DE1576331C2

DE1576331C2 - Vorrichtung zur elektronischen Steuerung für Kraftstoffeinspritzdüsen

Info

Publication number: DE1576331C2
Application number: DE1576331A
Authority: DE
Inventors: Jacques Paris Bassot; Louis Etang-La-Ville Yvelines Monpetit
Original assignee: Societe des Procedes Modernes dInjection SOPROMI
Current assignee: Societe des Procedes Modernes dInjection SOPROMI
Priority date: 1966-09-29
Filing date: 1967-09-29
Publication date: 1975-04-10
Also published as: FR1502856A; US3465730A; SE325746B; GB1201347A; DE1576331B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung und zum schnellen Öffnen von elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzdüsen in Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung mittels einer bistabilen Kippschaltung und mit einer ersten Steuereinrichtung, die zum Öffnen mindestens einer Einspritzdüse Signale abgibt, und mit einer zweiten Steuereinrichtung, die zum Schließen der Einspritzdüse Signale abgibt.

Es ist in diesem Zusammenhang bereits vorgeschlagen worden, die Steuerung der Einspritzleistung von Einspritzdüsen mittels Leistungstransistoren zu bewirken, die durch eine elektronische Vorrichtung gesteuert werden, welche mehrere verschiedene Betriebsparameter des Motors berücksichtigt.

Es ist außerdem bereits eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der Kraftstoffeinspritzdüsen in Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung bekannt, welche zum Öffnen und Schließen einer Einspritzdüse Signale erzeugt, wobei ein Thyristor durch Signale in einen stromleitenden Zustand gebracht wird, wodurch.der Entladestrom eines Kondensators zur Betätigung von Einspritzventilmagneten dient. Ferner wurde durch das ältere Patent 17 76181 bereits vorgeschlagen, eine Rückgewinnung der Schließenergie der Einspritzdüse dadurch zu erreichen, daß die potentielle Energie in einem Kondensator in kinetische Energie für die Öffnung der Einspritzdüse umgewandelt wird.

Die bisher verwendeten Steuereinrichtungen waren teuer und kompliziert im Aufbau. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung von Kräftstoffeinspritzdüsen zu schaffen, die einfach aufgebaut und robust genug ist, um starker Beanspruchung standzuhalten, und die auf der Verwendung von Thyristoren beruht, wobei die Möglichkeit geschaffen werden soll, die magnetische Energie, welche nach Beendigung der Erregung noch in der Spule der Einspritzdüse enthalten ist, im wesentlichen in Form von potentieller Energie zu speichern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bistabile Kippschaltung Thyristoren umfaßt, deren erster in Reihe mit einer Diode, einem Widerstand und einer Spule einer elektromagnetisehen Einspritzdüse zwischen die Klemmen einer Spannungsquelle geschaltet ist und deren zweiter Thyristor parallel zu dem ersten geschaltet ist, wobei die Kathode des zweiten Thyristors einerseits mit der Verbindungstelle zwischen dem ersten Thyristor und der Diode über einen Kondensator verbunden ist und andererseits mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand und der Spule der Einspritzdüse über einen dritten Thyristor verbunden ist, wobei die

Steuerelektroden des ersten und des dritten Thyristors mit der ersten Steuereinrichtung verbunden sind, während die Steuerelektrode des zweiten Thyristors ein Signal von der zweiten Steuereinrichtung empfängt.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein elektrisches Schaltschema der erfindungsgemäßen Einrichtung für eine Einspritzdüse,

F i g. 2 ein abgewandeltes elektrisches Schaltschema der erfindungsgemäßen Einrichtung für mehrere Einspritzdüsen,

F i g. 3 ein elektrisches Schaltschema der Steuereinrichtung für die erfindungsgemäße Schalteinrichtung,

F i g. 4 ein elektrisches Schaltschema mit den Organen zur Steuerung des Einspritzendes.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der Aufbau der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung eine Einspritzdüse umfaßt, die als elektrisches Bauteil eine Spule 6 mit einem (variablen) Selbstinduktionskoeffizienten aufweist. Sie wird zwischen Klemmen 1 und 2 mit einer Gleichspannung E gespeist, die im allgemeinen der Spannung der Fahrzeugbatterie entspricht. Die Speisung erfolgt während des Betriebs über einen ersten Thyristor 3, eine Diode 4 und einen Widerstand 5. Thyristoren 7 und 9 dienen zur Löschung des Thyristors 3 und zur Rückgewinnung der magnetischen Energie, welche in der erregten Spule 6 der Einspritzdüse enthalten ist. Dabei wird die magnetische Energie in potentielle Energie umgewandelt und in einem Kondensator 8 gespeichert. In dem nachfolgenden Schaltzyklus dient diese potentielle Energie zur sehr schnellen Öffnung der Einspritzdüse unter Umwandlung der potentiellen Energie des Kondensators 8 in kinetische (bzw. magnetische) Energie der Spule 6 der Einspritzdüse.

