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DE102017203001A1 - Switch valve, sensor module or actuator module with protective circuit - Google Patents

Switch valve, sensor module or actuator module with protective circuit Download PDF

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DE102017203001A1
DE102017203001A1 DE102017203001.1A DE102017203001A DE102017203001A1 DE 102017203001 A1 DE102017203001 A1 DE 102017203001A1 DE 102017203001 A DE102017203001 A DE 102017203001A DE 102017203001 A1 DE102017203001 A1 DE 102017203001A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
switching valve
limiter
arrangement according
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102017203001.1A
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German (de)
Inventor
Michael Domhan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017203001.1A priority Critical patent/DE102017203001A1/en
Publication of DE102017203001A1 publication Critical patent/DE102017203001A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Anordnung aus einem elektrischen Bauelement (21, 51) für ein Schaltventil (1), insbesondere für Motorkraftstoff (4), und einem das Bauelement (21, 51) aufnehmendes Gehäuse (11, 11a; 22; 52), wobei das Bauelement (21, 51) über zur Außenseite des Gehäuses (11, 11a; 22; 52) geführte Kontakte (24a-24d) mit mindestens einem Steuergerät (31, 32) verbindbar ist, wobei zwei Kontakte (24a, 24b; 24c, 24d) über einen mit dem Bauelement (21, 51) parallel geschalteten Spannungsbegrenzer (25) verbunden sind, wobei der Spannungsbegrenzer (25) seinen elektrischen Widerstand sprunghaft vermindert, wenn die über ihm abfallende Spannung U einen vorgegebenen Schwellwert Us überschreitet, und/oder dass auf dem Strompfad zwischen zwei Kontakten (24a, 24b; 24c, 24d) ein Strombegrenzer (26) mit dem Bauelement (21, 51) in Reihe geschaltet ist.Aktorbaugruppe (2) oder Sensorbaugruppe (5), welche im Ganzen in ein Schaltventil (1) montierbar ist, mit der Anordnung.Schaltventil (1), insbesondere für Motorkraftstoff (4), mit der Anordnung, der Aktorbaugruppe (2) und/oder der Sensorbaugruppe (5).Arrangement comprising an electrical component (21, 51) for a switching valve (1), in particular for engine fuel (4), and a housing (11, 11a; 22; 52) accommodating the component (21, 51), the component (21 , 51) via the outside of the housing (11, 11a; 22; 52) guided contacts (24a-24d) with at least one control unit (31, 32) is connectable, wherein two contacts (24a, 24b, 24c, 24d) via a voltage limiter (25) connected in parallel with the component (21, 51), wherein the voltage limiter (25) abruptly reduces its electrical resistance when the voltage U dropping above it exceeds a predetermined threshold value Us, and / or that on the current path between two contacts (24a, 24b, 24c, 24d) a current limiter (26) to the device (21, 51) is connected in series.Aktorbaugruppe (2) or sensor assembly (5), which is mounted as a whole in a switching valve (1) , with the arrangement. Switching valve (1), in particular for Mot or fuel (4), with the arrangement, the actuator assembly (2) and / or the sensor assembly (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltventile sowie Sensorbaugruppen oder Aktorbaugruppen für Schaltventile, mit denen insbesondere Kraftstoff in den Brennraum eines Motors dosiert werden kann.The present invention relates to switching valves and sensor assemblies or actuator assemblies for switching valves, with which in particular fuel can be metered into the combustion chamber of an engine.

Stand der TechnikState of the art

Ein Injektor für einen Motorkraftstoff umfasst typischerweise mindestens einen Aktor, der bei Beaufschlagung mit einem Strom, und/oder mit einer Spannung, eine Kraft auf ein Ventilelement des Injektors auszuüben vermag. Durch diese Kraft wird das Ventilelement bewegt und in der Folge der Injektor geöffnet bzw. geschlossen.An engine fuel injector typically includes at least one actuator that is capable of exerting a force on a valve member of the injector upon application of a current and / or voltage. By this force, the valve element is moved and opened or closed in the sequence of the injector.

Die Entwicklung der Injektoren geht zum einen dahin, dass neben den bekannten magnetischen Aktoren neuartige Aktorkonzepte, wie etwa piezoelektrische Aktoren, zum Einsatz kommen. Zum anderen werden zunehmend Sensoren in Injektoren integriert, um die korrekte Funktion zu überwachen und im Endeffekt das Zeitprogramm, mit dem der Motorkraftstoff eindosiert wird, mit noch höherer Präzision einzuhalten. Injektoren mit Sensoren sind beispielsweise aus der DE 10 2007 008 617 A1 , aus der DE 10 2009 002 895 A1 und aus der EP 1 321 660 B1 bekannt.The development of the injectors is on the one hand to the fact that in addition to the known magnetic actuators novel actuator concepts, such as piezoelectric actuators, are used. On the other hand, sensors are increasingly being integrated in injectors to monitor correct operation and, in the end, to comply with the time schedule for metering the engine fuel with even greater precision. Injectors with sensors are for example from the DE 10 2007 008 617 A1 , from the DE 10 2009 002 895 A1 and from the EP 1 321 660 B1 known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde eine Anordnung aus einem elektrischen Bauelement für ein Schaltventil, welches insbesondere für Motorkraftstoff geeignet ist, und einem das Bauelement aufnehmendes Gehäuse entwickelt.In the context of the invention, an arrangement of an electrical component for a switching valve, which is particularly suitable for motor fuel, and a device housing accommodating housing developed.

