DE2015589A1 - Steuereinrichtung für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Steuereinrichtung für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen

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DE2015589A1 DE19702015589 DE2015589A DE2015589A1 DE 2015589 A1 DE2015589 A1 DE 2015589A1 DE 19702015589 DE19702015589 DE 19702015589 DE 2015589 A DE2015589 A DE 2015589A DE 2015589 A1 DE2015589 A1 DE 2015589A1
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Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. E3 E E T Z sen« Dfpl-Ing. K. LAf^PXE-CHT
Dr.-Ing. R. EJ !^ EI T TL jr.
8 MO nche η 22, Steinsdorfstr. 10
81-15.56IP ΙΛ.Ι970
H.I T A C H I , LTD., Tokio (Japan)
Steuereinrichtung für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen, insbesondere zur Verbesserung des Betriebs von als Steuerorgan dienenden Magnet- oder Solenoidventilen, um eine genauere Steuerung der Kraftstoffzufuhr vorzunehmen·
In der Steuereinrichtung einer KraftstoffVersorgung mit Kraftstoffeinspritzung befindet sich eine Kraftstoffeinspritzdüse in jedem Einlaßstutzen einer Brennkraftmaschine, wobei die von der Einspritzdüse einzuspritzende Kraftstoffmenge durch ein Steuerventil steuerbar ist.
Da die Menge Q des einzuspritzenden Kraftstoffs gleich dem Produkt des Einspritzdurchsatzes g (pro Zeiteinheit) und des Einspritzzeitintervalls t ist, kann die Steuerung der Kraftstoffmenge Q, durch Variation des Durchsatzes g .und/oder des Zeitintervalls t vorgenommen werden. Das be-
81-(Pos, 21.52U)-HdE (7)
0 0914*1/
deutet, daß die Steuerung durch Änderung der Öffnungsgröße und/oder der Öffnungszeit des Steuerventils erfolgen kann.
Es gibt mechanische und elektromagnetische Steuerventile (Magnetventile), wobei letztere für Geräte vorteilhafter sind, die die den Brennkraftmaschinen zuzuführende Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von zu erfassenden Zuständen einspeisen.
Ein derartiges Gerät kann nämlich einfach gebaut werden, indem die verschiedenen Zustände über elektrische Signale erfaßt und von einer elektrischen Baugruppe verarbeitet werden, so daß ein durch eine elektromagnetische Wicklung oder Spule fließender Strom steuerbar ist.
Außerdem kann die Steuerung durch ein Magnetventil leichter durch Änderung der Öffnungszeit als durch Änderung der Öffnungsgröße vorgenommen werden. Aus diesem Grund ist es üblich, die elektrischen Signale so zu verarbeiten, daß eine impulsform!ge Ansteuerspannung vorbestimmter Zeitdauer erzeugt und in die Magnetspule eingespeist wird, um die Öffnungszeit des Ventils zu ändern.
Bei der tatsächlichen Steuerung sind die Änderungsgeschwindigkeiten der Kraftstoffmenge sehr klein. Daher ist es zu einer genauen Steuerung der Kraftstoffmenge vorteilhaft, einen kleinen Durchsatz g und ein großes Zeitintervall , t vorzusehen.
Das Auslösen des öffnens des Magnetventils wird jedoch oft so gesteuert, daß Kraftstoff während eines ZeitIntervalls
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eingespritzt werden kann, während dem ein Saugventil synchron zur Drehung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine geöffnet ist« Eine zu große Öffnungszeit t ist daher nicht wünschenswert.
Ferner ist eine zu große Öffnungszeit t insofern nachteilig, als sie zu einer Überlappung mit dem nachfolgenden Einspritzen führen kann»
Außerdem zeigt das Magnetventil einen Öffnungszeitpunkt, der gegenüber der Einspeisung der impulsförmigen Ansteuerspannung in die Magnetspule verzögert ist, so daß diese Verzögerungszeit zu berücksichtigen ist. Daher wird die maximale Öffnungszeit tmax äußerst klein.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung anzugeben, die die Öffnungszeit t des zugeordneten Magnetventils trotz der eben erwähnten einschränkenden Bedingungen erhöht, so daß die Kraftstoffzufuhr genauer vorgenommen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Verringerung sowohl einer Verzögerungszeit vom Einspeisen der Ansteuerspannung in die Spule des Magnetventils bis zum vollständigen öffnen des Magnetventils als auch einer Verzögerungszeit vom Abschalten der Ansteuerspannung bis zum Schließen des Magnetventils, so daß eine längere maximale Öffnungszeit tffl einstellbar ist.
