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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur sequentiellen
Klassifizierung einer Mehrzahl von ansteuerbaren Bauteilen, von
denen jedem ein Kalibrierwiderstand zugeordnet ist, dessen Widerstandswert
das Bauteil bzgl. wenigstens einer Eigenschaft klassifiziert, wobei
Schaltmittel vorgesehen sind, durch die jeder Kalibrierwiderstand
einzeln zu einem Kalibriernetzwerk schaltbar ist, das geeignet ist
zur Erzeugung einer von dem Wert des Kalibrierwiderstandes abhängigen elektrischen
Kalibrierspannung.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zur sequentiellen Klassifizierung einer Mehrzahl
von ansteuerbaren Bauteilen, von denen jedem ein Kalibrierwiderstand
zugeordnet ist, dessen Widerstandswert das Bauteil bzgl. wenigstens
einer Eigenschaft klassifiziert, umfassend die Schritte des sequentiellen
Schaltens jedes einzelnen Kalibrierwiderstandes zu einem Kalibriernetzwerk,
Beaufschlagen des Kalibrierwiderstandes mit einer elektrischen Spannung,
Abgreifen einer von dem Wert des Kalibrierwiderstandes abhängigen,
elektrischen Kalibrierspannung am Ausgang des Kalibriernetzwerks.
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Derartige
Schaltungsanordnungen und Verfahren finden beispielsweise Anwendung
bei der Ansteuerung von Einspritzventilen für Diesel-Hochdrucksysteme.
Diese sind gewissen Fertigungstoleranzen unterworfen, die Auswirkungen
auf die Öffnungs-
und Schließzeiten
der Ventile sowie den Kraftstoffdurchsatz haben. Bedingt durch die
sehr hohen Kraftstoffdrücke
(bis 1600 bar), die z. T. sehr kurzen Einspritzdauern und die äußerst geringen
minimalen Einspritzmengen, können
bereits geringe Fertigungstoleranzen die exakte Dosierung der Einspritzmenge
stören
und damit zu einer Beeinträchtigung
der Leistung und des Motorgeräuschs führen. Auch
kann es zu unvollständiger
Verbrennung und damit vermehrter Rußentwicklung kommen. Eine präzisere Fertigung
ist in den meisten Fällen
nicht möglich
oder nur unter inakzeptabel hoher Kostensteigerung. Andererseits
ist es aber möglich,
durch entsprechende Anpassung der individuellen Ansteuerungsparameter
die Fertigungstoleranzen während
des Betriebs zu kompensieren.
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Man
behilft sich daher damit, die Einspritzventile beim Fertigungsprozess
einzeln zu vermessen und entsprechend ihrem Verhalten zu klassifizieren.
Zur Kennung der Klassifizierung wird jedem Ventil ein Kalibrierwiderstand
in Baueinheit zugeordnet, dessen Widerstandswert die entsprechende
Klassifizierung repräsentiert.
Durch Bestimmung des Widerstandswertes des Kalibrierwiderstandes
und Vergleich mit einer entsprechenden Klassifikationsliste lassen
sich geeignete Ansteuerungsparameter finden, mit denen die individuellen
Normabweichungen des jeweiligen Ventils derart kompensiert werden,
dass ein gewünschtes
Betriebsverhalten, z. B. hinsichtlich Einspritzzeitpunkt, -dauer
und/oder -menge erzielt wird.
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Dies
kann in modernen, Mikrokontroller-gestützten Systemen dadurch verwirklicht
werden, dass bei der Initialisierung der Ventile vor dem Motorstart,
deren Kalibrierwiderstände
einzeln bestimmt, die zugeordneten Ansteuerungsparameter berechnet
oder aus einem Speicher eingelesen und von der Steuerungssoftware beim
Betrieb berücksichtigt
werden. Hierdurch vermeidet man eine Beeinflussung der Messung durch
den normalen Ventilbetrieb und erfasst zudem einen möglichen
Austausch eines Ventils, z. B. im Rahmen einer Reparatur.
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Zur
Vermeidung zusätzlichen
Leitungsaufwandes montiert man den Kalibrierwiderstand oft in Verbindung
mit einer Betätigungsspule
des Ventils, bzw. bei bipolaren Ansteuerungen zwischen den Betätigungsspulen,
wobei Schaltmittel, insbesondere Transistorschaltungen vorgesehen
sind, die zwischen einer Initialisierungskonfiguration und einer
Betriebskonfiguration der Gesamtschaltung hin- und herschalten.
Der Kalibrierwiderstand kann so bei ausgeschalteter Spulenansteuerung
durch die bei der Initialisierungskonfiguration vorliegende Auswerteschaltung
erfasst werden.