Das Schaltventil kann insbesondere darüber entscheiden, wieviel Kraftstoff dem Brennraum zugeführt wird. Ein solches Schaltventil kann den Kraftstoff beispielsweise in ein Saugrohr eindosieren, wo er mit Verbrennungsluft gemischt wird. Aus dem Saugrohr kann der Kraftstoff anschließend über ein weiteres Ventil in den Brennraum des Motors eindosiert werden. Das Schaltventil kann aber auch beispielsweise ein Injektor sein, der den Kraftstoff beispielsweise unmittelbar in den Brennraum des Motors eindosieren kann.The switching valve can in particular decide how much fuel is supplied to the combustion chamber. Such a switching valve can meter the fuel, for example, in a suction pipe, where it is mixed with combustion air. From the suction pipe, the fuel can then be metered via a further valve in the combustion chamber of the engine. But the switching valve may also be, for example, an injector, which can meter the fuel, for example, directly into the combustion chamber of the engine.

Das Bauelement ist über zur Außenseite des Gehäuses geführte Kontakte mit mindestens einem Steuergerät verbindbar.The component can be connected to at least one control unit via contacts guided to the outside of the housing.

Das Bauelement kann beispielsweise vorteilhaft als Aktor ausgebildet sein, der bei Beaufschlagung mit einem Strom, und/oder mit einer Spannung, eine Kraft auf ein Ventilelement des Schaltventils auszuüben vermag zwecks Öffnen und/oder Schließen des Schaltventils. Alternativ oder in Kombination kann das Bauelement auch vorteilhaft als Sensor zur Erfassung mindestens einer physikalischen Messgröße ausgebildet sein.For example, the component may advantageously be designed as an actuator, which upon application of a current, and / or with a voltage, is able to exert a force on a valve element of the switching valve in order to open and / or close the switching valve. Alternatively or in combination, the component can also be advantageously designed as a sensor for detecting at least one physical measured variable.

Das Schaltventil muss nicht zwingend einen Aktor haben. Das Schaltventil kann beispielsweise auch ein Ventil sein, das allein abhängig vom Druck des zugeführten Mediums, beispielsweise Motorkraftstoff, öffnet oder schließt.The switching valve does not necessarily have to have an actuator. The switching valve may, for example, be a valve which alone opens or closes depending on the pressure of the supplied medium, for example engine fuel.

Erfindungsgemäß sind zwei Kontakte über einen mit dem Bauelement parallel geschalteten Spannungsbegrenzer verbunden, wobei der Spannungsbegrenzer seinen elektrischen Widerstand sprunghaft vermindert, wenn die über ihm abfallende Spannung U einen vorgegebenen Schwellwert Us überschreitet. Alternativ oder auch in Kombination hierzu ist auf dem Strompfad zwischen zwei Kontakten ein Strombegrenzer mit dem Bauelement in Reihe geschaltet.According to the invention, two contacts are connected via a voltage limiter connected in parallel with the component, wherein the voltage limiter abruptly reduces its electrical resistance when the voltage U dropping above it exceeds a predetermined threshold value Us. Alternatively or in combination with this, a current limiter is connected in series with the component on the current path between two contacts.

Es wurde erkannt, dass die Entwicklung speziell bei den Aktoren und bei den Sensoren zu immer leistungsfähigeren und mit immer mehr Funktionalität ausgestatteten Komponenten geht. Insbesondere wird in Sensoren zunehmend mehr Mikroelektronik integriert. Auf der anderen Seite hat eine räumlich immer dichtere Integration von Funktionalität zur Folge, dass die Bauelemente empfindlicher gegen zu hohe Spannungen und Ströme werden. Beispielsweise sind mikroelektronische Bauelemente anfällig gegen elektrostatische Entladungen oder gegen Fehlbeschaltungen, wie etwa beim Verpolen oder beim Vertauschen der Anschlüsse für Aktor und Sensor. Um Beschädigungen durch elektrostatische Entladungen zu vermeiden, muss beispielsweise für die Aktorbaugruppe, die Sensorbaugruppe bzw. das Schaltventil als Ganzes, das bislang kein hierfür anfälliges Teil war, ein ESD-Handling neu eingeführt werden mit entsprechend erhöhten Kosten. Insoweit ist die Spannungsbegrenzung wichtiger als die Strombegrenzung, da eine erhöhte Spannung auch dann zu einem schädigenden Durchschlag innerhalb eines mikroelektronischen Bauelements zu führen vermag, wenn nur ein geringer Strom fließt.It has been recognized that the development of the actuators and sensors, in particular, is leading to more and more powerful components with more and more functionality. In particular, increasingly more microelectronics is being integrated into sensors. On the other hand, a spatially increasingly tight integration of functionality results in the devices becoming more susceptible to excessive voltages and currents. For example, microelectronic devices are susceptible to electrostatic discharge or misconnections, such as reverse polarity or swapping the actuator and sensor connections. To avoid damage due to electrostatic discharges, for example, for the actuator assembly, the sensor assembly or the switching valve as a whole, which was previously not a vulnerable part, an ESD handling must be reintroduced with correspondingly increased costs. In that regard, the voltage limit is more important than the current limit, since an increased voltage can lead to a damaging breakdown within a microelectronic device, even if only a small current flows.

Dieses ESD-Handling ist gemäß der Erfindung nicht mehr nötig. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Aktorbaugruppe oder Sensorbaugruppe, die im Ganzen in ein Schaltventil montierbar ist, eine Anordnung gemäß der Erfindung umfassen. Die Aktorbaugruppe, bzw. die Sensorbaugruppe, kann insbesondere vorteilhaft als Anordnung gemäß der Erfindung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Sensorbaugruppe, und/ oder die Aktorbaugruppe, unabhängig von den restlichen Komponenten des Schaltventils in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein, das dem Schaltventil hinzugefügt wird. Es können also ein Gehäuse für die Sensorbaugruppe, ein Gehäuse für die Aktorbaugruppe oder sowohl ein Gehäuse für die Sensorbaugruppe als auch ein Gehäuse für die Aktorbaugruppe vorhanden sein. Die Sensorbaugruppe und die Aktorbaugruppe können auch eine gemeinsame Baugruppe bilden und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.This ESD handling is no longer necessary according to the invention. For this purpose, for example, an actuator assembly or sensor assembly, which is mountable as a whole in a switching valve, comprise an arrangement according to the invention. The actuator assembly, or the sensor assembly, may be particularly advantageously designed as an arrangement according to the invention. In particular, the sensor assembly, and / or the Aktorbaugruppe, regardless of the remaining components of the switching valve may be arranged in a separate housing, which is added to the switching valve. So it can be a housing for the sensor assembly, a housing for the actuator assembly or both a housing for the sensor assembly and a housing for the actuator assembly may be present. The sensor assembly and the actuator assembly may also form a common assembly and be arranged in a common housing.