Die«Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 das Schaltbild einer bekannten elektrischen Schaltung, wie sie üblicherweise zur Ansteuerung eines Magnetventils verwendet wird;
Fig. 2a bis 2b den Spannungsverlauf beim Ansteuern des Magnetventils;
Fig. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig· 4 den Stromverlauf über der Zeit beim Ausführungsbeispiel von Fig. J>; und
Fig. 5 und 6 das Schaltbild von anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Zunächst soll die in Fig. 1 abgebildete bekannte Schaltung zur Ansteuerung von Magnetventilen erläutert werden.
Diese Schaltung ist eine an einen Anschluß 1 einer Stromversorgung angeschlossene Reihenschaltung aus einer Magnetspule 2, einem Widerstand 3 und der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 4 zur Steuerung, wobei ein Signalkreis, der an die Basis des Transistors 4 angeschlossen ist, über einen Widerstand 5 mit einem Signaleingang 6 verbunden ist.
Wenn bei einer derartigen Schaltung eine Vorspannung am Signaleingang 6 angelegt wird, um den Innenwiderstand der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 4 zu steuern, fließt durch die Magnetspule 2 ein Strom, der so gesteuert werden kann, daß er seinerseits das öffnen und Schließen des Magnetventils steuert.
Wenn der Eingang 6 des Transistors 4 mit einer Ansteuer-
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Spannung gemäß Fig. 2a beaufschlagt wird, ändert sich die Klemmenspannung V der Magnetwicklung 2 gemäß Fig. 2b.
Aus Fig. 2b ist ersichtlich, daß im Zeitpunkt Td1 nach dem Anlegen der Ansteuerspannung ein Knick auftritt·
Die Ursache dafür ist, daß der durch die Magnetspule 2 fließende Strom mit einer Zeitkonstante zunimmt, die durch die Selbstinduktivität L ebenso wie den Wicklungswiderstand r der Magnetspule 2 selbst und den Widerstandswert R des äußeren Widerstands J bestimmt ist, so daß entsprechend die EMK zunimmt, wodurch ein Stößel zur Betätigung des Ventils bewegt und auf diese Weise die Permeanz des Magnetkreises geändert wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird also das öffnen des Magnetventils abgeschlossen, so daß das Zeitintervall Td^ die Verzögerungszeit beim öffnen des Magnetventils ist.
Wenn nachher die Ansteuerspannung von der Magnetspule 2 abgeschaltet wird, wird der durch sie fließende Strom unterbrochen. Darauf tritt eine Gegen-EMK in Abhängigkeit von der Abschaltgeschwindigkeit und der Größe des durch die Magnetspule 2 fließenden Stroms auf, und die erzeugte Spannung wird in einem Zeitintervall Td, abgeschwächt, das durch den Leckstrom des Transistors A und andere Leckströme bestimmt ist.
Die Klemmenspannung V der Magnetspule 2 nimmt danach noch langsam ab.
Änderungen in diesem Bereich werden durch die Ent-
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magnetisierung von Magnetwerkstoffen des Magnetkreises verursacht, und die Klemmenspannung V wird entsprechend der Ent« magnetisierungsgeschwindigkeit gedämpft.
Die Kurve von Fig. 2b zeigt einen anderen Knickpunkt, wenn das Zeitintervall Td2 nach Abschalten der Ansteuerspannung vergangen ist. Der Knickpunkt ist auf eine Änderung in der Permeanz zurückzuführen, die ihrerseits dadurch verursacht wird, daß die Energie im Magnetkreis abnimmt, um die Anziehungskraft zu verringern, wodurch der Stößel zurückgestellt wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Schließen des Magnetvenbeendet, ι
zögerungszeit.
tils beendet, und das Zeitintervall Td2 ist die Schließver-
Diese beiden Verzögerungszeiten können wie bereits erwähnt durch geeignete Wahl des Magnetwerkstoffs verkürzt werden, was jedoch Beschränkungen unterliegt.
Um die Verzögerungszeiten weiter zu verkürzen, ist bereits versucht worden, eine hohe, impulsförmige Hilfsspannung von einer besonderen Schaltung dann anzulegen, wenn das öffnen ausgelöst wird, um das Verzögerungsöffnen zu verkürzen, Dadurch konnten jedoch keine befriedigenden Ergebnisse erhalten werden.
Das ist deswegen der Fall, weil dabei nur die Spannung bei Öffnungsbeginn des Ventils erhöht wird, so daß selbst bei einer tatsächlichen Verringerung der öffnungsverzögerungszelt auf keinen Fall die Schließverzögerungszeit verkürzt werden kann.
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Erfindungsgemäß werden dagegen die beiden Verzögerungszeiten durch geeignete Steuerung des durch die Magnetspule fließenden Stroms verkürzt.