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3 stellt
eine Prinzipskizze einer solchen Auswerteschaltung nach dem Stand
der Technik, beschränkt
auf ein einzelnes Ventil dar, wobei der Übersichtlichkeit halber die
Schaltmittel sowie die Ansteuerung derselben nicht dargestellt sind.
Gesteuert durch einen (nicht dargestellten) Decoder wird über zwei
(nicht dargestellte) Transistoren und vier (nicht dargestellte)
Widerstände,
eine Widerstandsreihenschaltung von drei Widerständen mit der Versorgungsspannung
des 48 V Bordnetzes verbunden. Die Verbindung der ersten beiden
Widerstände
ist mit der (nicht dargestellten) Öffnerspule eines bipolaren
Ventils und damit mit dem dem Ventil zugeordneten Kalibrierwiderstand
verbunden. Mit weiteren (nicht dargestellten) Schaltmitteln, die
den vorgenannten Decoder, ein OR-Gatter
sowie einen Transistor umfassen, wird der Kalibrierwiderstand anderenends
mit Masse verbunden. Es liegt im Wesentlichen also eine Spannungsteilerschaltung
mit dem Kalibrierwiderstand als zusätzlichem Lastwiderstand vor.
Dabei erfolgt der Spannungsabgriff zwischen dem zweiten und dritten
Widerstand der Widerstandsreihenschaltung, um die abgegriffene Spannung
auf einen Wert herunterzuteilen, der geeignet ist als Eingangsspannung
für einen
Analog-Multiplexer. Ein sol ches Bauteil ist vorgesehen, um nacheinander
die Kalibrierspannungen für
alle Ventile des Systems aufzunehmen und auf seinen Ausgang durchzuschalten.
Dieser ist mit einem entsprechenden Analog/Digital-Konverter-(ADC)-Eingang
eines (nicht dargestellten) Mikrokontrollers verbunden. Sobald die
Kalibrierspannung für
ein Ventil von dem ADC des Mikrokontrollers eingelesen ist, wird
mittels der Schaltmittel auf das nächste Ventil bzw. den nächsten Kalibrierwiderstand
umgeschaltet und das beschriebene Verfahren wiederholt bis die Klassifikationen
aller Ventile eingelesen sind.
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Nachteilig
bei dieser Anordnung sowie dem entsprechenden Verfahren ist der
extrem hohe Schaltungsaufwand, der sich aus der Vielzahl der benötigten Bauteile
ergibt. Für
einen 8-Zylinder-Motor
sind beispielsweise acht Ventile mit jeweils einer Auswerteschaltung
wie oben beschrieben erforderlich. Dies birgt neben den hohen Kosten
auch ein entsprechendes Zuverlässigkeitsrisiko
und schafft Platzprobleme, die nur mit entsprechend komplexerem
und damit teurerem Platinenlayout kompensiert werden können.
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Weiter
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auslesen von Daten eines
Kraftstoffzumesssystems bekannt (
DE 101 53 520 A1 ), wobei wenigsten einem
elektronischen Bauteil Daten der Kraftstoffpumpe und/oder des Injektors
zugeordnet sind und die Daten von einer Steuereinheit des Kraftfahrzeugs
bei der Steuerung der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.
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Darüber hinaus
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Speichern und/oder Auslesen
von Daten eines Kraftstoffzumesssystems bekannt (
DE 100 07 691 A1 ), wobei
ebenfalls einem elektronischen Bauteil Daten der Kraftstoffpumpe
und/oder des Injektors zugeordnet sind und dieses Bauteil während eines
ersten Zeitabschnitts mechanisch und/oder elektrisch mit der Steuereinheit
verbunden ist und während
eines zweiten Zeitabschnitts mechanisch und/oder elektrisch von
der Steuereinheit getrennt wird.
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Bei
einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung (
DE 198 51 797 A1 ) ist ein
Kondensator und/oder Widerstand vorgesehen, dessen Kennwert den
auszulesenden oder zu speichernden technischen Daten zugeordnet
ist.
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Auch
ist ein Kraftstoffeinspritzventil bekannt (
DE 35 10 157 A1 ), an dem
ein elektrischer Widerstand angeordnet ist, der proportional einer
Kenngröße oder
einer Abweichung von einer Sollkenngröße ist.