Das Gehäuse, in dem das Bauelement angeordnet ist, muss aber auch nicht zwingend ein separates Gehäuse der Sensorbaugruppe, und/oder der Aktorbaugruppe, sein. Auch das Gehäuse des Schaltventils als Ganzes erfüllt im Kontext der Erfindung die Funktion, dass das Bauelement vor unmittelbarem Zugriff sicher ist und nur über die von dem Spannungsbegrenzer, und/oder von dem Strombegrenzer, geschützten Kontakte elektrisch zugänglich ist. Beispielsweise kann das Bauelement in einer Aussparung in dem Gehäuse des Schaltventils angeordnet sein. Das Schaltventil kann also beispielsweise wahlweise eine Anordnung gemäß der Erfindung oder eine Aktorbaugruppe oder Sensorbaugruppe mit dieser Anordnung enthalten.However, the housing in which the component is arranged does not necessarily have to be a separate housing of the sensor module, and / or of the actuator assembly. The housing of the switching valve as a whole also fulfills the function in the context of the invention that the component is safe from immediate access and is only electrically accessible via the contacts protected by the voltage limiter and / or by the current limiter. For example, the component can be arranged in a recess in the housing of the switching valve. Thus, for example, the switching valve may optionally include an arrangement according to the invention or an actuator assembly or sensor assembly with this arrangement.

Die Maßnahmen gemäß der Erfindung schützen die Anordnung, bzw. eine Aktorbaugruppe, eine Sensorbaugruppe oder ein Schaltventil mit dieser Anordnung, aber nicht nur beim Handling, sondern auch bei Reparatur-, Wartungs- und Prüfarbeiten an der Einrichtung, in der das Schaltventil verbaut ist. Während beispielsweise die Anschlüsse des Schaltventils und der daran anzuschließenden Ansteuerelektronik so kodiert werden können, dass bei der normalen Montage des Schaltventils im Fahrzeug Vertauschungen von Anschlüssen unterbunden werden, kommen bei der Wartung Werkzeuge mit universellen Anschlüssen zum Einsatz, mit denen die Kodierung umgangen werden kann. Generell wird die Anordnung, bzw. eine Aktorbaugruppe, eine Sensorbaugruppe oder ein Schaltventil mit dieser Anordnung, robuster gegen elektrische Einflüsse von außen.The measures according to the invention protect the arrangement, or an actuator assembly, a sensor assembly or a switching valve with this arrangement, but not only during handling, but also in repair, maintenance and testing of the device in which the switching valve is installed. For example, while the terminals of the switching valve and the control electronics to be connected thereto can be coded such that in the normal assembly of the switching valve in the vehicle interchanges of connections are prevented, come with maintenance tools with universal terminals used with which the coding can be bypassed. In general, the arrangement, or an actuator assembly, a sensor assembly or a switching valve with this arrangement, more robust against electrical influences from the outside.

Wichtig ist insbesondere bei einem als Sensor ausgebildeten Bauelement, dass der Spannungsbegrenzer seinen Widerstand sprunghaft, also diskontinuierlich, ändert, wenn die über ihm abfallende Spannung den Schwellwert überschreitet. Typische Sensoren haben nur eine geringe Eigenkapazität. Wird der Sensor ständig mit einem Widerstand überbrückt, der so gering ist, dass die zu erwartenden Überspannungen den Sensor nicht mehr schädigen können, so wird das Messsignal des Sensors ständig verfälscht. Indem der Spannungsbegrenzer seinen Widerstand sprunghaft ändert, kann sein Widerstand im Normalfall so hochohmig sein, dass das Messsignal nicht signifikant beeinflusst wird, während er zugleich bei Überspannung so niederohmig werden kann, dass die Überspannung zuverlässig an dem Sensor vorbei geleitet wird. Der genaue Betrag der Widerstandsänderung ist dabei zweitrangig und richtet sich unter anderem nach der Empfindlichkeit des Sensors und der zu erwartenden Überspannung.It is important in particular in the case of a component designed as a sensor that the voltage limiter changes its resistance abruptly, thus discontinuously, when the voltage dropping above it exceeds the threshold value. Typical sensors have only a small self-capacitance. If the sensor is constantly bridged with a resistor which is so small that the expected overvoltages can no longer damage the sensor, the sensor's measuring signal is constantly falsified. Normally, as the voltage limiter changes its resistance, its resistance can be so high that the measurement signal is not significantly affected, while at over-voltage it can become so low that the overvoltage is reliably conducted past the sensor. The exact amount of resistance change is secondary and depends, inter alia, on the sensitivity of the sensor and the expected overvoltage.

