DE2015589B2 - Steuereinrichtung für die Kraftstoff-Versorgung von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Steuereinrichtung für die Kraftstoff-Versorgung von Brennkraftmaschinen

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DE2015589B2 DE19702015589 DE2015589A DE2015589B2 DE 2015589 B2 DE2015589 B2 DE 2015589B2 DE 19702015589 DE19702015589 DE 19702015589 DE 2015589 A DE2015589 A DE 2015589A DE 2015589 B2 DE2015589 B2 DE 2015589B2
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Description

E? ist daher Aufgabe der Erfindung, die Steuereinrichtung der eingangs genannten Art verhältnismäßig einfach, aber trotzdem betriebssiche ? auszubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleiterbauelement, das über einen Widerstand in Reihe mit der Magnetwicklung des Magnetventils liegt, durch eine Vorspannungseinrichtung zur Einspeisung eines Vorspannungssignals in das Halbleiterbauelement, um dieses für ein gewünschtes Zeitintervall leitend zu machen, und durch eine parallel zum Widerstand liegende Nebenschlußschaltung, wobei der Widerstandswert des Widerstands die kleine Stromstärke des Betätigungsstroms festlegt, während die Vorspannungseinrichtung den Betätigungsstrom auf die große Stromstärke vom Einsetzen des Betätigungsstroms bis zur vollen Öffnung des Magnetventils abhebt.
Im übrigen war es noch für sich bekannt (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 277 627), bei einer Steuereinrichtung für die Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ein Halbleiterbauelement, das über einen Widerstand in Reihe mit der Magnetwicklung des Magnetventils liegt, und eine Vorspannungseinrichtung zur Einspeisung eines Vorspannungssignals in das Halbleiterbauelement vorzusehen, um dieses für ein gewünschtes Zeitintervall leitend zu machen.
Schließlich war es nicht mehr neu (vgl. deutsche Auslegeschrift 1138 281), für die Bestimmung der Öffnungszeit eines elektromagnetischen Einspritzvcntils eine elektrische Regeleinrichtung vorzusehen, die mindestens einen den Betriebsstrom des Einspritzventils beeinflussenden Transistor aufweist, jedoch die Ausbauchung einer auf den Luftdruck ansprechenden Druckdose zur Erzeugung elektrischer Steuerspannungen ausnutzt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
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,
F i g. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
F i g. 4 den Stromverlauf über der Zeit beim Ausführungsbeispiel von F i g. 3 und
F i g. 5 das Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Zunächst soll die in F i g. 1 abgebildete bekannte Schaltung zur Ansteuerung von Magnetventilen erläutert werden.
Diese Schaltung ist eine an einen Anschluß 1 einer Stromversorgung angeschlossenen 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 Ansteuerspannung gemäß F i g. 2 a beaufschlagt wird, ändert sieb die Klemmenspannung V der Magnetwicklung 2 gemäß F i g. 2 b.
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 zu-
nimmt, die durch die Selbstinduktivität L ebenso wie den Wicklungswiderstand r der Magnetspule 2 selbst und den Widerstandswert R des äußeren Widerstands 3 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 des Magnetventils abgeschlossen, so daß das Zeitintervall Tdx 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 Abschalt-
geschwindigkeit und der Größe des durch die Magnetspule 2 fließenden Stroms auf, und die erzeugte Spannung wird in einem Zeitintervall Td3 abgeschwächt, das durch den Leckstrom des Transistors 4 und andere Leckströme bestimmt ist.
Die Klemmenspannung V der Magnetspule 2 nimmt danach noch langsam ab.
Änderungen in diesem Bereich werden durch die Entmagnetisierung von Magnetwerkstoffen des Magnetkreises verursacht, und die Klemmenspannung V
wird entsprechend der Entmagnetisierungsgeschwindigkeit gedämpft.
Die Kurve von Fig. 2b zeigt einen anderen Knickpunkt, wenn das Zeitintervall Td., 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 Magnetventils beendet, und das Zeitintervall Td., ist die Schließverzögerungszeit.
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, impuisförmige 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 öffnungsverzögerungszeit auf keinen Fall die Schließverzögerungszeit verkürzt werden kann.
Erfindungsgemäß werden dagegen die beiden Verzögerungszeiten durch geeignete Steuerung des durch die Magnetspule fließenden Stroms verkürzt.
Bei dem in F i g. 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 Magnetspule 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 τ 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 Schwingungscharakter zeigt.
Bei einer derartigen elektrischen Schaltung wird also bei Ansteuern des Transistors 4 in den Leitungszustand ein großer Strom (vgl. F i g. 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 Widerstand 3 fließt.
Bei Beginn des Öffnens des Magnetventils fließt also ein großer Strom, um die öffnungsverzögerungszeit zu verkürzen.
Andererseits ist bei Beginn des Schließens des Magnetventils 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 Schließverzögerungszeit Td2 beträchtlich verkürzt werden kann.
Eine praktische Erprobung der Erfindung mit einem Magnetventil, das eine elektromagnetische Spule 2 mit L = 4mH und r=2,0P. hatte, führte zu folgenden Ergebnissen:
R C Td1 Td2
Bekannt 4,5 Ω 2,0 ms 2,3 ms
Erfindung (1) 16,6 Ω 100 iiF 1,9 ms 1,6 ms
(2) 16,6 Ω 20OuF 1,8 ms 1,6 ms
E->e derartige erfindungfgemäße Steuerung kann auch einfach durch Parallelschalten einer Transistorschaltung an Stelle 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.
F i g. 5 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die eben erwähnte Transistorschaltung einschließlich eines Kondensators vorgesehen ist.
Gemäß F i g. 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 T verbunden ist.
Ferner ist eine Diode 10 zum Entladen des Kondensators T vorhanden.