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Bei
einer weiteren bekannten Vorrichtung (
US 4,972,293 A ) werden die Eigenschaften eines
elektromagnetischen Steuersystems durch einen einzigen, der Spule
des Systems parallel geschalteten Widerstand wiedergeben.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung
sowie ein Verfahren zur Verfügung
zu stellen, durch die die genannten Probleme des Standes der Technik überwunden
werden, wobei insbesondere unter Beibehaltung der wesentlichen funktionalen
Merkmale der bekannten Schaltung bzw. des bekannten Verfahrens eine
technisch einfachere und kostengünstigere
Alternative angeboten werden soll.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Schaltungsanordnung dadurch
auf, dass das Kalibriernetzwerk eine Konstantstromquelle und einen
parallel zu dieser geschalteten Referenzwiderstand, über dem die
Ausgangsspannung abgreifbar ist, umfasst und durch die Schaltmittel
jeweils einem Kalibrierwiderstand parallel schaltbar ist.
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Hierdurch
wird im Prinzip eine Umwandlung einer Spannungsquellenversorgung
auf eine Stromquellenversorgung der Schaltung erzielt. Die Erfindung
löst sich
dabei von dem nahe liegenden Konzept, der Verwendung des vorhandenen
48 V Bordnetzes als Energiequelle für die Kalibrierschaltung und
geht über
zu der zunächst
komplexer erscheinenden Verwendung einer zusätzlichen Stromquelle, was sich
jedoch in der Gesamtheit des Konzeptes überraschend als weniger aufwendig
erweist. Zwar muss zur Verwirklichung der zusätzlichen Stromquelle zunächst an
dieser Stelle mehr schaltungstechnischer Aufwand getrieben werden.
Dieser Aufwand muss jedoch nur innerhalb des allen Ventilen gemeinsamen
Kalibriernetzwerks getrieben werden. Durch die sich ergebende, wesentliche
Vereinfachung der Schaltmittel sowie der Anzahl der übrigen,
jedem einzelnen Ventil zuzuordnenden Bauteile ist insgesamt eine
Vereinfachung der Schaltung möglich.
Insbesondere werden die für
jeden einzelnen Kalibrierwiderstand erforderlichen Spannungsteilerschaltungen
aus jeweils mehreren Widerständen
durch einen einzigen, gemeinsam genutzten Referenz- oder Messwiderstand ersetzt,
was zu erheblichen Einsparungen führt. Da weiter alle Kalibrierwiderstände sequentiell
demselben Kalibriernetzwerk zuschaltbar sind, entfällt die
Notwendigkeit eines Analog-Multiplexers.
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Durch
geeignete Wahl der Konstantstromquelle lässt sich zudem erreichen, dass
die Kalibrierspannung, also die Ausgangsspan nung des Kalibriernetzwerks,
ohne besonderen Spannungsteiler die gleichen Werte wie eine Schaltung
nach dem Stand der Technik erreicht, wodurch eine vollständige Kompatibilität mit älteren Systemen
gegeben ist.
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Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
wird in besonders vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, dass
zur Begrenzung der maximalen Ausgangsspannung der Konstantstromquelle
zwischen dieser und einer Referenzspannungsquelle eine Begrenzerdiode
als Teil des Kalibriernetzwerks angeordnet ist. Der Fachmann erkennt,
dass die Diode dabei so zu schalten ist, dass sie, solange die Ausgangsspannung
der Stromquelle unterhalb derjenigen der Referenzspannungsquelle
liegt, mit einer Spannung in Sperrrichtung beaufschlagt ist, so
dass kein Strom durch sie hindurch fließt. Übersteigt dagegen die Ausgangsspannung
der Stromquelle die Referenzspannung, liegt über der Begrenzerdiode eine
Spannung in Durchlassrichtung an, so dass ein Strom fließen kann,
der zu einem Zusammenbruch der Stromquellenspannung bis zu dem gewünschten
Maximalwert führt.
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Dabei
ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Referenzspannung eine 5 V
VCC-Versorgungsspannung des Kalibriernetzwerks ist. Dies birgt zwei
Vorteile. Zum einen ist diese Spannungsquelle ohne weiteres vorhanden,
so dass es keines zusätzlichen
Schaltungsaufwandes bedarf. Zum anderen wird dadurch eine Maximalspannung
festgelegt, die der maximalen Eingangsspannung üblicher Mikrokontroller entspricht,
so dass die Ausgangsspannung des Kalibriernetzwerks ohne weitere
Sicherheitsmaßnahmen
in einen ADC-Eingang eines Mikrokontrollers eingespeist werden kann.