Zur Erklärung der Arbeitsweise der vorliegenden Schaltung sei angenommen, daß die Vorrichtung nach einem längeren Stillstand angefahren werden muß und daß demgemäß die Restspannung in dem Kondensator 8 Null ist. Mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung werden die Thyristoren 3 und 9 über ihre Steuerelektroden gleichzeitig gezündet. Dadurch wird bewirkt, daß die Spule 6 der Einspritzdüse erregt wird, wobei der Strom vorübergehend einerseits über den Kondensator 8 fließt, der dabei gemäß der oberhalb dieses Kondensators eingezeichneten Polarität aufgeladen wird, wie in F i g. 1 gezeigt, und andererseits über die Diode 4 und den Widerstands. Sobald der Kondensator8 gemäß der eingezeichneten Polarität aufgeladen ist, fließt der Strom, welcher die Spule der Einspritzdüse im erregten Zustand hält, ausschließlich durch die Diode 4 und den Widerstand 5. Der Thyristor 9 erlischt von selbst, nachdem der Kondensator 8 aufgeladen ist. Zum Abschalten wird mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung der Steuerelektrode des Thyristors 7 ein positiver Steuerimpuls erteilt. Demzufolge erhält der in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Punkt ein positives Potential, d. h. das Potential der Klemme 1; der mit 11 bezeichnete Punkt, welcher die Verbindungsstelle zwischen dem Thyristor 3, der Diode 4 und dem Kondensator 8 darstellt, gelangt auf ein Potential, welches über der Speisespannung liegt. Dadurch wird die Löschung des Thyristors 3 bewirkt, und ein Schwingkreis wird geschlossen, welcher aus einer Kapazität, einer Selbstinduktion und einem Widerstand besteht und den Thyristor 7, den Kondensator 8, die Diode 4, den Widerstand 5, die Spule 6 der Einspritzdüse und die Speisebatterie umfaßt.

Nach Ablauf eines Bruchteils einer Schwingungsperiode lädt sich der Kondensator 8 durch die über der Speisespannung liegende Spannung gemäß der unter dem Kondensator eingetragenen Polarität auf.

ίο Der Thyristor 7 erlischt dann, und die Einspritzdüse ist nicht mehr erregt, aber die magnetische Energie, welche noch in der Spule der Einspritzdüse enthalten ist, wird wieder bis auf die Verluste in dem Widerstand 5 und in der Diode 4 in Form von potentieller Energie von dem Kondensator 8 aufgenommen.

Bei der nachfolgenden Einspritzung werden wie vorher die Thyristoren 3 und 9 gleichzeitig gezündet. Als Folge davon liegt an der Diode 4 unmittelbar

ao nach der Zündung vorübergehend in umgekehrter Richtung gepolte Spannung, und zwar auf Grund der Ladung, die der Kondensator 8 bei der Speicherung der Energie am Ende der vorhergehenden Einspritzung erhielt. Die Einspritzdüse 6 öffnet sich sodann sehr schnell unter der Wirkung der Speisespannung, die um die Spannung erhöht ist, welche der in dem Kondensator 8 gespeicherten Ladung entspricht. Sobald dieser ausreichend entladen ist, wird die Diode 4 leitend, und der Thyristor 9 erlischt, während der Kondensator 8 wieder auf die oberhalb des Kondensators 8 eingetragene Polarität aufgeladen ist. Die Einspritzdüse wird nun wieder kontinuierlich über die Diode 4 und den Widerstand 5 erregt. Die Vorrichtung hat nun einen vollständigen Schaltzyklus ausgeführt und kann einen weiteren Schaltzyklus beginnen.

Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für mehrere Einspritzdüsen verwendet werden kann, die entweder gleichzeitig gesteuert werden, wenn sie in Reihe oder parallel geschaltet sind, oder aber unabhängig voneinander, wenn sie parallel geschaltet und durch Unterbrecher oder Thyristoren getrennt sind.

