Shuntwiderstand 21 kann aber, wie in 2 dargestellt, auch separat vorgesehen werden. Ferner kann das Tiefpassfilter 45, wie in 2 dargestellt, in das Strommessmodul 40 integriert sein, es kann aber auch als separater Baustein vorgesehen werden.
3 zeigt ein Blockschaltdiagramm, welches ein Strommessmodul 50 und eine Stromregelungsschaltung 30 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
In 3 sind Elemente, deren Funktion der von Elementen in 2 entspricht, mit gleichen Bezugszeichen versehen worden und aus Gründen der Knappheit nicht näher erläutert.
Gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst das Strommessmodul 50 eine Diode 41, einen Boosterkondensator 42, einen Delta-Sigma-Modulator 43 und einen Level-Shifter 44. Diese Elemente haben im Wesentlichen dieselbe Funktion wie die entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist im Strommessmodul 50 jedoch kein Tiefpassfilter 45 vorgesehen. Mit anderen Worten entspricht das aus dem Strommessmodul 50 ausgegebene Signal dem (pegelangepassten) digitalen Ausgangssignal des Level-Shifters 44 in der ersten Ausführungsform.
Das Ausgangssignal des Strommessmoduls 50 wird einem Steuergerät 80 (welches insbesondere als Mikrocontroller ausgebildet sein kann) zugeführt und von einem digitalen Filter 81 des Steuergeräts 80 gefiltert. Das digitale Filter 81 ersetzt also die analoge Filterung durch das Tiefpassfilter 45.
Das Strommessmodul 50, das Steuergerät 80 und die Serienschaltung von Shuntwiderstand 21 und Transistor 22 bilden zusammen eine Stromregelungsschaltung 30.
Zusätzlich zu den Vorteilen der ersten Ausführungsform hat diese Anordnung den Vorteil, dass eine Wandlung des Ausgangssignals des Level-Shifters in analog und zurück in ein digitales Signal mit den damit verbundenen Toleranzen und Quantisierungsfehlern entfällt. Es wird also eine höhere Genauigkeit erzielt.
Das digitale Filter 81 kann als FIR-Filter im Steuergerät verwirklicht werden. Dies hat den Vorteil, dass das FIR-Filter als Software-Komponente im Steuergerät programmiert werden kann, was eine weitere Kostenersparnis mit sich bringt.
Obwohl die obige Ausführungsform vorstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere sind verschiedene Merkmale der oben beschriebenen Ausgestaltungen miteinander kombinierbar.
So wurde der Schalter 22 in den oben beschriebenen Ausführungsformen als MOSFET ausgelegt und der durch das Magnetventil 71 fließende Strom wurde pulsweitenmoduliert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und ist auch auf Anordnungen anwendbar, in welchen der Schalter 22 beispielsweise als Bipolartransistor ausgelegt ist und der Strom durch das Magnetventil 71 in anderer Weise gesteuert wird.
Ferner wurde das Strommessmodul 40 bzw. 50 als separates Modul, beispielsweise als eigenständiger ASIC dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, das Strommessmodul 40 bzw. 50 mit anderen Modulen zu einem komplexeren ASIC zusammenzufassen oder das Strommessmodul 40 bzw. 50 als „Add-On" in einen komplexeren ASIC zu integrieren. Auf diese Weise ergeben sich weitere Kostenvorteile. Weiterhin ist es auch möglich, das Strommessmodul 40 bzw. 50 in das Steuergerät 60 bzw. 80 zu integrieren.

Claims

Strommessmodul (40, 50) zum Messen eines Stroms durch eine Zumesseinheit (70) für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug, mit – zwei Eingängen (46; 47), welche an ein erstes Ende bzw. ein zweites Ende eines Shuntwiderstands (21) angeschlossen sind, der in Serie mit der Zumesseineinheit (70) verbunden ist und über welchen eine Shuntspannung abfällt; und – einem Delta-Sigma-Modulator (43), welcher mit den zwei Eingängen (46; 47) verbunden ist und welcher die Shuntspannung in ein digitales Ausgangssignal wandelt, dessen Mittelwert der Shuntspannung entspricht.
Strommessmodul (40, 50) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: einen Level-Shifter (44), welcher das Potential des digitalen Signal in einen auf ein Bezugspotential (V_gnd) bezogenen Wert umwandelt.
Strommessmodul (40, 50) nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend: eine Diode (41), welche anodenseitig mit einer Spannungsquelle (Vdd) verbunden ist, einen Boosterkondensator (42), dessen eine Seite an die Kathode der Diode (41) und dessen andere Seite mit einer Seite des Shuntwiderstands (21) verbunden ist, wobei der Knoten zwischen Diode (41) und Boosterkondensator (42) mit einem Spannungsversorgungseingang des Delta-Sigma-Modulators (43) verbunden ist.
Strommessmodul (40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend: einen Filter (45, 81), welcher das digitale Ausgangssignal in ein tiefpassgefiltertes Ausgangssignal umwandelt.
Strommessmodul (40, 50) nach Anspruch 4, wobei das Filter als analoges Tiefpassfilter (45) ausgebildet ist.
Strommessmodul (40, 50) nach Anspruch 4, wobei das Filter als digitales Filter (81) ausgebildet ist.
Strommessmodul (40, 50) nach Anspruch 6, wobei das Filter als FIR-Filter (81) ausgebildet ist.
Strommessmodul (40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mit anderen Funktionsbausteinen in einen ASIC integriert ist.
Stromregelungsschaltung (20, 30) zum Regeln eines Stroms durch eine Zumesseinheit (70) für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug, mit – einem Strommessmodul (40, 50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – einem Steuergerät (60, 80), welchem das Ausgangssignal zugeführt wird, und – einem Schalter (22), welcher zwischen der von der Zumesseinheit (70) abgewandten Seite des Shuntwiderstands (21) und einem Versorgungspotential (V_gnd) angeschlossen ist, – wobei das Steuergerät (60, 80) den Schalter (22) in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal ansteuert.
Stromregelungsschaltung (20, 30) nach Anspruch 9, wobei der Schalter (22) als MOSFET-Transistor ausgebildet ist, welcher durch Pulsweitenmodulation von dem Steuergerät (60, 80) angesteuert wird.
Stromregelungsschaltung (20, 30) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Steuergerät (60, 80) ein FIR-Filter (81) aufweist, welches das Ausgangssignal filtert.
Verfahren zum Messen des Stroms durch eine Zumesseinheit (70) für eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems in einem Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Shuntwiderstands (21), welcher in Serie mit der Zumesseineinheit verbunden ist und über welchen eine Shuntspannung abfällt; und – Wandeln der Shuntspannung mit einem Delta-Sigma-Modulator (43) in ein digitales Ausgangssignal, dessen Mittelwert dem zu messenden Strom entspricht.