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Eine
besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
liegt vor, wenn jedem Kalibrierwiderstand eine Entkopplungsdiode
zugeordnet ist, über
die er mit dem Kalibriernetzwerk verbindbar ist. Über diese
Entkopplungsdiode wird ihm der Messstrom der Konstantstromquelle
zur Begrenzung der Spannung auf Werte kleiner der maximalen Ausgangsspannung
der Konstantstromquelle zugeführt. Sie
dient, wie auch die zuvor genannte Einführung einer Begrenzerdiode
einer wirksamen und technisch unaufwendigen Spannungsbegrenzung,
die durch die Einführung
der Stromquelle wünschenswert
erscheint, um sicher zu stellen, dass z. B. beim normalen Betrieb
der Einspritzventile (-1 V–+49
V), bei Einwirkung von EMV-Störimpulsen
oder bei Kurzschluss der Spulenanschlüsse nach Batteriespannung (+14
V–+16
V) die Kalibrierspannung den zulässigen
Arbeitsbereich eines nachfolgenden ADC-Eingangs nicht verlässt.
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Besonders
vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass zur Kompensation
des Spannungsabfalls an der jedem Kalibrierwiderstand zugeordneten
Entkopplungsdiode eine gemeinsame Diode in Reihe zu dem Referenzwiderstand
als Teil des Kalibriernetzwerks angeordnet ist. Diese Kompensation
bewirkt zum einen, dass die Kalibrierspannungen durch die vorgenannten
Sicherheitsmaßnahmen
nicht verfälscht,
sondern nur wirksam begrenzt werden. Zudem spart die gemeinsame
Nutzung einer Kompensationsdiode die Anordnung von Kompensationsdioden
für jeden
einzelnen Kalibrierwiderstand.
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Vorteilhafterweise
sind alle Kalibrierwiderstände
sequentiell mit einem Messstrom aus derselben Konstantstromquelle
beschickbar. Die hierzu notwendigen Schaltmittel lassen sich auf
ein zeitlich aufeinander folgendes Schalten der einzelnen Kalibrierwiderstände gegen
Masse sowie eine einfache Verbin dung zwischen der jeweiligen Entkopplungsdiode
und dem Kalibrierwiderstand beschränken.
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Grundsätzlich lässt sich
die erfindungsgemäß eingesetzte
Konstantstromquelle auf viele unterschiedliche Arten implementieren.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Konstantstromquelle
ein als Stromquelle geschalteter Operationsverstärker ist. Eine solche Schaltung
ist dem Fachmann wohlbekannt, einfach und kostengünstig im
Aufbau und kann zudem aus der 5 V-VCC-Spannungsquelle, die für vielfache
elektronische Schaltungen in dem Gesamtsystem in der Regel ohnehin
vorhanden ist, gespeist werden. Alternativ kann beispielsweise eine
Konstantstromquelle eingesetzt werden, die einen als Stromquelle
beschalteten Transistor umfasst, insbesondere wenn eine zusätzliche
Versorgungsspannung von beispielsweise 48 V ohnehin zur Verfügung steht.
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Vorzugsweise
sind die ansteuerbaren Bauteile zur Klassifizierung wenigstens einer
ihren Eigenschaft Kalibrierwiderstände mit unterschiedlichen und
im Rahmen herkömmlicher
Fertigungstoleranzen festen Widerstandswerten versehen. Auf diese
Weise müssen
keine Änderungen
der beschriebenen Schaltungsanordnung vorgenommen werden, wenn eines
der anzusteuernden Bauteile etwa ausgetauscht wird, da mit ihm in
Baueinheit auch der es klassifizierende Widerstand ausgetauscht
wird, der ein einfacher Festwiderstand mit geeignetem Widerstandswert
sein kann.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
kann vorgesehen sein, dass die Widerstandwerte der Kalibrierwiderstände und
die Komponenten des Kalibriernetzwerks derart aufeinander abgestimmt
sind, dass die bei Vermessung zweier in der Reihe der Widerstandswerte
aufeinander folgender Widerstandswerte resultierenden Kalib rierspannungen
für alle
Widerstandswerte in etwa dieselbe Differenz aufweisen. Das bedeutet,
dass die Widerstandswerte zur Klassifizierung der anzusteuernden
Bauteile derart gestaffelt sind, dass die resultierenden Kalibrierspannungen
eine Schar von Spannungswerten in etwa gleichen Abstandes bilden,
was eine optimale Trennung und damit eine optimale Erkennung der
jeweiligen Bauteile ermöglicht.
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Alternativ
kann die Abstimmung von Kalibrierwiderständen und Kalibriernetzwerk
auch derart erfolgen, dass die bei Vermessung zweier in der Reihe
der Widerstandswerte aufeinander folgender Widerstandswerte resultierenden
Kalibrierspannungen für
alle Widerstandswerte in etwa dieselbe relative Differenz – bezogen auf
eine der beiden Kalibrierspannungen – aufweisen. Damit ist die
Differenz zweier aufeinander folgender Spannungen im unteren Bereich
geringer als im oberen. Welcher der beiden vorgenannten Abstimmungsweisen
der Vorzug zu geben ist, ist vor allem durch die Art der nachfolgenden
Auswerteverfahren und -komponenten bestimmt.