Die F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß drei Einspritzdüsen unabhängig voneinander gesteuert werden. An den Klemmen 21 und 22 der Schaltung liegt wieder eine Speisespannung an, die im allgemeinen gleich der Spannung der Fahrzeugbatterie ist. Die Einspritzdüsen sind durch Spulen 36, 37, 38 angedeutet. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Schaltung jedwede Zahl von Einspritzdüsen verwendet werden kann. Die Arbeitsweise ist der bei der Schaltung der F i g. 1 beschriebenen Arbeitsweise genau analog, bis auf die Tatsache, daß man zum Schließen einer bestimmten Einspritzdüse, z. B. der Einspritzdüse 36, zusätzlich zu der oben beschriebenen gleichzeitigen Zündung der Thyristoren 23 und 29, welche über deren Steuerelektroden erfolgt, zur selben Zeit auch den der Einspritzdüse 36 zugeordneten Thyristor 41 zündet. In einer dem oben beschriebenen Ablauf analogen Weise führt die Zündung des Thyristors 27 das Ende der Einspritzung herbei unter aufeinanderfolgender Löschung der verschiedenen Thyristoren, wobei der Thyristor 29 nach Öffnung der Einspritzdüse, und zwar nach einer viertel Schwingungsperiode des aus dem Kondensator 28 und der Spule 36 (oder 37 oder 38) gebildeten Schwingkreises, von selbst erlischt. Wenn

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bei der nachfolgenden Einspritzung z.B. die zu 103, 104, 105 die Zündung der Thyristoren 130 und. . steuernde Einspritzdüse die Düse 37 ist, zündet man 131 bewirkt und daß, wie vorstehend beschrieben, wieder gleichzeitig die Thyristoren 23 und 29, wobei durch dieselben ferner die Toroide oder Transaber diesmal zur gleichen Zeit der Thyristor 42 an formatoren 106,107,108 abwechselnd erregt werden, Stelle des Thyristors 41 gezündet wird usw. Man 5 je nach Schließung des einen oder des anderen der kann zusammenfassend sagen, daß die aus den Unterbrecher 103, 104, 105. Diese Transformatoren Thyristoren 23, 29, 27, der Diode 24, dem Wider- weisen Spulen auf, deren Anschlüsse mit 114, 115; stand 25 und dem Kondensator 28 aufgebaute 116, 117 bzw. 118, 119 bezeichnet sind und die, wie Schaltung eine Unterbrechereinrichtung darstellt, die in F i g. 4 dargestellt, jeweils zwischen die Kathode gänzlich auf der Verwendung von Thyristoren be- ίο und die Steuerelektrode eines der Thyristoren 122, ruht, und daß dabei vor allem die Speicherung der 123, 124 geschaltet sind, welche die Spulen 126, Energie mit Hilfe des Kondensators 28 eine wesent- 127, 128 der Einspritzdüsen steuern und den entliche Rolle spielt. Die Thyristoren 41, 42, 43 usw. sprechenden Unterbrechern 103, 104, 105 zugeordstellen einfache Stromverteiler dar, die durch einen net sind.

im folgenden beschriebenen Unterbrecher betätigt 15 Daraus ergibt sich, daß die Schließung eines der

werden. Unterbrecher die Schließung des Leistungsstrom-

In den F i g. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel kreises bewirkt mit dem Thyristor 131, einer Diode

für eine vollständige Steuereinrichtung für einen 120, einem Widerstand 121, dem Thyristor 122,123,

Vielzylinder-Motor dargestellt. Die F i g. 3 und 4 124 und der Spule 126 sowie die Zündung des

zeigen die Vorrichtung für den Fall dreier Einspritz- 20 Thyristors, welcher derjenigen Einspritzdüse zuge-

düsen. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Zahl ordnet ist, die bei Schaltung eines bestimmten Unter-

der Einspritzdüsen auf jede beliebige Zahl zu er- brechers geöffnet werden soll. Sodann erfolgt die

höhen. Einspritzung in den betreffenden Zylinder.

