WO2003038257A1 - Vorrichtung zum schutz einer elektronischen schaltung - Google Patents

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3005—Details not otherwise provided for

Definitions

  • EMC radiation electromagnetic Tolerance
  • an assembly for an actuator for a throttle valve of a drive motor which comprises a drive motor arranged in a housing, a throttle valve arranged on a shaft and a position sensor for detecting the position of the throttle valve.
  • the position sensor and drive motor are connected to the throttle valve shaft.
  • the control signals are fed to the module via plug connections and the determined position signals are fed back.
  • the position sensor is at least one potentiometer.
  • the assembly is installed in the intake manifold of the internal combustion engine.
  • the electronic circuits which deliver measurement signal values with a specified accuracy, depending on which a control function for engine, brake or vehicle control is calculated, must be protected against EMC radiation and ESD pulses.
  • electrostatic charges on the housing of the unit e.g. created by the air flow.
  • the protection of the electronic circuit, in particular of an integrated circuit, is particularly advantageously circle, provided with only one component.
  • several ICs which have a common connection, for example a common ground connection can also be protected together with one component.
  • the smaller number of components also improves the availability and the outlay because the small number of electrical components reduces the risk of failures and the amount of the costs.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a throttle valve actuator, in the housing of which, among other things, an electronic circuit, e.g. the evaluation electronics of a position sensor is housed.
  • Figure 2 shows a preferred embodiment of a circuit for protecting such an electronic circuit.
  • FIG. 1 shows an intake manifold 1, in which a throttle valve 2 is installed.
  • the housing of this throttle body is made of metal. It is electrically insulated, e.g. against the intake manifold (if the intake manifold is made of plastic), internal combustion engine or vehicle body.
  • the throttle valve assembly comprises a throttle valve 3 which is fastened on a shaft 4.
  • This shaft 4 is also connected to the drive shaft of an electric motor 5, which rotates the drive shaft and thus the throttle valve 3 by rotating in one direction or the other. In this way, the opening cross section of the intake manifold is changed.
  • at least one position sensor 6, 7 is attached to the shaft. These detect either the position of the shaft 4 and thus the position either potentiometrically or without contact (for example according to the Hall principle)
  • Throttle valve 3 The position sensor 6, 7 comprises an electronic circuit 8, 9 which evaluates the measurement signal detected by the sensor.
  • the electrical circuit is electrically isolated from the housing of the throttle valve assembly.
  • the electronic circuits are designed as integrated circuits, in another embodiment also as discrete circuits.
  • two position sensors 6 and 7 are provided.
  • an electronic control unit 10 which in one exemplary embodiment comprises at least one microcomputer, which outputs control signals for actuating the electric motor 5 in accordance with the measurement signals supplied by input lines 11 to 15 from measuring devices 16 to 20 in accordance with its implemented programs.
  • the control unit 10 does not include a microcomputer, but other means for generating control signals. These control signals are fed to the electric motor 5 via the control lines 21 and 22.
  • the electronic circuits 8 and 9 and optionally the sensors 6 and 7 are supplied with energy by the control unit 10 via the lines 23 and 24.
  • the line 23 in the exemplary embodiment shown Connects to the positive pole of a voltage source, while line 24 represents a ground connection. The positive pole and the ground connection correspond to the corresponding connections of the control unit 10.
  • the processed measurement signals from the sensors 6 and 7 are emitted by the electronic circuits 8 and 9 via lines 25 and 26 to the electronic control unit 10, which transmit these signals as part of the control of the Throttle valve 3 or other functions are taken into account.
  • Sensors and electronic circuits are electrically insulated from the housing of the throttle valve actuator.
  • the ground connection and / or the positive connection is not made from the control unit, but from other components or directly from a voltage source.
  • an electrical component such as a voltage dependent resistor, e.g. a varistor, or components such as diodes, spark gaps, capacitors between the housing of the throttle valve and a suitable connection, e.g. the ground connection of the at least one electronic circuit. Protection against ESD pulses is achieved with two Zener diodes connected in series in opposite directions.