Der Sensor kann ein gemeinsames Bezugspotential mit einem Aktor des Schaltventils haben, oder er kann galvanisch von dem Aktor getrennt sein. Insbesondere in letzterem Fall ist der Sensor ohne die Schutzmaßnahmen gemäß der Erfindung besonders empfindlich gegenüber Überspannungen, da keine Ladungen von der Kapazität des Aktors aufgefangen werden können.The sensor may have a common reference potential with an actuator of the switching valve, or it may be galvanically isolated from the actuator. In particular, in the latter case, the sensor without the protective measures according to the invention is particularly sensitive to overvoltages, since no charges can be absorbed by the capacity of the actuator.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Spannungsbegrenzer selbstrücksetzend, d.h., er nimmt seinen ursprünglichen elektrischen Widerstand wieder an, wenn die erhöhte Spannung, die den Anlass für die Verminderung des Widerstands gegeben hat, nicht mehr anliegt. Auf diese Weise ist kein Eingriff erforderlich, um nach dem Abfangen einer erhöhten Spannung die Betriebsbereitschaft wieder herzustellen.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the voltage limiter is self-resetting, that is, it resumes its original electrical resistance when the increased voltage that has given rise to the resistance reduction no longer exists. In this way, no intervention is required to restore the operational readiness after the interception of an increased voltage.

Der Spannungsbegrenzer kann beispielsweise vorteilhaft eine Diode, eine Z-Diode, einen Varistor, eine Suppressordiode, eine TVS-Diode und/oder einen Gasableiter umfassen. Er ist dann insbesondere dazu geeignet, ein als kapazitiver Aktor bzw. Sensor ausgebildetes Bauelement zu schützen. Dioden sind darüber hinaus auch geeignet, eine Falschpolung auszuschließen.For example, the voltage limiter can advantageously comprise a diode, a Zener diode, a varistor, a suppressor diode, a TVS diode and / or a gas discharge tube. He is then particularly suitable to protect a designed as a capacitive actuator or sensor device. In addition, diodes are also suitable for eliminating incorrect polarity.

Der Spannungsbegrenzer kann zugleich auch den Strom durch das Bauelement beschränken, denn dieser Strom ist über den Innenwiderstand des Bauelements mit der über ihm abfallenden Spannung verknüpft. Alternativ oder in Kombination hierzu kann jedoch auch ein separater Strombegrenzer vorgesehen sein, der den Stromkreis öffnet, wenn der durch ihn fließende Strom einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.At the same time, the voltage limiter can also limit the current through the component, because this current is linked via the internal resistance of the component to the voltage drop across it. Alternatively or in combination with this, however, a separate current limiter may also be provided, which opens the circuit when the current flowing through it exceeds a predetermined threshold value.

Ein derartiger Strombegrenzer kann im einfachsten Fall eine Schmelzsicherung sein. Deren Austausch in einer Werkstatt verursacht zwar Kosten, jedoch deutlich weniger als ein Komplettaustausch eines Injektors. Bereits ein PKW-Injektor für einen Dieselmotor kostet ab etwa 600 € aufwärts.Such a current limiter can be a fuse in the simplest case. Their replacement in a workshop causes costs, but much less than a complete replacement of an injector. Already a passenger car injector for a diesel engine costs from about 600 € upwards.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Strombegrenzer eine selbstrückstellende Sicherung. Eine solche Sicherung kann beispielsweise einen PTC-Widerstand umfassen, der mit steigendem Strom sprunghaft hochohmiger wird. Wenn der Strom abnimmt und der PTC-Widerstand wieder abkühlt, nimmt er seinen ursprünglichen Widerstand wieder an.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the current limiter is a self-resetting fuse. Such a fuse may include, for example, a PTC resistor, which is suddenly high impedance with increasing current. When the current decreases and the PTC resistor cools again, it resumes its original resistance.

Die Feststellung des erhöhten Stroms auf dem Umweg über die Temperaturerhöhung ist in jedem Fall langsamer als die direkte elektrische Feststellung einer erhöhten Spannung durch den Spannungsbegrenzer. Reicht die Reaktionsgeschwindigkeit des Strombegrenzers alleine nicht aus, kann er daher vorteilhaft durch einen Spannungsbegrenzer ergänzt oder ersetzt werden.The determination of the increased current in the detour via the temperature increase is in any case slower than the direct electrical Detecting an increased voltage through the voltage limiter. If the reaction speed of the current limiter alone is insufficient, it can therefore advantageously be supplemented or replaced by a voltage limiter.

Der Strombegrenzer muss nicht zwangsläufig den Absolutwert des Stroms begrenzen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung begrenzt der Strombegrenzer die Stromanstiegsgeschwindigkeit. Ist der Anlass für den erhöhten Strom ein Kontakt mit einer erhöhten Spannung, hinter der jedoch nur eine begrenzte Ladungsmenge steht, so wird auf diese Weise das Entstehen einer zu hohen Stromspitze zumindest so lange hinausgezögert, bis die Ladung verbraucht ist. Gerade elektrostatische Entladungen erzeugen hohe Spannungen, die jedoch nur eine sehr kleine Ladungsmenge treiben.The current limiter does not necessarily limit the absolute value of the current. In a further advantageous embodiment of the invention, the current limiter limits the rate of current rise. If the cause of the increased current is a contact with an increased voltage, behind which, however, only a limited amount of charge, so is the emergence of an excessive current peak delayed at least until the charge is consumed. Electrostatic discharges in particular generate high voltages, but these only drive a very small amount of charge.

Vorteilhaft befindet sich der Spannungsbegrenzer, und/oder der Strombegrenzer, innerhalb des Gehäuses der Anordnung, welches insbesondere gleichzeitig das Gehäuse der Sensorbaugruppe, der Aktorbaugruppe bzw. des Schaltventils als Ganzes sein kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Bauelement ausschließlich über die zur Außenseite des Gehäuses geführten Kontakte zugänglich ist, die durch den Spannungsbegrenzer, und/oder durch den Strombegrenzer, geschützt sind.Advantageously, there is the voltage limiter, and / or the current limiter, within the housing of the arrangement, which may be the housing of the sensor assembly, the actuator assembly or the switching valve as a whole at the same time. In this way, it is ensured that the component is accessible only via the guided to the outside of the housing contacts, which are protected by the voltage limiter, and / or by the current limiter.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of the preferred embodiments of the invention with reference to figures.