Bei dem in Fig. 3 abgebildeten Ausführungsbeispiel wird die Verringerung der Verzögerungszeit durch das'Parallelschalten eines Kondensators 7 zum Widerstand 3 erreicht.
Die einzelnen Werte der Schaltungselemente sind so gewählt, daß, wenn der Transistor 4 in den Leitungszustand gebracht wird, durch die Nagnetspule 2 ein stationärer Strom gleich einem Haltestrom fließt, der zum Offenhalten des Magnetventils erforderlich ist, oder etwas höher als der Haltestrom ist, dagegen beim Einschalten ein Strom durch die Magnetspule 2 fließt, der von der Induktivität L ebenso wie vom Wicklungswiderstand r der Spule 2, dem Widerstandswert R des Widerstandes 3 und der Kapazität C des Kondensators 7 abhängt und größer als der öffnungsstrom des Magnetventils wird, wobei dieser Einschaltstrom keinen Sohwingungscharakter zeigt.
Bei einer derartigen elektrischen Schaltung wird also bei Ansteuern des Transistors 4 in den Leitungszustand ein großer Strom (vgl. Fig. 4) durch die Magnetspule 2 über den Kondensator 7 geschickt, so daß das Magnetventil geöffnet wird. Danach wird das Aufladen des Kondensators 7 beendet» so daß der Haltestrom des Magnetventils über den Wider· stand 3 fließt.
Bei Beginn des öffnens des Magnetventils fließt also ein großer Strom, um die öffnungsVerzögerungszeit zu verkürzen.
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Andererseits ist bei Beginn des Schließens des Nagnetventils der durch die Magnetspule 2 fließende Strom klein, so daß eine Gegen-EMK, die wegen der Stromunterbrechung auftritt, schwach ist und deren Dämpfung innerhalb eines kurzen Zeitintervalls vorgenommen wird, so daß die Schließverzögerungszelt Td„ beträchtlich verkürzt werden kann.
Eine praktische Erprobung der Erfindung mit einem Magnetventil, das eine elektromagnetische Spule 2 mit L = 4 mH und r = 2,0_jri- hatte, führte zu folgenden Ergebnissen:
(D R 5 _p_ C /UF Td 0 1 ms Td 6 2
Bekannt (2) 4, 6 2, 9 ms 2, 6 ms
Erfindung 16, 6 XL 100 1, 8 ms 1, ms
16, 200 1, 1, ms
Eine derartige erfindungsgemäße Steuerung kann auch elnfaoh durch Parallelschalten einer Transistorschaltung anstelle des Kondensators 7.parallel zum Widerstand 3 vorgenommen werden. Eine andere erfindungsgemäße Ausbildung besteht in der Steuerung des Innenwiderstands der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 4.
Fig. 5 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die eben erwähnte Transistorschaltung einschließlich eines Kondensators vorgesehen 1st.
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Gemäß Pig. 5 ist parallel zum Widerstand 3 die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 8 geschaltet, dessen Basis mit dem Eingang 6 über einen Widerstand 9 und einen Kondensator 71 verbunden ist.
Ferner ist eine Diode 10 zum Entladen des Kondensators 7'vorhanden.
Es soll davon ausgegangen werden, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Eingang 6 mit einer positiven impulsförmigen Signalspannung gemäß Pig. 2a beaufschlagt wird.
Zuerst wird., da die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 4 in Leitungsrichtung vorgespannt ist, die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 4 in den Leitungszustand gebracht. Da anfangs am Kondensator 71 keine Spannung abfällt, wird durch die Signalspannung die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8 über den Kondensator 71 und den Widerstand 9 in Leitungsrichtung vorgespannt, so daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 8 in den Leitungszustand gebracht wird.
Daher kann der in die Magnetspule 2 vom Stromversorgungsanschluß 1 fließende Strom durch die Emitter-Kollektor-Strecke der beiden Transistoren 8 und 4 fließen.
Die Impedanz dieses Stromkreises hat einen niedrigen, Wert wegen der Induktivität L sowie des Wicklungswiderstandes r der Magnetwicklung 2, so daß der Strom groß ist und schnell das öffnen des Magnetventils vollendet.
Der Kondensator 7' erhöht, nachdem durch ihn ein Strom
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- ίο -
für ein vorbestimmtes Zeitintervall geflossen ist, seine Klemmenspannung, so daß der Basisstrom des Transistors 8 verringert wird. Daher wird der Innenwiderstand der Emitter-Kollektor-Strecke erhöht, so daß der durch die Magnetspule fließende Strom verringert wird. Wenn der Transistor 8 in den Sperrzustand gelangt, wird der durch die Magnetspule fließende Strom auf einen Haltestrom verringert, der durch den Wicklungswiderstand r der Spule 2 und den Widerstandswert R des Widerstandes 3 bestimmt ist.
