专利名称：用于对特别是汽车燃油喷射设备的压电元件进行控制的电路的制作方法
现有技术本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的、用于对特别是汽车燃油喷射设备的压电元件进行控制的电路。本发明也涉及一种对特别是汽车燃油喷射设备的压电元件进行控制的相应的方法、以及相应的计算机程序、相应的电存储介质和相应的控制器。
从EP 1 139 422 A1已知一种按照权利要求1前序部分所述的电路。其中由一个压电元件和一个晶体管组成的多个串联电路相互并联。一个第一测量电阻与该并联电路串联地接地。另一方面，该并联电路通过一个扼流线圈与两个串联接地的晶体管的共同接通点连接。由一个电容器和第二测量电阻所组成的串联电路与这两个晶体管并联地接地。
两个上述晶体管之一用于压电元件的放电。为此，这个晶体管按节拍(Takt)进行控制。
在故障情况下，需要把一个充电的压电元件尽可能快的放电。EP 1139 442 A1对这种情况设置了一个附加的所谓停止开关。这里指的是一个附加的晶体管和一个从属的电阻，压电元件通过它们可在故障情况中无节拍地放电。由于在此可能流通的电流，所以实现这种停止开关必然要增加费用。
本发明的目的和优点本发明的目的是提出压电元件的一种控制电路，来保证在故障情况中压电元件的快速放电，而无需为此增加一笔特殊费用。
根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1特征部分所述特征的上述类型的电路来实现的。这个目的同样通过一种如权利要求7所述的方法来实现。
根据本发明，放电用的晶体管在故障情况下按当前的节拍进行控制。这样就可不用大的费用来控制和影响在压电元件放电时流动的放电电流。放电可通过已经有的、为放电设置的晶体管来实现。所以在故障情况下，压电元件的放电不需要特殊的费用，特别是不需要附加的晶体管。
本发明就这样实现了在故障情况下压电元件的快速和可靠放电，而无须为此增加一笔特殊费用。
如果在放电时流动的放电电流被控制和/或被调节，则是特别有利的。在这种情况下，放电时流动的放电电流特别适合用与上述两个晶体管串联的测量电阻来进行测定。也可不用测量电阻而用别的手段进行电流测量，例如电感式电流测量。
本发明的实施例本发明的其他特征、应用可能性和优点可从附图所示的本发明实施例的下列说明中得知。其中，全部所述或所示的单个的或任意组合的特征都构成本发明的内容，而与其在专利权利要求中的总结或引用无关，以及与其在说明书中的措词或表达中的表示无关。
图1示出用于对特别是汽车燃油喷射设备的压电元件进行控制的电路的方框图；图2a和2b示出标明了电流流动的图1的电路；图3a和3b示出在图2a和2b所示电路中的电流的示意时间线图；图4和5示出图1所示电路的控制信号和电压的示意时间线图。
图1示出的一个电路10具有4个压电元件11、12、13、14。当然，也可以设置其他数量的压电元件。压电元件11、12、13、14可以特别是应用在汽车的燃油喷射设备中，用于燃油的喷射。
这些压电元件中的每一个都并联一个电阻15。此外，每个压电元件11、12、13、14都串联一个晶体管16、17、18、19。每个晶体管16、17、18、19都并联一个空转二极管20。
这四个压电元件11、12、13、14相互并联，所以与这四个压电元件11、12、13、14串联的晶体管16、17、18、19也是相互并联的。在晶体管16、17、18、19的这一侧，这个并联电路通过一个第一测量电阻24接地。
这个第一测量电阻24用于电流测量。当然，也可不用测量电阻24而用别的手段进行电流测量，例如用电感式的电流测量。
在另一侧，即在压电元件11、12、13、14的这一侧，并联电路与一个线圈25和一个安全空转二极管26的阳极连接；安全空转二极管26的阴极则通过两个晶体管27、28和一个第二测量电阻29的串联电路接地。
所述第二测量电阻29用于电流测量。当然，也可不用测量电阻29而用别的手段进行电流测量，例如用电感式电流测量。
这两个晶体管27、28中的每一个晶体管都并联一个空转二极管30。两个晶体管27、28的共同的接通点与线圈25连接。
至今所述的电路10由一个接地的电池34供电。一个滤波电容器35并连于电池34对地连接。电池34的正极与一个直流电压变压器36连接，后者由一个对地连接的晶体管37进行控制。直流电压变压器36的背向电池34的一侧与一个二极管38的阳极连接，而该二极管38的阴极则与安全空转二极管26的阴极连接。
在两个二极管26、38的共同的接通点上连接有一个电容器39，后者与第二测量电阻29连接。此外，在这个共同的接通点上连接有一个接地的分压器40，另一个分压器41则由安全空转二极管26的阳极对地连接。
配属于压电元件11、12、13、14的晶体管16、17、18、19和两个晶体管27、28以及配属于直流电压变压器36的晶体管37，与一个所谓的ASIC 45(ASIC＝专用集成电路)连接并由它控制。两个测量电阻24、29以及两个分压器40、41同样与这个ASIC 45连接，并向后者提供它们的电流或电压。