  • FIG. 2 An example of this is shown in FIG. 2.
  • the sensors 6 and 7 and the electronic circuits 8 and 9 are shown as integrated circuits IC1 and IC2 and connected in the manner shown in FIG. 1.
  • the device according to the invention has been described above with reference to a preferred exemplary embodiment of a throttle valve actuator.
  • an electronic circuit that is installed in an electrically insulated housing in a unit and does not use the unit housing as a ground connection is used accordingly.

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung vorgeschlagen, welche in einem Gehäuse angebracht ist und welche gegenüber dem Gehäuse isoliert ist. Es ist wenigstens ein Anschluss vorgesehen, mit dem die elektronische Schaltung mit einem vorgegebenen Potential verbunden ist. Zwischen dem Gehäuse und diesem wenigstens einen Anschluss ist ein spannungsabhängiger Widerstand zum Schutz gegen ESD-Impulse und EMV-Einstrahlungen eingebracht.

Description

Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer mit einem Stellelement einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors verbundenen elektronischen Schaltung, gegen elektrostatische Impulse und elektro-magnetische Einstrahlungen (ESD-Impulse (ESD = electrostatic discharge) ; EMV- Einstrahlungen (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) ) .
Aus der DE 42 41 020 AI ist eine Baueinheit für einen Steller für eine Drosselklappe eines Antriebsmotors bekannt, die einen in einem Gehäuse angeordneten Antriebsmotor, eine auf einer Welle angeordnete Drosselklappe und einen Lagesensor zur Erfassung der Stellung der Drosselklappe umfasst. Lage- sensor und Antriebsmotors sind dabei mit der Drosselklappen- welle verbunden. Über Steckverbindungen werden die Ansteuer- signale der Baueinheit zugeführt sowie die ermittelten Stellungssignale zurückgeführt. Bei dem Lagesensor handelt es sich dabei um wenigstens ein Potentiometer. Die Baueinheit wird ins Saugrohr des Verbrennungsmotors eingebaut.
Bei der bekannten Lösung ist nur der Lagesensor selbst in das Gehäuse des Drosselklappenstellers integriert. Die er- fassten Spannungsrohsignale werden an eine Steuereinheit ü- bertragen, die diese auswertet. Zukünftig werden jedoch zu- nehmend auch elektronische Bauteile in einem solches Stellergehäuse verbaut, z.B. Auswerteelektronik zur Auswertung und/oder Digitalwandlung des Sensorsignals, insbesondere bei berührungslosen Lagesensoren. Dies gilt nicht nur für einen Drosselklappensteller, sondern auch für andere Aggregate in Verbindung mit der Steuerung eines Verbrennungsmotors (z.B. eine Fahrpedaleinheit, vgl. z. B. DE-A 43 34 963).
Die elektronischen Schaltungen, die mit einer vorgegebenen Genauigkeit Meßsignalwerte liefern, in deren Abhängigkeit eine Steuerfunktion zur Motor-, Bremsen- oder Fahrzeugsteuerung berechnet wird, müssen gegen EMV-Einstrahlungen und ESD-Impulse geschützt sein.
Aus der DE 195 08 625 Cl ist bekannt, elektrostatische Aufladungen über hochohmige Widerstände von dem Drosselgehäuse an die Masse des DC-Motors abzugeben. Diese Variante ist für unseren Fall nicht geeignet, da die hochohmigen Widerstände nicht geeignet sind für EMV und ESD-Schutz.
Vorteile der Erfindung
Durch die Schaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes (Varistor) oder eines ähnlichen elektrischen Bauelements zwischen dem Gehäuse des Aggregats und einem geeigneten Anschluss der elektronischen Schaltung, z.B. des Masseanschlusses der elektronischen Schaltung, wird diese wirkungsvoll gegen ESD-Impulse und EMV-Einstrahlungen geschützt.