Die Pole der Speisebatterie sind mit 101 und 102 Durch die Einschaltung des Unterbrechers wird bezeichnet und in den F i g. 3 und 4 an verschiedenen 25 eine Zeitkippschaltung in Gang gesetzt, welche den Punkten eingezeichnet. Es sei angenommen, daß der Transistor 135 mit einem pn-Ubergang, die Diode Pol 101 den positiven Pol der Batterie darstellt und 132 und den Widerstand 133 umfaßt,
daß der Pol 102 den negativen Pol der Batterie dar- Eine schematisch angegebene Vorrichtung erlaubt stellt. Es ist jedoch offensichtlich, daß man, was z. B. die Änderung der Einspritzzeit in Abhängigkeit von den Verteiler betrifft, auch einen inversen Aufbau 30 diversen Betriebsparametern des Motors. Der vervornehmen kann. Insbesondere kommt der Frage, stellbare Widerstand 133 ist mit einem oder mehreren welcher Pol der Batterie mit Masse verbunden ist, Betriebsparametern des Motors gekoppelt, z. B. mit keine wesentliche Bedeutung zu. Zu einem bestimm- dem Druck in der Zuführleitung bei einem Motor ten Aufbau kann man leicht den komplementären mit gesteuerter Zündung, mit der Öffnungsweite der Aufbau konstruieren, bei dem die Fahrzeugbatterie 35 Drosselklappe oder in Kombination mit der Drehumgekehrt gepolt ist. Die Vorrichtung weist im zahl und der Öffnungsweite der Drosselklappe oder wesentlichen drei Schaltgruppen auf, nämlich eine in mit jeder anderen Gruppe von Parametern, sei es F i g. 3 dargestellte Auslöse- und Verteilungsvorrich- direkt oder sei es über Nocken mit zwei oder drei tung, ferner eine die Betätigungskraft erzeugende Dimensionen. Dieser Widerstand kann z. B. im Falle Vorrichtung analog der in F i g. 2 dargestellten und 4° eines Dieselmotors, bei dem eine Drehzahlregelschließlich eine Vorrichtung zur Zeitsteuerung, wo- einrichtung vorhanden ist, auch in Abhängigkeit von bei die kombinierte Anordnung der beiden letzten der Drehzahl eingestellt werden.
Vorrichtungen in F i g. 4 dargestellt ist. Ganz allgemein bewirkt das Einschalten des

Die Auslöse- und Verteilungsvorrichtung ist auf Unterbrechers, daß über den Stromkreis mit den irgendeine Weise über eine Winkelbewegungen über- 45 Schaltelementen 132, 133 die Aufladung des Kontragende Verbindung, z. B. mit der Nockenwelle densators 134 erfolgt, derart, daß am Ende einer be- oder einem anderen beweglichen Teil des Motors, stimmten Zeit, welche gleich der Einspritzzeit ist, der verbunden und ist in F i g. 3 schematisch durch Kondensator 134 eine Spannung annimmt, welche die biegsame Metallplättchen aufweisenden Unter- gleich der Grenzspannung des Emitters des einen brecherkontakte 103, 104 und 105 dargestellt. Beim 50 pn-übergang aufweisenden Transistors 135 ist und Schließen eines der Unterbrecher mit biegsamen diesen leitend macht. Es tritt nun in der Spule 137, Plättchen oder allgemeiner bei Erzeugung eihes welche an der Basis des einen pn-übergang aufSignals über einen Abnehmer, der mit der Motor- weisenden Transistors anliegt, ein genügend hoher nockenwelle oder einem anderen beweglichen Teil Stromimpuls auf. Die Spule 137 gehört zu einem des Motors verbunden ist, fließt ein Strom zwischen 55 Toroid oder Transformator, der eine Sekundärden Punkten 101 und 102 über die Spule des Toroids wicklung aufweist, deren Anschlüsse mit 138 und 109 einerseits und über eine Spule eines der Toroide 139 bezeichnet sind. Die Anschlüsse dieser Sekundär-106, 107, 108 andererseits. Die Schließung irgend- spule sind mit der Kathode und der Steuerelektrode eines dieser Unterbrecher 103, 104, 105 bewirkt so des Abschaltthyristors 129 verbunden. Daraus folgt, jedesmal das Auftreten eines Impulses in den Spulen 6° daß die Einschaltung des einen pn-übergang aufdes Toroids 109, deren Anschlüsse mit 110, 111 weisenden Transistors 135 die Zündung des Thyrieinerseits und 112, 113 andererseits bezeichnet sind. stors 129 bewirkt und damit, wie vorstehend be-Diese Spulen sind, wie in Fig. 4 eingezeichnet, zwi- schrieben, das Ende der Einspritzung,
sehen die Kathode und die Steuerelektrode der Bei der nachfolgenden Einspritzung bewirkt die Hauptthyristoren 131 und 130 der an Hand von 65 Schließung des nächsten Unterbrechers die Ein-Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung zur Bereitstellung schaltung der entsprechenden Einspritzdüse und so der Düsenschaltkraft angeschlossen. Daraus folgt, fort. Der wesentliche Vorteil des vorliegenden daß die Schließung irgendeines der Unterbrecher Systems besteht darin, daß es nur Halbleiterelemente,

nicht allein auf Siliziumbasis, mit Lawinendurchbruch aufweist (extrem robuste Thyristoren). Ferner bietet die vorliegende Vorrichtung eine Anzahl von Vorteilen auf dem Gebiet der schnellen Energiespeicherung. Es muß ferner bemerkt werden, daß Vorsichtsmaßnahmen getroffen sind, derart, daß die Zeit, die zwischen der Zündung der Thyristoren 130,