所以电路10由ASIC45控制，而ASIC45则由一个未示出的微处理器控制。所以ASIC45是在构成了一个输出级的电路10和微处理器之间的接口。
电路10、ASIC45和微处理器一起构成一个控制器。但压电元件11、12、13、14布置在该控制器、电路10或上述ASIC45的外部，并通过连接线(例如电缆线束)与电路10连接。
该控制器用于控制和/或调节供给到压电元件11、12、13、14的电流。为此，该控制器具有一台计算机，该计算机是带有电存储介质、特别是带有闪存存储器的微处理器的形式。在这个存储介质上，存储着可在该计算机上执行的计算机程序，这个计算机程序适用于对流经压电元件11、12、13、14的电流产生影响，并由此实施要求的控制和/或调节。
电池34具有例如12伏或24伏的直流电压。通过直流电压变压器36可把这个直流电压变到例如240伏。这个升高的直流电压施加到分压器40上，于是这个电压通过分压器40可被ASIC45测定。此外，这个升高的直流电压给电容器39充电。在电容器39上施加的电压也被加到两个晶体管27、28的串联电路上。
在这两个晶体管27、28中，总是只有其中一个晶体管由ASIC45控制。在被控制的情况中，两个晶体管27、28有节拍地接通。为此所需的节拍一般从外部预先给予电路10。但在需要时，该节拍也可由电路10自己产生。这种节拍最好是具有一连串的接通持续时间和断开持续时间的矩形信号。其中接通持续时间和断开持续时间可能是不同的，而且接通持续时间和断开持续时间也是可以改变的。
当晶体管27导通时，压电元件11、12、13、14之一就可充电。而当晶体管28导通时，充电的压电元件11、12、13、14则可放电。施加到相应压电元件11、12、13、14上的电压可由ASIC45借助分压器41测定。借助线圈25可限制在充电或放电时流动的电流的上升。而借助晶体管16、17、18、19则可由ASIC45选出那个应当充电的压电元件11、12、13、14。
下列结合图2a、3a来说明压电元件11、12、13、14之一的充电。
例如当压电元件11应当充电时，则晶体管16、17首先被ASIC45接通，于是电流从电容器39经过导通的晶体管27、经线圈25、经压电元件11、经导通的晶体管16、经第一测量电阻24、经接地并经第二测量电阻29流回到电容器39。这个电流流动在图2a中用实线46示出。
然后晶体管27被截止，于是电流从线圈25经压电元件11、经导通的晶体管16、经第一测量电阻24、经接地、经第二测量电阻29、经两个空转二极管30中的下面一个流回到线圈25。这个电流流动在图2a中用虚线47示出。
而后晶体管27重新接通，于是电流重新按电流流动46流动。晶体管27的这个节拍一直持续到压电元件11充电至达到要求的电压为止。
图3a示出了流经测量电阻24、29的电流与时间t的关系。其中，上图示出的电流I24流经测量电阻24，而下图示出的电流I29则流经测量电阻29。此外，在图3a中标出了充电持续时间LT，在这个时间过程中晶体管27被发有节拍，以便压电元件11按要求的方式充电。
原则上，压电元件11、12、13、14之一的放电相当于压电元件11、12、13、14之一所述的充电，其中特别是改变了电流方向。下面结合图2b、3b来说明这种充电。
例如当压电元件11应当放电时，则晶体管28和晶体管16首先被ASIC45接通，于是电流按图2b以实线48示出的电流流动进行流动。然后晶体管28被截止，于是电流按图2b用虚线49示出的电流流动进行流动。而后晶体管28重新接通，于是电流重新按电流流动48进行流动。晶体管28的节拍一直持续到压电元件11按要求的方式放电为止。
图3b示出了流经测量电阻24、29的电流与时间t的关系。其中，上图示出的电流I24流经测量电阻24，而下图示出的电流I29则流经测量电阻29。此外，在图3b中注出了放电持续时间ET，在这个时间过程中，晶体管28被发有节拍，以便压电元件11按要求的方式放电。
特别是借助两个测量电阻24、29以及流经这两个测量电阻24、29的电流I24、I29可识别出电路10或压电元件11、12、13、14的故障。特别是由控制器可识别压电元件11、12、13、14之一的接线是否对地或是否对电池34提供的直流电压短路。
在故障情况下，例如在一个压电元件11、12、13、14对地短路或对电池34所提供的直流电压短路的情况下，存在这样的可能性，即压电元件11、12、13、14之一在故障识别的时间点内正好充电或至少部分地充电。这时为了保护相应的压电元件11、12、13、14，该压电元件11、12、13、14必须重新放电，且电路10被转换到一个安全的运行状态。
当这种故障被控制器识别时，则通过该控制器进行压电元件11、12、13、14的可控制的和/或可调节的放电。
在这种放电过程中，电流I29通过测量电阻29测定。然后即使压电元件11、12、13、14之一的接线对地或对电池34提供的直流电压存在短路时，这个电流I29也是存在的。但流经测量电阻24的电流I24则在上述故障情况下至少是不一定存在的。
然后压电元件11、12、13、14的放电，特别是这时流动的放电电流由ASIC45根据流经测量电阻29的电流I29进行控制和/或调节。