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Als
besonders günstig
hat es sich erwiesen, wenn die Kalibrierwiderstände Werte von etwa 2,0 kΩ, 3,6 kΩ, 5,6 kΩ, 8,6 kΩ, 11,0 kΩ, 15,0 kΩ, 20,0 kΩ, 27,0 kΩ und 39,0
kΩ haben.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat es sich bewährt, dass die Konstantstromquelle
einen Strom von -0,4 mA liefert.
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Die
Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch auf,
dass das Kalibriernetzwerk von einer Konstantstromquelle mit einem
Strom derart beschickt wird, dass das Kalibriernetzwerk und der
Kalibrierwiderstand von einer Konstantstrom quelle mit einem konstanten
Strom beschickt werden und die Kalibrierspannung über einem
parallel zu der Konstantstromquelle geschalteten Referenzwiderstand
abgegriffen wird. Hieraus ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile
der wesentlichen Vereinfachung der zugrunde liegenden Schaltungsanordnung
gegenüber
einem Verfahren nach dem Stand der Technik, bei dem die zu vermessenden
Kalibrierwiderstände
nacheinander mit einer Spannungsteilerschaltung zu einem Spannungsabgriff
geschaltet werden müssen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Kalibrierspannung in einen Eingang einer Berechnungseinheit
eingespeist. Diese ist vorteilhafterweise ein Mikrokontroller, der
bevorzugt anhand der eingespeisten Kalibrierspannungen für jedes
ansteuerbare Bauteil geeignete Ansteuerungsparameter berechnet und/oder
aus einem Speicher einliest.
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Um Änderungen,
die sich z. B. durch Austausch eines der ansteuerbaren Bauteile
einschließlich
seines Kalibrierungswiderstandes ergeben, zuverlässig erfassen zu können, ist
es bevorzugt vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren unmittelbar vor
Inbetriebnahme der ansteuerbaren Bauteile durchzuführen.
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Obwohl
sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
und das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich bei
jeder Art von durch Kalibrierwiderstände klassifizierten, ansteuerbaren
Bauteilen einsetzen lässt,
ist es besonders günstig,
wenn die ansteuerbaren Bauteile Einspritzventile einer Hochdruckeinspritzanlage
eines Dieselmotors sind. Durch die Vielzahl der Einspritzventile,
die in einem solchen Motor vorhanden sind, ist nämlich die Einsparungen, die
sich aus der Erfindung ergeben besonders beträchtlich.
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Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand
bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
vereinfachte, prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
vereinfachte, prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 eine
vereinfachte, prinzipielle Darstellung einer Schaltungsanordnung
gemäß dem Stand
der Technik;
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4 eine
vereinfachte, prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
aus 1 mit besonderer Berücksichtigung einer Konstantstromquelle
gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform;
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5a eine
vereinfachte, prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
aus 1 mit besonderer Berücksichtigung einer Konstantstromquelle
gemäß 2 und
erweitert für
die Erfassung einer Mehrzahl von Kalibrierwiderständen;
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5b eine
vereinfachte, prinzipielle Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
aus 1 mit besonderer Berücksichtigung einer Konstantstromquelle,
die einen als Stromquelle beschalteten Transistor umfasst, wobei
die Schaltungsanordnung ebenfalls für die Erfassung einer Mehrzahl
von Kalibrierwiderständen
erweitert ist; und
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6 ein
beispielhaftes Diagramm der Kalibrierspannung als Funktion zweier
unterschiedlicher Sätze von
Kalibrierwiderständen
zur Demonstration einer beispielhaften Abstimmung von Kalibrierwiderständen und Kalibriernetzwerk.
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3 zeigt
eine vereinfachte, prinzipielle Darstellung einer Schaltungsanordnung 30 nach
dem Stand der Technik. Ein Kalibrierwiderstand 11 ist mit
einer nicht dargestellten Öffnerspule
eines Einspritzventils einer Hochdruck-Einspritzanlage für einen Dieselmotor verbunden.