Figurenlistelist of figures

Es zeigt:

  • 1 Schaltventil 1 mit Sensorbaugruppe 5, in der der Sensor 22 mit Spannungsbegrenzer 25 und Strombegrenzer 26 geschützt ist, wobei Aktorbaugruppe 2 und Sensorbaugruppe 5 in einem gemeinsamen Gehäuse 22=52 untergebracht sind;
  • 2 Schaltventil 1 mit Aktorbaugruppe 2 im Gehäuse 11 des Schaltventils 1 und Sensorbaugruppe 5 in separatem Gehäuse 52;
  • 3 Schaltventil 1 mit Sensorbaugruppe 5 in Aussparung 11a des Gehäuses 11 des Schaltventils 1;
  • 4 Schaltventil 1, das ohne Aktor 21 durch den Druck des Motorkraftstoffs 4 öffnet;
  • 5 Zeitverlauf der über dem geschützten Sensor 22 abfallenden Spannung U(t) bei einer kurzzeitigen Überspannung (Kurve A) und bei einer länger anhaltenden Überspannung (Kurve B); zum Vergleich möglicher Spannungsverlauf bei ungeschütztem Sensor 22 (Kurve C).
It shows:
  • 1 Switching valve 1 with sensor assembly 5, in which the sensor 22 is protected with voltage limiter 25 and current limiter 26, wherein actuator assembly 2 and sensor assembly 5 are housed in a common housing 22 = 52;
  • 2 Switching valve 1 with actuator assembly 2 in the housing 11 of the switching valve 1 and sensor assembly 5 in a separate housing 52;
  • 3 Switching valve 1 with sensor assembly 5 in recess 11a of the housing 11 of the switching valve 1;
  • 4 Switching valve 1, which opens without actuator 21 by the pressure of the engine fuel 4;
  • 5 Time course of the voltage U (t) dropping across the protected sensor 22 in the case of a short-time overvoltage (curve A) and with a prolonged overvoltage (curve B); for comparison possible voltage curve in unprotected sensor 22 (curve C).

Nach 1 umfasst das in Schnittzeichnung schematisch gezeichnete, als Injektor ausgebildete Schaltventil 1 ein Gehäuse 11 mit einer Düsenöffnung 12. Die Düsenöffnung 12 wird von einer Düsennadel 13 mit einer in 1 übertrieben groß eingezeichneten Nadelspitze 14 verschlossen. Hierzu wird die Nadelspitze 14 im Ruhezustand des Schaltventils 1 durch die schließend wirkenden Druckfedern 16 in Richtung der Düsenöffnung 12 gedrückt. Der Motorkraftstoff 4 wird dem Schaltventil 1 über den Einlass 17 zugeführt.To 1 comprises the sectional drawing drawn schematically, designed as an injector switching valve 1 a housing 11 with a nozzle opening 12 , The nozzle opening 12 is from a nozzle needle 13 with an in 1 exaggerated big drawn in needlepoint 14 locked. For this purpose, the needle tip 14 in the idle state of the switching valve 1 through the closing pressure springs 16 in the direction of the nozzle opening 12 pressed. The engine fuel 4 becomes the switching valve 1 over the inlet 17 fed.

Die Düsennadel 13 ist mit einem ferromagnetischen Anker 15 gekoppelt, der von der als Magnetbaugruppe ausgebildeten Aktorbaugruppe 2 betätigbar ist. Die Aktorbaugruppe 2 umfasst einen Elektromagneten 21. Wenn der Elektromagnet 21 bestromt wird, wird der Anker 15 angezogen und die Nadelspitze 14 von der Düsenöffnung 12 abgehoben, so dass das Schaltventil 1 geöffnet wird und Motorkraftstoff 4 aus der Düsenöffnung 12 austreten kann. Weiterhin ist eine Sensorbaugruppe 5 vorgesehen, die beispielhaft einen Temperatursensor 51 umfasst.The nozzle needle 13 is with a ferromagnetic anchor 15 coupled, of the designed as a magnet assembly actuator assembly 2 is operable. The actuator assembly 2 includes an electromagnet 21 , When the electromagnet 21 energized becomes the anchor 15 attracted and the needle point 14 from the nozzle opening 12 lifted off, leaving the switching valve 1 is opened and engine fuel 4 from the nozzle opening 12 can escape. Furthermore, a sensor module 5 provided, for example, a temperature sensor 51 includes.

Die Sensorbaugruppe 5 und die Aktorbaugruppe 2 bilden gemeinsam eine Einheit, die in einem gemeinsamen Gehäuse 22, 52 angeordnet ist. Der Elektromagnet 21 und der Temperatursensor 51 befinden sich also im gleichen Gehäuse 22, 52.The sensor assembly 5 and the actuator assembly 2 Together, they form a single unit that is in a common housing 22 . 52 is arranged. The electromagnet 21 and the temperature sensor 51 So are in the same housing 22 . 52 ,

Der Temperatursensor 51 ist ein Halbleiterbauelement und daher deutlich empfindlicher gegen Überspannungen und Überströme als der Elektromagnet 21. Daher ist zwischen die Kontakte 24a und 24b, die den Temperatursensor 22 mit der Außenseite des Gehäuses 22, 52 verbinden, ein parallel zum Temperatursensor 51 geschalteter Spannungsbegrenzer 25 geschaltet, d.h., die Kontakte 24a und 24b sind über den Spannungsbegrenzer 25 verbunden. Übersteigt die über dem Temperatursensor 22 abfallende Spannung U den Schwellwert Us, vermindert sich der Widerstand des Spannungsbegrenzers 25 sprunghaft. Die Überspannung wird somit kurzgeschlossen und vom Temperatursensor 51 ferngehalten.The temperature sensor 51 is a semiconductor device and therefore much more sensitive to overvoltages and overcurrents than the electromagnet 21 , Therefore, between the contacts 24a and 24b that the temperature sensor 22 with the outside of the housing 22 . 52 connect, a parallel to the temperature sensor 51 connected voltage limiter 25 switched, ie, the contacts 24a and 24b are over the voltage limiter 25 connected. Exceeds the above the temperature sensor 22 decreasing voltage U the threshold Us, the resistance of the voltage limiter decreases 25 by leaps and bounds. The overvoltage is thus short-circuited and the temperature sensor 51 kept away.

