用于電感加熱至少一個(gè)燃料噴射閥門的電路裝置以及具有這樣的電路裝置的燃料噴射閥 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電感加熱至少一個(gè)燃料噴射閥門的電路裝置，具有:第一可控開關(guān)元件，其接線在供電電壓的正極與第一連接節(jié)點(diǎn)之間；第二可控開關(guān)元件，其接線在第一連接節(jié)點(diǎn)與供電電壓的負(fù)極之間；第三可控開關(guān)元件，其接線在供電電壓的正極與第二連接節(jié)點(diǎn)之間；第四可控開關(guān)元件，其接線在第二連接節(jié)點(diǎn)與供電電壓的負(fù)極之間；以及至少一個(gè)噴射閥門的第一加熱器線圈，所述加熱器線圈電接線在第一和第二連接節(jié)點(diǎn)之間。
【背景技術(shù)】
[0002]這樣的通過接線四個(gè)可控開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)的全橋功率末級(jí)(其亦稱H橋)在DE 3415 967 Al中被描述為用于操控鐵磁材料的電感發(fā)熱。
[0003]為了生成如電感發(fā)熱所需的交變信號(hào)，周期性地接通第一和第四晶體管并關(guān)斷第二和第三晶體管，并且反之亦然。
[0004]施加在可由其繞組電感及其有效電阻表示的加熱器線圈上的電壓具有矩形變化曲線，該矩形變化曲線具有與供電電壓相對(duì)應(yīng)的峰值。在此流動(dòng)的交變電流近似為三角形的；其值由供電電壓、開關(guān)時(shí)長(zhǎng)以及繞組電感和有效電阻確定。
[0005]對(duì)于有效電阻的小的值成立的是: dl/dt = U/L
其中dl/dt是加熱器電流在給定電壓U (=Vbat)和電感(L)的情況下的改變速度。
[0006]該關(guān)系直接說明了，為了實(shí)現(xiàn)高電流值，必須要么提高電壓(但是這在機(jī)動(dòng)車輛中由于12V車載電源電壓而僅能以昂貴的附加成本來實(shí)現(xiàn))、電感必須為小的(在此設(shè)置有構(gòu)造極限以及由加熱器的磁路給定的極限)，要么必須延長(zhǎng)切換階段的時(shí)長(zhǎng)(這對(duì)應(yīng)于低頻率，但是這受到感應(yīng)加熱的作用原理的限制)。
[0007]在關(guān)于此的研宄中，在加熱器電感和開關(guān)時(shí)長(zhǎng)的技術(shù)上合理設(shè)計(jì)的情況下在使用如在機(jī)動(dòng)車輛中通?？捎玫?、容易降低的供電電壓的情況下可以實(shí)現(xiàn)最佳50至100W的加熱功率。仍然要注意的是，加熱器電流的由于三角形形狀給定的高次諧波含量使系統(tǒng)的總效率明顯劣化。由于其峰值與供電電壓相對(duì)應(yīng)的小的交變電壓，為了實(shí)現(xiàn)例如200W的加熱器功率(這對(duì)于有效地加熱燃料是必需的)，需要非常高的電流。
[0008]由于加熱器繞組通過引線與功率電子設(shè)備連接，因此所述引線必須被設(shè)計(jì)為具有相應(yīng)大的橫截面，這又導(dǎo)致附加成本。特別重要的是，引線的自身電感必須保持得盡可能小，因?yàn)樗鲆€的自身電感與加熱器電感串聯(lián)并且妨礙交變電流形成。在此成立的是:加熱器電感越小并且加熱器電流越大，則功率電感的影響越嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的任務(wù)是一種電路裝置，該電路裝置在盡可能小的制造成本的情況下實(shí)現(xiàn)足夠大的加熱功率。此外，在引線中流向加熱器電感的交變電流應(yīng)當(dāng)具有盡可能小的高次諧波分量，以便最小化電磁干擾信號(hào)的輻射。還應(yīng)當(dāng)可能的是，借助于合適的運(yùn)行方法在寬范圍中改變輸送給加熱器的功率。除此之外應(yīng)當(dāng)可能的是，確定加熱器繞組的電感，以便從其中導(dǎo)出加熱器中的實(shí)際溫度的度量，該實(shí)際溫度又可以用作加熱器溫度調(diào)節(jié)中的實(shí)際參量。本發(fā)明的另一目標(biāo)是一種具有多個(gè)要加熱的噴射閥門的燃料噴射閥門裝置，該燃料噴射閥門裝置導(dǎo)致盡可能低的制造成本。
[0010]該任務(wù)根據(jù)權(quán)利要求1在根據(jù)前序部分的電路裝置的情況下通過如下方式來解決:在連接節(jié)點(diǎn)之間將第一電容器與第一加熱器線圈串聯(lián)。
[0011]通過擴(kuò)展單個(gè)電容器，可以將H橋裝置擴(kuò)展成具有串聯(lián)諧振的電路裝置。在此，諧振電容器的值應(yīng)當(dāng)被選擇為使得與加熱器電感一起得出與加熱器的電磁要求相協(xié)調(diào)的固有振蕩頻率。在這里觀察的燃料噴射閥門的情況下，諧振頻率的典型值處于50至60kHz的范圍中。在此，確定性因素是磁性材料特性、閥門的壁厚、磁場(chǎng)穿透深度等等。在此，操控信號(hào)的頻率以及由此其接通和關(guān)斷時(shí)長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)與該固有振蕩頻率協(xié)調(diào)。
[0012]通過插入諧振電容器，結(jié)合加熱器電感產(chǎn)生被有效電阻衰減的串聯(lián)諧振電路。盡管在連接節(jié)點(diǎn)之間生成的勵(lì)磁電壓僅僅具有與供電電壓相對(duì)應(yīng)的值，但是在加熱器處產(chǎn)生的電壓顯著更大。
[0013]為了現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)例如200W的所要求的加熱功率，由于較高電壓而需要明顯更小的電流。