In vorteilhafter Weise werden zusätzlich mit diesem Bauelement elektrostatische Aufladungen des Gehäuses des Aggregats, die z.B. durch die Luftströmung entstehen, abgeleitet.
In besonders vorteilhafter Weise wird der Schutz der elekt- ronischen Schaltung, insbesondere eines integrierten Schalt- kreises, mit nur einem Bauteil bereitgestellt. Dabei können auch mehrere ICs, die über einen gemeinsamen Anschluss, z.B. einen gemeinsamen Massenanschluss , verfügen, gemeinsam mit einem Bauelement geschützt werden.
Die geringere Anzahl von Bauelementen bewirkt neben dem wirksamen Schutz der Schaltung auch eine Verbesserung der Verfügbarkeit und des Aufwandes, da durch die geringe Anzahl von elektrischen Bauelementen die Gefahr von Ausfällen und die Höhe der Kosten verringert ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen .
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt dabei ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Drosselklappensteller, in dessen Gehäuse unter anderem eine e- lektronische Schaltung, z.B. die Auswerteelektronik eines Lagesensors, untergebracht ist. Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Schutz einer solchen elektronischen Schaltung.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt ein Saugrohr 1, in welches ein Drosselklappen- stutzen 2 eingebaut ist. Das Gehäuse dieses Drosselklappenstutzen besteht aus Metall. Er ist elektrisch isoliert, z.B. gegenüber Saugrohr (wenn das Saugrohr aus Kunststoff besteht) , Verbrennungsmotor oder Fahrzeugkarosserie, gelagert. Der Drosselklappenstutzen umfasst eine Drosselklappe 3, die auf einer Welle 4 befestigt ist. Diese Welle 4 ist ferner mit der Antriebswelle eines elektrischen Motors 5 verbunden, der durch Drehen in der einen oder anderen Richtung die An- triebswelle und damit die Drosselklappe 3 dreht. Auf diese Weise wird der Öffnungsquerschnitt des Saugrohrs verändert. Ferner ist auf der Welle, wie in Figur 1 schematisch dargestellt, wenigstens ein Lagesensor 6,7 angebracht. Diese erfassen entweder potentiometrisch oder berührungslos (z.B. nach Hallprinzip) die Stellung der Welle 4 und damit der
Drosselklappe 3. Der Lagesensor 6, 7 umfasst eine elektronische Schaltung 8, 9, welche das vom Sensor erfasste Meßsignal auswertet. Die elektrische Schaltung ist gegenüber dem Gehäuse des Drosselklappenstutzen elektrisch isoliert.
Die elektronischen Schaltungen sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel als integrierte Schaltungen ausgeführt, in anderen Ausführung auch als diskrete Schaltungen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwei Lagesensoren 6 und 7 vor- gesehen.
Ferner ist eine elektronische Steuereinheit 10 vorgesehen, welche in einem Ausführungsbeispiel wenigstens einen Mikrocomputer umfasst, der nach Maßgabe von über Eingangsleitun- gen 11 bis 15 zugeführten Meßsignalen von Messeinrichtungen 16 bis 20 entsprechend seiner implementierten Programme u.a. Ansteuersignale zur Betätigung des elektrischen Motors 5 ausgibt. In anderen Asuführungen umfasst die Steuereinheit 10 keinen Mikrocomputer, sondern andere Mittel zur Bildung von Ansteuersignalen. Diese Ansteuersignale werden über die Ansteuerleitungen 21 und 22 zum elektrischen Motor 5 geführt. Die elektronischen Schaltungen 8 bzw. 9 und gegebenenfalls die Sensoren 6 bzw. 7 werden von der Steuereinheit 10 über die Leitungen 23 und 24 mit Energie versorgt. Dabei stellt im gezeigten Ausführungsbeispiel die Leitung 23 die Verbindung mit dem Pluspol einer Spannungsquelle dar, während die Leitung 24 eine Masseverbindung repräsentiert. Pluspol und Masseverbindung entsprechen dabei den entsprechenden Verbindungen der Steuereinheit 10. Die aufbereiteten Meßsignale der Sensoren 6 bzw. 7 werden von den elektronischen Schaltungen 8 bzw. 9 über Leitungen 25 und 26 an die elektronische Steuereinheit 10 abgegeben, die diese Signale im Rahmen der Steuerung der Drosselklappe 3 bzw. anderer Funktionen berücksichtigt. Sensoren und elektronische Schal- tungen sind dabei gegenüber dem Gehäuse des Drosselklap- penstellers elektrisch isoliert.