Weiterhin ist in den Strompfad zwischen den Kontakten 24a und 24b auch ein Strombegrenzer 26 geschaltet. Übersteigt der in dem Stromkreis zwischen den Kontakten 24a und 24b fließende Strom I den Schwellwert IS, wird der Stromkreis durch den Strombegrenzer 26 geöffnet, d.h. unterbrochen.Furthermore, in the current path between the contacts 24a and 24b also a current limiter 26 connected. Exceeds in the circuit between the contacts 24a and 24b flowing current I the threshold I S , the circuit is through the current limiter 26 opened, ie interrupted.

Der Elektromagnet 21 ist über die Kontakte 24c und 24d mit der Außenseite des Gehäuses 22, 52 verbunden. Da der Elektromagnet 21 vergleichsweise unempfindlich ist, ist er in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht durch einen Spannungsbegrenzer 25 oder einen Strombegrenzer 26 geschützt.The electromagnet 21 is about the contacts 24c and 24d with the outside of the housing 22 . 52 connected. Because the electromagnet 21 is comparatively insensitive, he is in the in 1 embodiment not shown by a voltage limiter 25 or a current limiter 26 protected.

Der Temperatursensor 51 wird durch eine Auswerteelektronik 31 ausgelesen. Der Elektromagnet 21 wird durch eine Treiberschaltung 32 angesteuert. Der Massekontakt 24b des Temperatursensors 51 ist mit dem Massekontakt 24c des Elektromagneten 21 verbunden. Somit haben der Elektromagnet 21 und der Temperatursensor 51 ein gemeinsames Bezugspotential. The temperature sensor 51 is through an evaluation 31 read. The electromagnet 21 is through a driver circuit 32 driven. The ground contact 24b of the temperature sensor 51 is with the ground contact 24c of the electromagnet 21 connected. Thus, the electromagnet 21 and the temperature sensor 51 a common reference potential.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltventils 1. Im Unterschied zu 1 ist hier die Sensorbaugruppe 5 nicht mit der Aktorbaugruppe 2 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Stattdessen ist die Aktorbaugruppe 2 mit dem Elektromagneten 21 innerhalb des Gehäuses 11 des Schaltventils 1 angeordnet, während die Sensorbaugruppe 5 in einem eigenen Gehäuse 52 untergebracht ist, das außen am Gehäuse 11 des Schaltventils 1 befestigt ist. Das Gehäuse 52 der Sensorbaugruppe 5 ist zum Gehäuse 11 des Schaltventils 1 hin offen, damit der Temperatursensor 51 die Temperatur T des Gehäuses 11 des Schaltventils 1 unmittelbar messen kann. 2 shows a further embodiment of the switching valve 1 , In contrast to 1 Here is the sensor assembly 5 not with the actuator assembly 2 arranged in a common housing. Instead, the actuator assembly 2 with the electromagnet 21 inside the case 11 of the switching valve 1, while the sensor assembly 5 in a separate housing 52 is housed, the outside of the housing 11 the switching valve 1 is attached. The housing 52 the sensor assembly 5 is to the housing 11 of the switching valve 1 out, so that the temperature sensor 51 the temperature T of the housing 11 the switching valve 1 can measure directly.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltventils 1. Im Unterschied zu 2 ist hier die Sensorbaugruppe 5 nicht in einem separaten Gehäuse 52 angeordnet, sondern in einer Aussparung 11a des Gehäuses 11 des Schaltventils 1. 3 shows a further embodiment of the switching valve 1 , In contrast to 2 Here is the sensor assembly 5 not arranged in a separate housing 52, but in a recess 11a of the housing 11 the switching valve 1 ,

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltventils 1. Der Aufbau ist an das in 2 gezeigte Schaltventil 1 angelehnt mit dem Unterschied, dass kein Aktor 21 und dementsprechend keine Aktorbaugruppe 2 vorhanden ist. Stattdessen ist die Düsennadel 13 des Schaltventils 1 an einen Teller 19 gekoppelt, der über eine flexible, umlaufende Membran 18 dichtend mit dem Gehäuse 11 des Schaltventils 1 verbunden ist. Motorkraftstoff 4 wird aus einem Reservoir über das entfernte Magnetventil 42 und die Leitung 43 zugeführt und drückt die Wirkfläche 19a des Tellers 19 aufwärts. Ist diese durch den Druck des Motorkraftstoffs 4 ausgeübte Kraft größer als die schließend wirkende Kraft der Druckfedern 16, hebt sich die Spitze 12 der Düsennadel 13 vom Gehäuse 11 des Schaltventils 1 ab, und das Schaltventil 1 öffnet. 4 shows a further embodiment of the switching valve 1 , The structure is connected to the in 2 shown switching valve 1 ajar with the difference that no actor 21 and accordingly no actuator assembly 2 is available. Instead, the nozzle needle 13 the switching valve 1 to a plate 19 coupled, via a flexible, circumferential membrane 18 sealing with the housing 11 of the switching valve 1 connected is. Motor fuel 4 gets out of a reservoir via the remote solenoid valve 42 and the line 43 fed and pushes the effective area 19a of the plate 19 upwards. Is this due to the pressure of engine fuel 4 applied force greater than the closing force of the compression springs 16 , the top rises 12 the nozzle needle 13 from the case 11 the switching valve 1 off, and the switching valve 1 opens.