Durch nicht dargestellte Schaltmittel wird er einerseits, wie dargestellt,
mit Masse 15 verbunden. Andererseits ist es mit einer Reihenschaltung
der Spannungsteiler-Widerstände 321, 322 und 323 verbunden,
die einerseits gegen Masse geschaltet ist und andererseits über nicht
dargestellte Schaltmittel mit der +48 V Versorgungsspannung 33 des
Bordnetzes verbunden wird. Die dargestellte Schaltungskonfiguration
wird durch geeignete Ansteuerung der Schaltmittel zur Initialisierung
der Einspritzventile vor dem Motorstart hergestellt. Da der Kalibrierwiderstand 11 parallel
zu den Spannungsteiler-Widerständen 321 und 322 geschaltet
ist, ist eine Spannungsteilerschaltung mit dem Widerstand 323 einerseits
und den Widerständen 321 und 322 andererseits
realisiert mit dem Kalibrierwiderstand 11 als zusätzlichem
Lastwiderstand. Die sich hieraus ergebenden Zusammenhänge zwischen
der über
den Widerständen 321 und 322 abfallenden
Ausgangsspannung als Funktion der bekannten Ein gangsspannung und
des zu ermittelnden Kalibrierwiderstandes sind dem Fachmann bekannt.
Bei der gezeigten Schaltungsanordnung ist eine weitere Spannungsteilung
realisiert, da die verwendete Ausgangsspannung am Knoten zwischen
den Widerständen 321 und 322 abgegriffen
wird. Diese Maßnahme
dient dazu, die Ausgangsspannung auf einen Bereich einzugrenzen,
der dem Eingangsbereich des nachgeschalteten Analog-Multiplexers 34 (in
der Regel 0–5
V) entspricht, und dennoch für
den Kalibrierwiderstand günstige
Widerstandswerte in der Größenordnung von
ca. 1 bis zu einigen 10 kΩ verwenden
zu können.
Eine weitere Spannungsbegrenzungsmaßnahme ist durch die Diode 16 realisiert,
die gegen die 5 V-VCC-Versorgungsspannung der Elektronik geschaltet
ist. Übersteigt
die Ausgangsspannung der Spannungsteilerschaltung den zulässigen Bereich
0–5V,
wird die Diode leitend, so dass die Überspannung begrenzt wird und
nie Eingänge 341, 342 des
Multiplexers 34 geschützt
sind. Der Multiplexer schaltet die Spannung am Eingang 341 auf
seinen Ausgang durch, wo dann die Kalibrierspannung 14 anliegt,
die zur weiteren Auswertung einem nicht dargestellten Mikrokontroller
zugeführt
wird. Nach Erfassung eines Kalibrierwiderstandes schalten die Schaltmittel
auf einen nächsten
Kalibrierwiderstand und die entsprechende Spannungsteilerschaltung
um, deren Ausgangsspannung dann einem weiteren Eingang 342 des
Multiplexers 34 zugeführt
wird. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis alle Kalibrierwiderstände erfasst sind
und der Mikrokontroller die zur Ansteuerung der einzelnen Ventile
erforderlichen Parameter berechnen oder aus einem Speicher einlesen
kann. Danach kann der Motorstart erfolgen. Die Nachteile dieser
Schaltungsanordnung wurden oben bereits erläutert.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Alternativschaltung
10 nach
einem ersten Ausführungsbeispiel. Wie
auch bei
3 wurde die Abbildung der Übersichtlichkeit
halber auf die Darstellung der erfindungsrelevanten Bauteile beschränkt. Soweit
in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen Verwendung finden entsprechen
sich die jeweiligen Komponenten in ihrer Funktion. Statt der Spannungsteilerschaltung
des Standes der Technik, wird hier ein einziger, Referenz- oder
Messwiderstand
12 parallel zu dem jeweils zu erfassenden
Kalibrierwiderstand geschaltet. Parallel zu beiden wird eine Konstantstromquelle
geschaltet, die die Parallelschaltung der beiden Widerstände
11 und
12 mit
einem Gleichstrom I
DC beschickt, der unabhängig von
den jeweiligen Widerstandswerten stets die gleiche Stromstärke hat.