In anderen Ausführungsbeispielen wird die Masseverbindung und/oder die Plusverbindung nicht aus der Steuereinheit vor- genommen, sondern aus anderen Komponenten oder direkt aus einer Spannungsquelle.
Aufgrund der geschilderten Bauart ist es notwendig, die e- lektronischen Schaltungen 8 bzw. 9 gegen elektrostatische Impulse und elektromagnetische Einstrahlungen zu schützen. Für diesen Zweck wird ein elektrisches Bauelement wie einen spannungsabhängiger Widerstand, z.B. ein Varistor, oder Bauelemente wie Dioden, Funkenstrecken, Kondensatoren zwischen das Gehäuse des Drosselklappen stutzen und einem geeigneten Anschluss eingebracht, z.B. des Masseanschluss der wenigstens einen elektronischen Schaltung. Ein Schutz ausschliess- lich gegen ESD-Impulse wird mit zwei in entgegengesetzter Richtung in Serie geschalteter Zener-Dioden erreicht.
Ein Beispiel hierfür ist in Figur 2 dargestellt. Dort sind die Sensoren 6 und 7 sowie die elektronischen Schaltungen 8 und 9 als integrierte Schaltungen IC1 und IC2 dargestellt und auf die in Figur 1 dargestellte Art und Weise verschaltet. Zwischen der Masseleitung 23 der elektronischen Schal- tungen und dem Gehäuse 2 des Drosselklappenstutzen ist ein spannungsabhängiger Widerstand 100 eingebracht. Elektrostatische Aufladungen des Gehäuses 2 werden demgemäß über den Varistor 100 nach Masse abgeleitet, während elektrostatische Impulse und elektromagnetische Einstrahlungen in die elekt- ronischen Schaltungen über den Varistor 100 abgeleitet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Drosselklappenstel- lers beschrieben. In anderen Anwendungen wird bei einer e- lektronischen Schaltung, die in einem Gehäuse eines Aggregats elektrisch isoliert eingebaut ist und als Massenan- schluss nicht das Gehäuse des Aggregats verwendet, entsprechend vorgegangen.
Anstelle von zwei integrierten Schaltungen, wie im bevorzugten Ausführungsbeispiel dargestellt, wird in anderen Ausführungen nur eine integrierte Schaltung oder drei und mehr Schaltungen eingesetzt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schutz einer elektronischen Schaltung, die in einem Gehäuse (2) eingebaut ist, die gegenüber dem
Gehäuse elektrisch isoliert ist und der wenigstens ein Anschluss zugeführt ist, der die elektronische Schaltung mit einem vorgegebenen Potential verbindet, wobei zwischen Gehäuse und diesem wenigstens einen Anschluss wenisgtens ein elektrische Bauelement eingebracht ist, welches Aufladungen des Gehäuses und/oder Einstahlungen in die elektronische Schaltung ableitet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses elektrische Bauelement ein spannungsabhängiger Widerstand (Varistor) oder wenigstens eine Dioden oder Funkenstrecke oder wenigstens ein Kondensator ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse das Gehäuse eines e- lektrischen Drosselklappenstellers einer Brennkraftmaschine ist, wobei die elektronische Schaltung die Auswerteschaltung für einen Lagesensor ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Potential das Massepotential ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Massepotential das Massepotential eines Steuersystems zur Steuerung der Brennkraftmaschine ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung zur Auswertung von Meßsignalen von Sensoren dient, die potentio- metrisch oder berührungslos die Stellung der Drosselklappe erfassen.
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