5 verdeutlicht die Schutzwirkung des Spannungsbegrenzers 25 auf den Temperatursensor 51. Aufgetragen ist der Verlauf U(t) der über dem Temperatursensor 51 abfallenden Spannung U in Abhängigkeit der Zeit t für verschiedene angenommene Störungen. Weiterhin ist auch das Spannungsniveau UD eingezeichnet, ab dem eine Beschädigung des Temperatursensors 51 droht. Die Schwellspannung US des Spannungsbegrenzers 25 ist so gewählt, dass sie mit etwas Sicherheitsabstand unterhalb von UD liegt. 5 clarifies the protective effect of the voltage limiter 25 on the temperature sensor 51 , Plotted is the curve U (t) of the above the temperature sensor 51 decreasing voltage U as a function of time t for various assumed disturbances. Furthermore, the voltage level U D is drawn, from the damage of the temperature sensor 51 threatening. The threshold voltage U S of the voltage limiter 25 is chosen so that it lies below U D with a certain safety distance.

Kurve A zeigt den Verlauf U(t) der Spannung U am Temperatursensor 51 bei einer beispielhaften elektrostatischen Entladung. Die Spannung U steigt steil an, bis die Schwellspannung US des Spannungsbegrenzers 25 erreicht ist. Der Spannungsbegrenzer 25 wird schnell niederohmig und schließt die Spannung U kurz, so dass sie sofort zu sinken beginnt, und zwar fast so schnell wie sie zuvor angestiegen ist. Wenn zum Zeitpunkt t1 ein Großteil der eingebrachten Ladung abgeflossen und die Spannung U deutlich gesunken ist, wird der Spannungsbegrenzer 25 mit einer gewissen Schalthysterese wieder hochohmig. Der Abfluss der Ladung wird dann deutlich verlangsamt. Etwa zum Zeitpunkt t2 neigt sich dann die Ladung dem Ende zu, und die Spannung U fällt vergleichsweise schnell auf null zurück.Curve A shows the curve U (t) of the voltage U at the temperature sensor 51 in an exemplary electrostatic discharge. The voltage U rises steeply until the threshold voltage U S of the voltage limiter 25 is reached. The voltage limiter 25 quickly becomes low-ohmic and short-circuits the voltage U so that it begins to sink immediately, almost as fast as it has risen. If at the time t 1, a large part of the charge introduced has drained and the voltage U has dropped significantly, the voltage limiter 25 with a certain switching hysteresis again high impedance. The discharge of the charge is then significantly slowed down. At about the time t 2 , the charge then tilts to the end, and the voltage U drops comparatively quickly to zero.

Kurve B zeigt den Verlauf U(t) der Spannung U am Temperatursensor 51 bei einer beispielhaften Falschbeschaltung durch Anschluss des Temperatursensors 51 an den Bestromungsanschluss für den Elektromagneten 21 an der Treiberschaltung 32. Die Spannung U steigt schnell an, wird aber auf dem Niveau Us abgefangen. Im Unterschied zur elektrostatischen Entladung liefert hier die Spannungsquelle beständig neue Ladung nach, so dass die Spannung U auf dem Niveau US gehalten wird. Zum Zeitpunkt t3 wird die Treiberschaltung 32 abgeschaltet. Dies macht sich jedoch erst ab dem Zeitpunkt t4 bemerkbar, wenn so viel Ladung aus dem Stromkreis abgeflossen ist, dass die Spannung U unter das Niveau US und schließlich bis auf null absinkt. Im Unterschied zu Kurve A fällt die Spannung U auf Grund der deutlich größeren gespeicherten Ladungsmenge deutlich langsamer ab, und dieser Anstieg wird durch das Zurücksetzen des Spannungsbegrenzers 25 in den hochohmigen Zustand nicht weiter verlangsamt.Curve B shows the curve U (t) of the voltage U at the temperature sensor 51 in an exemplary Falschbeschaltung by connecting the temperature sensor 51 to the Bestromungsanschluss for the electromagnet 21 at the driver circuit 32 , The voltage U rises quickly, but is intercepted at the level Us. In contrast to the electrostatic discharge, here the voltage source constantly supplies new charge, so that the voltage U is kept at the level U S. At time t 3 , the driver circuit 32 off. However, this only becomes noticeable from the time t 4 , when so much charge has flowed out of the circuit that the voltage U drops below the level U S and finally to zero. In contrast to curve A, the voltage U drops much more slowly due to the significantly larger amount of charge stored, and this increase is achieved by resetting the voltage limiter 25 in the high-impedance state does not slow further.