Abhängig
vom Widerstandswert des Kalibrierwiderstandes
11 ist jedoch
die hochohmig abgreifbare Kalibrierspannung
14. Durch geeignete
Wahl des Referenzwiderstandes
12 kann die Schaltung so
eingerichtet werden, dass sich die Kalibrierspannung
14 als
Funktion des Kalibrierwiderstandes
12 ebenso verhält, wie
die Kalibrierspannung der Spannungsteilerschaltung nach dem Stand
der Technik. Unter Bezugnahme auf
3 müssten hierzu
der Referenzwiderstand
12 in
1 und I
DC die Werte
aufweisen, wobei in den Gleichungen
R allgemein einen Widerstand bezeichnet und die Indizes den Bezugszeichen
in
1 und
3 entsprechen. Eine derartige
Wahl der Komponenten ist besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
auch auf ältere
Systeme angewendet werden soll, die ursprünglich für ein Kalibriernetzwerk nach
dem Stand der Technik entworfen worden waren. Selbstverständlich ist
jedoch auch eine beliebige andere Komponentenwahl möglich, die
je nach Einsatzzweck optimiert werden kann. Die Schaltungsanordnung
10 zeigt
lediglich den zur Erfassung eines einzelnen Kalibrierwiderstandes
erforderlichen Ausschnitt einer Gesamtschaltung, die im Zusammenhang
mit
5 näher erläutert wird. Es ist aber bereits
aus dieser Abbildung erkennbar, dass das gleiche Kalibriernetzwerk
für alle
Kalibrierwiderstände eines
Systems verwendet werden und seine Ausgangsspannung, d.h. die Kalibrierspannung
ohne weiteres Multiplexing in einen nachfolgenden Mikrokontroller
eingespeist werden kann.
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2 zeigt
eine besonders vorteilhafte Weiterbildung 20 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Sie erweitert die Schaltungsanordnung 10 um die Dioden 161, 162 und 163 sowie
um die Spannungsquelle 17. Die übrigen Komponenten entsprechen
den jeweiligen Komponenten gleichen Bezugszeichens in 1.
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Zur
Begrenzung der Kalibrierspannung auf Werte die in eine nachfolgende
Auswerteelektronik eingelesen werden können, sind die Entkopplungsdiode 163 und
die Begrenzerdiode 162 vorgesehen. Die Entkopplungsdiode 163 entkoppelt
das dargestellte Kalibriernetzwerk von der nicht dargestellten Ansteuerung
des ebenfalls nicht dargestellten Ventils. Eine solche Entkopplung
ist günstig,
da bei gängigen
Einspritzventilen z. B. der Kalibrierwiderstand mit der Öffnerspule
des zugeordneten Ventils verbunden ist. Beim bestimmungsgemäßen Betrieb
der Ventile treten Spannungen in der Größenordnung von -1 V–+49 V auf.
Diese können
durch die Entkopplungsdiode 163 von dem Kalibriernetzwerk
entkoppelt werden.
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Die
Begrenzerdiode 162 ist dagegen mit der 5 V-VCC-Versorgungsspannung 17 verbunden. Überschreitet
die Kalibrierspannung diesen maximal zulässigen Wert, wird die Diode 162 in
Durchlassrichtung beaufschlagt, so dass die Spannung 14 wirksam
begrenzt wird.
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Die
Kompensationsdiode 161 schließlich hat die Aufgabe, den
Spannungsabfall über
der Entkopplungsdiode 163 zu kompensieren, damit durch
die ansonsten vorliegende Spannungsteilung keine Verfälschung
der Messwerte, d.h. der Kalibrierspannung 14 auftritt.
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4 zeigt
eine Schaltung 40, die der Schaltung 10 aus 1 entspricht,
wobei jedoch eine besonders vorteilhafte Ausführung der Stromquelle 13 dargestellt
ist. Die Stromquelle 13 ist hier nämlich als Operationsverstärker 131,
geschaltet als Konstantstromquelle, ausgeführt. Die Energiezufuhr erfolgt über die VCC-Spannungsversorgung 17.
Dem Fachmann ist diese Stromquellenschaltung grundsätzlich bekannt,
so dass die Dimensionierung der Widerstände 132a-d nicht näher diskutiert
werden muss. Der Kondensator 133 kann fallweise zur Stabilisierung
eingefügt
werden. Die übrigen
Komponenten entsprechen den jeweiligen Komponenten gleichen Bezugszeichens
in 1.
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5a zeigt
eine Erweiterung der Schaltung von 2 auf die
Ansteuerung einer Mehrzahl von Ventilen, im vorliegenden Fall von
acht (nicht dargestellten) Ventilen. Als Stromquelle wird eine Konstantstromquelle
gemäß der im
Zusammenhang mit 4 erläuterten, besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung verwendet. Wie leicht erkennbar, kann das gesamte
Kalibriernetzwerk auf einfachste Weise mit dem jeweils interessierenden
Kalibrierwiderstand verbunden werden, wobei die nicht dargestellten
Schaltmittel sehr einfach ausgeführt
werden können
und bis auf die Entkopplungsdioden 163a-h alle Komponenten
des Kalibriernetzwerks nur einfach ausgeführt werden müssen. Der Übersichtlichkeit
halber wurde auf die Darstellung der mit den Entkopplungsdioden 163b-h
zu verbindenden Kalibrierwiderstände
verzichtet. Die übrigen
Komponenten entsprechen den jeweiligen Komponenten gleichen Bezugszeichens
in 1, 2 und 4.