这将在下面结合图4和5进行说明。
图4绘出了控制晶体28所用的节拍TT与时间t的关系。而图5则表示加到至少一个压电元件11、12、13、14上的电压UP与时间t的关系。这等于压电元件11、12、13、14之一在这个时间内充电或至少部分地充电。
为了放电，晶体管28首先在时刻T1被接通，于是放电电流从压电元件11、12、13、14经线圈25、经晶体管28和经测量电阻29流到接地。压电元件11、12、13、14上的电压UP随时间而下降，这可从图5一目了然。放电电流借助测量电阻29进行测定。当这个放电电流达到预定的上极限值时，晶体管28被断开，这在图4中用时刻T2表示。
然后放电电流从压电元件11、12、13、14经线圈25、经电容器39和经测量电阻29流到接地。加到压电元件11、12、13、14上的电压UP继续下降。在一定的持续时间后或在上述电流达到下极限值后，晶体管28在时刻T3重新接通。于是放电电流重新流经晶体管28并随时间而上升。
相应的压电元件11、12、13、14通过晶体管28的接通和断开进行放电。如前所述，晶体管28的接通和断开是依赖于流经测量电阻29的放电电流来实现的。一旦压电元件11、12、13、14上的电压UP低于预定的值Umin时，晶体管28的接通和断开便立即结束。图5的时刻TE就是这种情况。此时电压UP可借助分压器41进行确定。这是从这样的前提出发的，即相应的压电元件11、12、13、14放电或其电压至少不大于由电池34提供的直流电压。
如果由于对电池34提供的直流电压短路而不可能达到界限Umin，则放电在预定的持续时间后结束。
所以电路10和压电元件11、12、13、14具有安全的、特别是放电的运行状态。其中，放电时流动的放电电流基本上相当于电路10在正常运行中同样流动的电流。在一定情况下，结合图4和5所述的极限值和持续时间可预先给定而与正常运行无关，并由此在故障情况中匹配放电的特定情况。
权利要求
1.用于对特别是汽车燃油喷射设备的压电元件(11、12、13、14)进行控制的电路(10)，具有两个串联的、通过节拍(TT)可控制的晶体管(27，28)，这两个晶体管的共同接通点与压电元件(11、12、13、14)耦联，并且这两个晶体管中的一个晶体管(28)用于压电元件(11、12、13、14)的放电，其特征在于，在故障时，用于放电的晶体管(28)可以用节拍(TT)来控制。
2.按照权利要求1所述的电路(10)，其特征在于，在放电时流动的放电电流是可控制和/或可调节的。
3.按照权利要求2所述的电路(10)，所述在放电时流动的放电电流是可测定的，并且该放电电流依赖于此是可调节的。
4.按照权利要求3所述的电路(10)，其特征在于，所述放电电流可以如此调节，使得该放电电流不超过上极限值。
5.按照权利要求2至4中任一项所述的电路(10)，其特征在于，用测量电阻(29)来测定所述放电电流。
6.按照权利要求5所述的电路(10)，其特征在于，所述测量电阻(29)与所述两个晶体管(27、28)串联。
7.用于对特别是汽车喷油设备的压电元件(11、12、13、14)进行控制的方法，其中两个串联的晶体管(27、28)通过节拍(TT)来控制，这两个晶体管的共同接通点与压电元件(11、12、13、14)耦联，并且这两个晶体管中的一个晶体管(28)用于压电元件(11、12、13、14)的放电，其特征在于，在故障时，用于放电的晶体管(28)通过节拍(TT)来控制。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于，在放电时流动的放电电流被控制和/或被调节。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在放电时流动的放电电流特别是通过与所述两个晶体管(27，28)串联的测量电阻(29)来测定。
10.计算机程序，其特征在于，该计算机程序为了在按照权利要求7至9中任一项所述方法中的应用而被编程。
11.控制器的电存储介质，其特征在于，在该电存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序为了在按照权利要求7至9中任一项所述方法中的应用而被编程。
12.特别是用于汽车的燃油喷射设备的控制器，其特征在于，该控制器为应用于按照权利要求7至9中任一项所述的方法而装备。
全文摘要
本发明涉及一种用于尤其是对汽车燃油喷射设备的压电元件(11、12、13、14)进行控制的电路(10)，其中设置了两个串联的、用节拍可控制的晶体管(27、28)，它们的共同接通点与该压电元件(11、12、13、14)耦联，且其中一个晶体管(28)用于压电元件(11、12、13、14)的放电。在故障时，用于放电的晶体管(28)可用节拍(TT)控制。
文档编号F02D41/20GK101073162SQ200580041740
公开日2007年11月14日 申请日期2005年10月20日 优先权日2004年12月6日
发明者M·格拉夫, J·赖内克 申请人:罗伯特·博世有限公司