Kurve C zeigt zum Vergleich den Verlauf U(t) der Spannung U am Temperatursensor 51 für die gleiche Falschbeschaltung für den Fall, dass der Temperatursensor 51 nicht durch einen Spannungsbegrenzer 25 oder Strombegrenzer 26 geschützt ist. Der Anstieg der Spannung U setzt sich dann über das Niveau UD, ab dem der Temperatursensor 51 beschädigt wird, fort. Die Beschädigung des Temperatursensors 51 macht sich dadurch bemerkbar, dass sein Halbleiter durch die Überspannung mehr und mehr durchbricht, so dass sich der Widerstand vermindert und der Anstieg der Spannung U verlangsamt wird. Wenn zum Zeitpunkt t3 die Treiberschaltung 32 abgeschaltet wird, fällt die Spannung U wieder ab, und zwar mit der gleichen Zeitkonstanten wie in Kurve B. Ab dem Zeitpunkt t4, wo die Spannung U das Niveau US nach unten passiert, ist daher der Verlauf von Kurve C identisch mit dem Verlauf von Kurve B. Allerdings ist der Temperatursensor 51 nun durch das teilweise Durchbrechen seines Halbleiters unter der Überspannung nachhaltig geschädigt.Curve C shows for comparison the course U (t) of the voltage U at the temperature sensor 51 for the same false-wiring in the event that the temperature sensor 51 not by a voltage limiter 25 or current limiters 26 is protected. The rise of the voltage U is then above the level U D , from which the temperature sensor 51 damaged, continues. Damage of the temperature sensor 51 makes itself felt by the fact that its semiconductor breaks more and more through the overvoltage, so that the resistance is reduced and the increase of the voltage U is slowed down. If at time t 3, the driver circuit 32 is switched off, the voltage U falls again, and indeed with the same time constant as in curve B. From the time t 4 , where the voltage U the level U S passes down, therefore, the curve of curve C is identical to the course of curve B. However, the temperature sensor is 51 now sustainably damaged by the partial breakdown of its semiconductor under the overvoltage.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102009002895 A1 [0003]DE 102009002895 A1 [0003]
  • EP 1321660 B1 [0003]EP 1321660 B1 [0003]

Claims (12)

Anordnung aus einem elektrischen Bauelement (21, 51) für ein Schaltventil (1), insbesondere für Motorkraftstoff (4), und einem das Bauelement (21, 51) aufnehmendem Gehäuse (11, 11a; 22; 52), wobei das Bauelement (21, 51) über zur Außenseite des Gehäuses (11, 11a; 22; 52) geführte Kontakte (24a-24d) mit mindestens einem Steuergerät (31, 32) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Kontakte (24a, 24b; 24c, 24d) über einen mit dem Bauelement (21, 51) parallel geschalteten Spannungsbegrenzer (25) verbunden sind, wobei der Spannungsbegrenzer (25) seinen elektrischen Widerstand sprunghaft vermindert, wenn die über ihm abfallende Spannung U einen vorgegebenen Schwellwert US überschreitet, und/oder dass auf dem Strompfad zwischen zwei Kontakten (24a, 24b; 24c, 24d) ein Strombegrenzer (26) mit dem Bauelement (21, 51) in Reihe geschaltet ist.Arrangement comprising an electrical component (21, 51) for a switching valve (1), in particular for engine fuel (4), and a housing (11, 11a; 22; 52) accommodating the component (21, 51), the component (21 , 51) is connected to at least one control device (31, 32) via contacts (24a-24d) guided to the outside of the housing (11, 11a; 22; 52), characterized in that two of the contacts (24a, 24b, 24c, 24d) are connected via a voltage limiter (25) connected in parallel with the component (21, 51), wherein the voltage limiter (25) abruptly reduces its electrical resistance when the voltage U dropping above it exceeds a predetermined threshold value U S , and / or in that a current limiter (26) is connected in series with the component (21, 51) on the current path between two contacts (24a, 24b; 24c, 24d). Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (21, 51) als Aktor (21) ausgebildet ist, der bei Beaufschlagung mit einem Strom und/oder mit einer Spannung eine Kraft auf ein Ventilelement (13, 14, 15) des Schaltventils (1) auszuüben vermag zwecks Öffnen und/oder Schließen des Schaltventils (1).Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the electrical component (21, 51) as an actuator (21) is formed, which upon application of a current and / or with a voltage, a force on a valve element (13, 14, 15) of the switching valve (1) to exercise for the purpose of opening and / or closing the switching valve (1). Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauelement (21, 51) als Sensor (51) zur Erfassung mindestens einer physikalischen Messgröße ausgebildet ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 2 , characterized in that the electrical component (21, 51) is designed as a sensor (51) for detecting at least one physical measured variable. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsbegrenzer (25) selbstrücksetzend ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the voltage limiter (25) is self-resetting. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsbegrenzer (25) eine Diode, eine Z-Diode, einen Varistor, eine Suppressordiode, eine TVS-Diode und/oder einen Gasableiter umfasst.Arrangement according to Claim 4 , characterized in that the voltage limiter (25) comprises a diode, a Zener diode, a varistor, a suppressor diode, a TVS diode and / or a gas discharge tube. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (26) den Stromkreis öffnet, wenn der durch ihn fließende Strom I einen vorgegebenen Schwellwert IS überschreitet.Arrangement according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the current limiter (26) opens the circuit when the current flowing through it I exceeds a predetermined threshold I S. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (26) eine selbstrückstellende Sicherung umfasst.Arrangement according to Claim 6 , characterized in that the current limiter (26) comprises a self-resetting fuse. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (26) die Stromanstiegsgeschwindigkeit begrenzt.Arrangement according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the current limiter (26) limits the current slew rate. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (26) eine Induktivität umfasst.Arrangement according to Claim 8 , characterized in that the current limiter (26) comprises an inductor. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsbegrenzer (25), und/oder der Strombegrenzer (26), innerhalb des Gehäuses (11, 11a; 22; 52) angeordnet ist.Arrangement according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the voltage limiter (25), and / or the current limiter (26) within the housing (11, 11a, 22, 52) is arranged. Aktorbaugruppe (2) oder Sensorbaugruppe (5), welche im Ganzen in ein Schaltventil (1) montierbar ist, umfassend mindestens eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Actuator assembly (2) or sensor assembly (5), which as a whole in a switching valve (1) can be mounted, comprising at least one arrangement according to one of Claims 1 to 10 , Schaltventil (1), insbesondere für Motorkraftstoff (4), umfassend mindestens eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, und/oder mindestens eine Aktorbaugruppe (2) oder Sensorbaugruppe (5) nach Anspruch 11.Switching valve (1), in particular for engine fuel (4), comprising at least one arrangement according to one of Claims 1 to 10 , and / or at least one actuator assembly (2) or sensor assembly (5) according to Claim 11 ,
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