[0014]在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的一個(gè)有利的改進(jìn)方案中，在供電電壓的正極與第三連接節(jié)點(diǎn)之間電接線第五可控開關(guān)元件，并且在第三連接節(jié)點(diǎn)與供電電壓的負(fù)極之間電接線第六可控開關(guān)元件。
[0015]在供電電壓的正極與第四連接節(jié)點(diǎn)之間電接線第七可控開關(guān)元件，并且在第四連接節(jié)點(diǎn)與供電電壓的負(fù)極之間電接線第八可控開關(guān)元件。由第二噴射閥門的第二加熱器線圈和第二電容器組成的第二串聯(lián)電路被電接線在第二和第三連接節(jié)點(diǎn)之間。由第三噴射閥門的第三加熱器線圈和第三電容器組成的第三串聯(lián)電路被電接線在第三和第四連接節(jié)點(diǎn)之間，并且由第四噴射閥門的第四加熱器線圈和第四電容器組成的第四串聯(lián)電路被電接線在第四和第一連接節(jié)點(diǎn)之間。
[0016]典型的機(jī)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)具有多個(gè)氣缸、譬如四個(gè)或六個(gè)。由于每個(gè)氣缸都裝備有燃料噴射閥門，因此相應(yīng)地需要四個(gè)或六個(gè)加熱器。這要求使用四個(gè)或六個(gè)H橋以用于運(yùn)行加熱器。通過根據(jù)本發(fā)明連接末級(jí)和加熱器以及適當(dāng)?shù)夭倏啬┘?jí)，可以在四氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下節(jié)省末級(jí)的一半并通過這種方式節(jié)省成本。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的另一有利的改進(jìn)方案中，與每個(gè)開關(guān)元件分別并聯(lián)一個(gè)二極管，所述二極管全部都相對(duì)于供電電壓在截止方向上極化。
[0018]由此，可以降低在加熱器線圈中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)，而不必接通之前被關(guān)斷的開關(guān)元件。在使用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的情況下，這些二極管由技術(shù)決定地大多作為襯底二極管存在。
[0019]該任務(wù)還通過具有根據(jù)權(quán)利要求2或3之一的根據(jù)本發(fā)明的電路裝置的燃料噴射閥門來解決，其中加熱器線圈的每一個(gè)以及分配給其的電容器被布置在各一個(gè)燃料噴射閥門中，并且其中相應(yīng)加熱器線圈以及分配給其的電容器的串聯(lián)電路彼此串聯(lián)。
[0020]通過在燃料噴射閥門中布置電容器以及將由加熱器線圈和電容器構(gòu)成的串聯(lián)電路串聯(lián)，可以節(jié)省從H橋到燃料噴射閥門的線路，這一方面降低了成本，并且另一方面避免了電磁輻射的來源。
[0021]此外，該任務(wù)通過用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至3的電路裝置或者根據(jù)權(quán)利要求4的燃料噴射閥門裝置的方法來解決，其中通過以開關(guān)元件的操控信號(hào)的對(duì)應(yīng)于諧振頻率的頻率在權(quán)利要求1和3的情況下周期性地接通和關(guān)斷第一和第四開關(guān)元件以及與之反相地接通和關(guān)斷第二和第三開關(guān)元件、或者在權(quán)利要求2至4的情況下周期性地接通和關(guān)斷第一、第四、第五和第八開關(guān)元件以及與之反相地接通和關(guān)斷第二、第三、第六和第七開關(guān)元件，在最大加熱功率的情況下以及在頻率與諧振頻率不同時(shí)在減小的加熱功率的情況下來運(yùn)行該電路裝置或該燃料噴射閥門裝置，并且通過改變操控信號(hào)的頻率來控制到一個(gè)/多個(gè)加熱器線圈的能量輸送。
[0022]通過使用與諧振頻率不同的操控頻率，實(shí)現(xiàn)了較小的電壓幅度，使得可以通過這種方式來調(diào)整和調(diào)節(jié)加熱功率。例如，在機(jī)動(dòng)車輛車載電源的大致9V的特定的最低電壓的情況下，可以在諧振頻率的情況下將電路裝置調(diào)整到所需的加熱功率，以便能夠在較高的機(jī)動(dòng)車輛車載電源電壓的情況下通過與之不同的頻率將功率保持恒定。
[0023]該目標(biāo)還通過用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求1至3的電路裝置或者根據(jù)權(quán)利要求4的燃料噴射閥門裝置的另一方法來實(shí)現(xiàn)，其中通過以開關(guān)元件的操控信號(hào)的對(duì)應(yīng)于諧振頻率的頻率和50%的占空比在權(quán)利要求1和3的情況下周期性地接通和關(guān)斷第一和第四開關(guān)元件以及與之反相地接通和關(guān)斷第二和第三開關(guān)元件、或者在權(quán)利要求2至4的情況下周期性地接通和關(guān)斷第一、第四、第五和第八開關(guān)元件以及與之反相地接通和關(guān)斷第二、第三、第六和第七開關(guān)元件，在最大加熱功率的情況下以及在較小占空比時(shí)在減小的加熱功率的情況下來運(yùn)行該電路裝置或該燃料噴射閥門裝置，并且通過改變操控信號(hào)的占空比來控制到一個(gè)/多個(gè)加熱器線圈的能量輸送。
[0024]在這種情況下，加熱功率的輸出受到接通時(shí)長(zhǎng)和關(guān)斷時(shí)長(zhǎng)的比例改變的影響。如果根據(jù)本發(fā)明的電路裝置與接通相比被更長(zhǎng)時(shí)