用于电感加热至少一个燃料喷射阀门的电路装置以及具有这样的电路装置的燃料喷射阀 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于电感加热至少一个燃料喷射阀门的电路装置，具有:第一可控开关元件，其接线在供电电压的正极与第一连接节点之间；第二可控开关元件，其接线在第一连接节点与供电电压的负极之间；第三可控开关元件，其接线在供电电压的正极与第二连接节点之间；第四可控开关元件，其接线在第二连接节点与供电电压的负极之间；以及至少一个喷射阀门的第一加热器线圈，所述加热器线圈电接线在第一和第二连接节点之间。
【背景技术】
[0002]这样的通过接线四个可控开关元件实现的全桥功率末级(其亦称H桥)在DE 3415 967 Al中被描述为用于操控铁磁材料的电感发热。
[0003]为了生成如电感发热所需的交变信号，周期性地接通第一和第四晶体管并关断第二和第三晶体管，并且反之亦然。
[0004]施加在可由其绕组电感及其有效电阻表示的加热器线圈上的电压具有矩形变化曲线，该矩形变化曲线具有与供电电压相对应的峰值。在此流动的交变电流近似为三角形的；其值由供电电压、开关时长以及绕组电感和有效电阻确定。
[0005]对于有效电阻的小的值成立的是: dl/dt = U/L
其中dl/dt是加热器电流在给定电压U (=Vbat)和电感(L)的情况下的改变速度。
[0006]该关系直接说明了，为了实现高电流值，必须要么提高电压(但是这在机动车辆中由于12V车载电源电压而仅能以昂贵的附加成本来实现)、电感必须为小的(在此设置有构造极限以及由加热器的磁路给定的极限)，要么必须延长切换阶段的时长(这对应于低频率，但是这受到感应加热的作用原理的限制)。
[0007]在关于此的研宄中，在加热器电感和开关时长的技术上合理设计的情况下在使用如在机动车辆中通常可用的、容易降低的供电电压的情况下可以实现最佳50至100W的加热功率。仍然要注意的是，加热器电流的由于三角形形状给定的高次谐波含量使系统的总效率明显劣化。由于其峰值与供电电压相对应的小的交变电压，为了实现例如200W的加热器功率(这对于有效地加热燃料是必需的)，需要非常高的电流。
[0008]由于加热器绕组通过引线与功率电子设备连接，因此所述引线必须被设计为具有相应大的横截面，这又导致附加成本。特别重要的是，引线的自身电感必须保持得尽可能小，因为所述引线的自身电感与加热器电感串联并且妨碍交变电流形成。在此成立的是:加热器电感越小并且加热器电流越大，则功率电感的影响越严重。
【发明内容】
[0009]本发明的任务是一种电路装置，该电路装置在尽可能小的制造成本的情况下实现足够大的加热功率。此外，在引线中流向加热器电感的交变电流应当具有尽可能小的高次谐波分量，以便最小化电磁干扰信号的辐射。还应当可能的是，借助于合适的运行方法在宽范围中改变输送给加热器的功率。除此之外应当可能的是，确定加热器绕组的电感，以便从其中导出加热器中的实际温度的度量，该实际温度又可以用作加热器温度调节中的实际参量。本发明的另一目标是一种具有多个要加热的喷射阀门的燃料喷射阀门装置，该燃料喷射阀门装置导致尽可能低的制造成本。
[0010]该任务根据权利要求1在根据前序部分的电路装置的情况下通过如下方式来解决:在连接节点之间将第一电容器与第一加热器线圈串联。
[0011]通过扩展单个电容器，可以将H桥装置扩展成具有串联谐振的电路装置。在此，谐振电容器的值应当被选择为使得与加热器电感一起得出与加热器的电磁要求相协调的固有振荡频率。在这里观察的燃料喷射阀门的情况下，谐振频率的典型值处于50至60kHz的范围中。在此，确定性因素是磁性材料特性、阀门的壁厚、磁场穿透深度等等。在此，操控信号的频率以及由此其接通和关断时长的时长应当与该固有振荡频率协调。
[0012]通过插入谐振电容器，结合加热器电感产生被有效电阻衰减的串联谐振电路。尽管在连接节点之间生成的励磁电压仅仅具有与供电电压相对应的值，但是在加热器处产生的电压显著更大。