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5b zeigt
eine alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
wobei sich die Schaltungsanordnung nach 5b durch
die Art der Verwirklichung der Konstantstromquelle von der Schaltungsanordnung
gemäß 5a unterscheidet.
Bei der in 5b dargestellten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
umfasst die Konstantstromquelle einen Transistor 134, dessen
Emitter über
einen Widerstand 135 mit der 48 V Spannungsversorgung 33 in
Verbindung steht, die beispielsweise zum Betrieb von Einspritzventilen
ohnehin zur Verfügung
steht. Die Basis des Transistors 134 ist mit der VCC-Spannungsversorgung 17 verbunden
und der Kollektorstrom des Transistors 134 stellt den Konstantstrom
IDC dar. Die Höhe des Konstantstroms IDC hängt
dabei von der Spannung an dem Widerstand 135 und dem Wert
des Widerstands 135 ab. Die Spannung am Widerstand 135 entspricht
der Differenz aus der 48 V Versorgungsspannung 33 und der
Summe aus der VCC-Versorgungsspannung 17 und der Basis-Emitter-Spannung
des Transistors 134. Wenn die VCC-Versorgungsspannung 5 V und die Basis-Emitter-Spannung
ungefähr
0,7 V beträgt,
hat die Spannung am Widerstand 135 beispielsweise einen
Wert von ungefähr 42,3
V. Für
einen Konstantstrom IDC von -0,4 mA ergibt
sich in diesem Fall ein Wert von 105,75 kΩ für den Widerstand 135.
Eine Begrenzung der Ausgangsspannung wie etwa durch die Diode 162 von 5a kann
bei der Ausführungsform
gemäß 5b entfallen,
da die Spannung am Kollektor des Transistors 134 – bedingt durch
die Verbindung der Basis mit der VCC-Versorgungsspannung 17 – auf ungefähr 5,6 V
begrenzt ist. Die Diode 161 sorgt durch ihren Spannungsabfall
von ungefähr
0,7 V dafür,
dass die Ausgangsspannung insgesamt kleiner als die VCC-Versorgungsspannung 17 bleibt.
Es ist zu beachten, dass insbesondere die Toleranz der 48 V Versorgungsspannung 33,
die Toleranz der VCC-Versorgungsspannung 17, die temperaturabhängige Drift
der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 134 und der
Stromverstärkungsfaktor
des Transistors 134 einen Einfluss auf die Genauigkeit
des Konstantstroms IDC haben. Die Konstantstromquelle
gemäß 5b weist
einen deutlich einfacheren Aufbau als die Konstantstromquelle gemäß 5b auf,
was jedoch unter Umständen
mit einer zumindest etwas geringeren Genauigkeit des Konstantstroms
IDC erkauft werden muss.
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6 zeigt
zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Abstimmung der Kalibrierwiderstände und des Kalibriernetzwerks
anhand der Kalibrierspannung als Funktion des Kalibrierwiderstandes
bei einem gegeben I
DC von 0,4 mA. Es sind
vorzugsweise acht Widerstandswerte für den Kalibrierwiderstand vorgesehen,
die acht Klasseneinteilungen hinsichtlich wenigstens einer Eigenschaft
der zugeordneten Einspritzventile repräsentieren. Die gestrichelten
Linien zeigen die Werte für
einen Satz von Kalibrierwiderständen,
die so gestaffelt sind, dass die prozentuale Differenz von zwei
aufeinanderfolgenden Widerstandswerten in der Reihe der Kalibrierwiderstände stets
etwa gleich groß ist.
Die durchgezogenen Linien repräsentieren
dagegen die bevorzugte Ausführungsform,
bei der die relative Differenz zweier Kalibrierspannungen für aufeinander
folgende Widerstandswerte in der Reihe der Kalibrierwiderstände stets
etwa gleich groß ist.
Beispielhaft seien nach folgend entsprechende Wertepaare angegeben,
die besonders bevorzugte Widerstands- und Spannungsbereiche wiedergeben.
Tabelle 1 zeigt dabei mögliche
Wertepaare mit in etwa gleich bleibenden Widerstandsverhältnissen, Tabelle
2 mögliche
Wertepaare mit in etwa gleich bleibender Spannungsdifferenz: Tabelle
1
Tabelle
2
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Die
dargestellten Ausführungsbeispiele
sind selbstverständlich
lediglich als beispielhafte Illustrationen der besonders vorteilhaften
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu verstehen. Der Fachmann wird im Rahmen der hier offenbarten Lehre
vielfältige Variationen
vornehmen können,
ohne sich von dem Kern der Erfindung zu entfernen.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.