Wenn die am Eingang 6 anliegende Signalspannung nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschaltet wird, wird die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors gesperrt, so daß auch der durch die Magnetspule 2 fließende Strom gesperrt wird. Da der durch die Magnetspule 2 zu diesem Zeitpunkt fließende Strom der Haltestrom ist, der relativ klein ist, ist die Gegen-EMK klein, so daß das Magnetventil schnell zurückgestellt wird. Gleichzeitig wird der Kondensator 7' über die niedrige Impedanz der Diode in Leitungsrichtung entladen, so daß das nächste Einspritzen stattfinden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Pig. 6 zu sehen. Dort ist der Kondensator 71 parallel zum Basiswiderstand 5 des Transistors 4 geschaltet. Der Widerstandswert des Widerstands 5 ist so gewählt, daß der Kollektorstrom des Transistors 4 gleich dem Haltestrom des Magnetventils durch eine am Eingang 6 angelegte Signalspannung gemacht werden kann. Die Kapazität des Kondensators 7f ist so bemessen, daß ein solch hoher Strom, daß der Kollektorstrom des Transistors 4 das Magnetventil möglichst schnell Öffnet, durch den Kondensator 7' während
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eines sehr kurzen Zeitintervalls zwischen dem Anlegen der Signalspannung und dem öffnen des Magnetventils fließen kann.
Es 1st ersichtlich, daß auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Verzögerung der Betätigung des Magnetventils in der gleichen Weise wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen verkürzt werden kann.
Wie vorstehend erläutert wurde, fließt erflndungsgemäß ein großer Strom durch die Magnetspule bei Auslösen des öffnens des zur Magnetspule gehörenden Magnetventils, so daß das Offnen schnell beendet werden kann, während danach der Strom unterbrochen wird, sobald er auf den Haltestrom verringert worden ist, weshalb die Zeltverzögerung beträchtlich verkürzt werden kann.
Durch die Erfindung wird also eine befriedigende Steuerung von Magnetventilen erreicht, selbst wenn die Öffnungszeit t relativ groß gemaoht wird, so daß die Kraftstoffzufuhr sehr genau steuerbar ist.
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Claims (4)

  1. Patentansprüche
    !./Steuereinrichtung für die Kraftstoffvereorgung von Brennicraftmaschinen, wobei ein Magnetventil zur Steuerung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge betätigbar ist, indem Strom für ein vorbestimmtes Zeitintervall duroh die Magnetwicklung des Magnetventils geschickt wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang des vorbestimmten Zeltintervalls die Strom*, stärke des Stroms bedeutend größer als für das Offnen des Magnetventils notwendig 1st, während am Ende des vorbestimmten Ze.itintervalIs die Stromstärke des Stroms nicht kleiner und nicht viel größer als ein Haltestrom 1st, der zum Offenhalten des Magnetventils notwendig ist (Pig· 4)·
  2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, wobei in Reihe mit der Magnetwicklung ein Halbleiterbauelement, das bei Einspeisung einer Signalspannung in den Leitungszustand gebracht wird, und ein Widerstand geschaltet sind, der den Strom durch die Magnetwicklung auf den zum Offenhalten des Magnetventils erforderlichen Mindeststrom begrenzt, daduroh gekennzeichnet, daß parallel zu dem Widerstand (J) eine Nebenschlußsohaltung liegt, um-den Strom durch die Magnetwicklung (2) während der Zeit (Td.) vom Anschluß an die Stromversorgung (1) bis zur Beendigung des öffnens des Magnetventils groß zu machen (Fig. 1, 2b).
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußschaltung ein Kondensator (7) ist (Fig. 3).
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  4. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußschaltung die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (8) ist, dessen Basiskreis (71, 9) mit einer Signalspannung (Fig. 2a) mindestens bis zum Öffnen des Magnetventils beaufschlagt" ist (Pig. 5).
    5· Steuereinrichtung für die KraftstoffVersorgung von Brennkraftmaschinen, wobei ein Magnetventil zur Steuerung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge betätigbar ist, indem Strom für ein vorbestimmtes Zeitintervall durch die Magnetwicklung des Magnetventils geschickt wir4, und wobei in Reihe mit dem Magnetventil die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors geschaltet ist, dessen Basis an einen Signaleingang über einen Basiswiderstand angeschlossen ist, mit dem zusammen der Transistor einen solchen Leitwert zeigt, daß dadurch ein Haltestrom für das Magnetventil bei Einspeisung einer Signalspannung fließt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (71) parallel zum Basiswiderstand (5) geschaltet ist (Fig. 6).
    00984171361
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