[0013]为了现在实现例如200W的所要求的加热功率，由于较高电压而需要明显更小的电流。
[0014]在根据本发明的电路装置的一个有利的改进方案中，在供电电压的正极与第三连接节点之间电接线第五可控开关元件，并且在第三连接节点与供电电压的负极之间电接线第六可控开关元件。
[0015]在供电电压的正极与第四连接节点之间电接线第七可控开关元件，并且在第四连接节点与供电电压的负极之间电接线第八可控开关元件。由第二喷射阀门的第二加热器线圈和第二电容器组成的第二串联电路被电接线在第二和第三连接节点之间。由第三喷射阀门的第三加热器线圈和第三电容器组成的第三串联电路被电接线在第三和第四连接节点之间，并且由第四喷射阀门的第四加热器线圈和第四电容器组成的第四串联电路被电接线在第四和第一连接节点之间。
[0016]典型的机动车辆发动机具有多个气缸、譬如四个或六个。由于每个气缸都装备有燃料喷射阀门，因此相应地需要四个或六个加热器。这要求使用四个或六个H桥以用于运行加热器。通过根据本发明连接末级和加热器以及适当地操控末级，可以在四气缸发动机的情况下节省末级的一半并通过这种方式节省成本。
[0017]在根据本发明的电路装置的另一有利的改进方案中，与每个开关元件分别并联一个二极管，所述二极管全部都相对于供电电压在截止方向上极化。
[0018]由此，可以降低在加热器线圈中储存的磁场，而不必接通之前被关断的开关元件。在使用功率场效应晶体管的情况下，这些二极管由技术决定地大多作为衬底二极管存在。
[0019]该任务还通过具有根据权利要求2或3之一的根据本发明的电路装置的燃料喷射阀门来解决，其中加热器线圈的每一个以及分配给其的电容器被布置在各一个燃料喷射阀门中，并且其中相应加热器线圈以及分配给其的电容器的串联电路彼此串联。
[0020]通过在燃料喷射阀门中布置电容器以及将由加热器线圈和电容器构成的串联电路串联，可以节省从H桥到燃料喷射阀门的线路，这一方面降低了成本，并且另一方面避免了电磁辐射的来源。
[0021]此外，该任务通过用于运行根据权利要求1至3的电路装置或者根据权利要求4的燃料喷射阀门装置的方法来解决，其中通过以开关元件的操控信号的对应于谐振频率的频率在权利要求1和3的情况下周期性地接通和关断第一和第四开关元件以及与之反相地接通和关断第二和第三开关元件、或者在权利要求2至4的情况下周期性地接通和关断第一、第四、第五和第八开关元件以及与之反相地接通和关断第二、第三、第六和第七开关元件，在最大加热功率的情况下以及在频率与谐振频率不同时在减小的加热功率的情况下来运行该电路装置或该燃料喷射阀门装置，并且通过改变操控信号的频率来控制到一个/多个加热器线圈的能量输送。
[0022]通过使用与谐振频率不同的操控频率，实现了较小的电压幅度，使得可以通过这种方式来调整和调节加热功率。例如，在机动车辆车载电源的大致9V的特定的最低电压的情况下，可以在谐振频率的情况下将电路装置调整到所需的加热功率，以便能够在较高的机动车辆车载电源电压的情况下通过与之不同的频率将功率保持恒定。
[0023]该目标还通过用于运行根据权利要求1至3的电路装置或者根据权利要求4的燃料喷射阀门装置的另一方法来实现，其中通过以开关元件的操控信号的对应于谐振频率的频率和50%的占空比在权利要求1和3的情况下周期性地接通和关断第一和第四开关元件以及与之反相地接通和关断第二和第三开关元件、或者在权利要求2至4的情况下周期性地接通和关断第一、第四、第五和第八开关元件以及与之反相地接通和关断第二、第三、第六和第七开关元件，在最大加热功率的情况下以及在较小占空比时在减小的加热功率的情况下来运行该电路装置或该燃料喷射阀门装置，并且通过改变操控信号的占空比来控制到一个/多个加热器线圈的能量输送。
[0024]在这种情况下，加热功率的输出受到接通时长和关断时长的比例改变的影响。如果根据本发明的电路装置与接通相比被更长时