131 und der Zündung des Thyristors 129 abläuft, nicht unter einen Wert absinken kann, der einem Bruchteil der Schwingungsdauer des aus dem Kondensator 125 und der Spule 126 gebildeten und vorübergehend geschlossenen Schwingkreises entspricht, derart, daß der Thyristor 129 niemals gezündet wird, bevor der Thyristor 130 gelöscht ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509 615/363

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur elektronischen Steuerung und zum schnellen Öffnen von elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzdüsen in Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung mittels einer bistabilen Kippschaltung und mit einer ersten Steuereinrichtung, die zum Öffnen mindestens einer Einspritzdüse Signale abgibt, und mit einer zweiten Steuereinrichtung, die zum Schließen der Einspritzdüse Signale abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung Thyristoren (3, 7, 9; 23, 27, 29; 129, 130, 131) umfaßt, deren erster (3; 23; 131) in Reihe mit einer Diode (4; 24; 120), einem Widerstand (5; 25; 121) und einer Spule (6; 36, 37, 38; 126, 127, 128) einer elektromagnetischen Einspritzdüse zwischen die Klemmen (1, 2; 21, 22; 101, 102) einer Spannungsquelle geschaltet ist und deren zweiter Thyristor (7; 27; 129) parallel zu dem ersten (3; 23; 131) geschaltet ist, wobei die Kathode des zweiten Thyristors einerseits mit der Verbindungsstelle zwischen dem ersten Thyristor (3; 23; 131) und der Diode (4; 24; 120) über einen Kondensator (8: 28; 125) verbunden ist und andererseits mit der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand (5; 25; 121) und der Spule der Einspritzdüse über einen dritten Thyristor (9; 29; 130) verbunden ist, wobei die Steiierelektroden des ersten (3; 23; 131) und des dritten Thyristors (9; 29; 130) mit der ersten Steuereinrichtung (103 bis 113) verbunden sind, während die Steuerelektrode des zweiten Thyristors (7; 27; 129) ein Signal von der zweiten Steuereinrichtung (133 bis 139) empfängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindungsstelle zwischen der Kathode des dritten Thyristors (130) und dem Widerstand (121) ebenso viele parallelgeschaltete Thyristoren (122, 123, 124) angeschlossen sind, wie Einspritzdüsen vorhanden sind, wobei jeder dieser Thyristoren (122, 123, 124) in Reihe mit der Spule (126, 127, 128) einer Einspritzdüse geschaltet ist und wobei die Steuerelektroden dieser Thyristoren (122, 123, 124) mit einem Verteiler (103 bis 108; 114 bis 119) verbunden sind, derart, daß die Einspritzdüsen nacheinander betätigt werden.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (103 bis 119) für das Öffnen und Schließen des elektrischen Stromkreises der elektromagnetischen Einspritzdüsen und der Verteiler eine Gruppe von an sich bekannten Unterbrechern (103, 104, 105) umfaßt, die entsprechend der Zündfolge betätigt werden, wobei die Zahl der Unterbrecher (103, 104, 105) der Zahl der Einspritzdüsen (126, 127, 128) entspricht, wobei jeder der Unterbrecher (103, 104, 105) in Reihe mit einer Primärwicklung eines Toroidtransformators (106, 107, 108) geschaltet ist, dieser Teil des Schaltkreises als Unterbrecher wirkt, indem er an die Steuerelektrode des entsprechenden Thyristors (122, 123, 124) einen induzierten Impuls in der Sekundärspule des betreffenden Toroidtransformators (106, 107, 108) abgibt, und ein zusätzlicher Toroidtransformator (109 bis

113) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (109) zwischen die Spannungsquelle und die Verbindungsstelle zwischen den Ausgängen der Primärwicklung der anderen Transformatoren (106,107, 108) geschaltet ist und der zwei Sekundärwicklungen aufweist, deren'jede die Öffnung eines der beiden Thyristoren des Einspritzsteuerkreises steuert.