Es soll davon ausgegangen werden, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Eingang 6 mit einer positiven impulsförmigen Signalspannung gemäß F i g. 2 a beaufschlagt wird.
Zuerst wird, da die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 4 in Leitungsrichtung vorgespannt ist, die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 4 in
ίο den Leitungszustand gebracht. Da anfangs am Kondensator T keine Spannung abfällt, wird durch die Signalspannung die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8 über den Kondensator T 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 Slromversorgungsanschluß 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 T erhöht, nachdem durch ihn ein Strom für ein vorbestimmtes Zeitinten all 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 2 fließende Strom verringert wird. Wenn der Transistor 8 in den Sperrzustand gelangt, wird der durch die Magnetspule 2 fließende Strom auf einen Haltestrom verringert, der durch den Wicklungswiderstand r der Spule 2 und den Widerstandswert R des Widerstandes 3 bestimmt ibt.
Wenn die am Eingang 6 anliegende Signalspannung nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschaltet wird, wird die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 4 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 Geeen-EMK klein, so daß das Magnetventil schnell zurückgestellt wird. Gleichzeitig wird der Kondensator 7' über die niedrige Impedanz der Diode 10 in Leitungsrichtung entladen, so daß das nächste Einspritzen stattfinden kann.
Wie vorstehend erläutert wurde, fließt erfindungsgemäß ein großer Strom durch die Magnetspule bei Auslösen des öffnens des zur Magnetspule gehörenden Magnetventils, so daß das öffnen schnell beendet werden kann, während danach der Strom unterbrochen wird, sobald er auf den Haltestrom verringert worden ist weshalb die Zeitverzögerung beträchtlich verkürzt werden kann.
Durch die Erfindung wird also eine befriedigende Steuerung von Magnetventilen erreicht, selbst *wenn die Öffnungszeit t relativ groß gemacht wird, so daß die Kraftstoffzufuhr sehr genau steuerbar ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 maschinen zuzuführende Kraftsioffmenge in AbMn- Patentansprüche: gigkeit von zu erfassenden Zuständen einspeisen. Ein derartiges Gerät kann nämlich einfach gebaut
1. Steuereinrichtung für die Kraftstoffversor- werden, indem die verschiedenen Zustände über elekgung von Brennkraftmaschinen, wobei die Ma- 5 trische Signale erfaßt und von einer elektrischen Baugnetwicklung eines Magnetventils mittels einer gruppe verarbeitet werden, so daß ein durch eine elektronischen Steuereinrichtung für ein vorbe- elektromagnetische Wicklung oder Spule fließender stimmtes Zeitintervall mit einem Betätigungs- Strom steuerbar ist.
strom beaufschlagt wird, der am Anfang zum Außerdem kann die Steuerung durch ein Magnetschnellen Öffnen des Magnetventils eine große io ventil leichter durch Änderung der Öffnungszeit als Stromstärke und später eine so kleine Strom- durch Änderung der Öffnungsgröße vorgenommen stärke aufweist, wie zum Offenhalten des Ma- werden. Aus diesem Grund ist es üblich, die elektrignetventils notwendig ist, gekennzeichnet sehen Signale so zu verarbeiten, daß eine impulsfördurch ein Halbleiterbauelement (4), das über mige Ansteuerspannung vorbestimmter Zeitdauer ereinen Widerstand (3) in Reihe mit der Magnet- xs zeugt und in die Magnetspule eingespeist wird, um wicklung (2) des Magnetventils liegt, durch eine die Öffnungszeit des Ventils zu ändern.
Vorspannungseinrichtung (5, 6) zur Einspeisung Bei der tatsächlichen Steuerung sind die Ändeeines Vorspannungssignals in das Halbleiterbau- rungsgeschwindigkeiten der Kraftstoffmenge sehr element (4), um dieses für ein gewünschtes Zeit- klein. Daher ist es zu einer genauen Steuerung der intervall leitend zu machen, und durch eine par- 20 Kraftstoffmenge vorteilhaft, einen kleinen Durchsatz g allel zum Widerstand (3) liegende Nebenschluß- und ein großes Zeitintervall t vorzusehen,
schaltung (7; 7', 8, 9). wobei der Widerstandswert Das Auslösen des öffnens des Magnetventils wird des Widerstands (3) die kleine Stromstärke des jedoch oft so gesteuert, daß Kraftstoff während eines Betätigungsstroms festlegt, während die Vorspan- Zeitintervalls eingespritzt werden kann, während dem nungseinrichtung (5, 6) den Betätigungsstrom auf 25 ein Saugventil synchron zur Drehung einer Kurbeldie große Stromstärke vom Einsetzen des Betäti- welle der Brennkraftmaschine geöffnet ist. Eine zu gungsstroms bis zur vollen öffnung des Magnet- große Öffnungszeit / ist daher nicht wünschenswert, ventils anhebt (F i g. 3, 4). Ferner ist eine zu große Öffnungszeit / insofern
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch nachteilig, als sie zu einer Überlappung mit dem gekennzeichnet, daß die Nebenschlußschaltung 30 nachfolgenden Einspritzen führen kann.
ein Kondensator (7) ist (F i g. 3). Außerdem zeigt das Magnetventil einen Öffnungs-
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch Zeitpunkt, der gegenüber der Einspeisung der impulsgekennzeichnet, daß die Nebenschlußschaltung förmigen Ansteuerspannung in die Magnetspule verdie Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (8) zögert ist, so daß diese Verzögerungszeit zu berückist, dessen Basiskreis (7', 9) mit einer Signalspan- 35 sichtigen ist. Daher wird die maximale Öffnungszeit nung mindestens bis zum öffnen des Magnetven- tmax äußerst klein.
tils beaufschlagt ist (F i g. 5). Es ist deshalb eine Steuereinrichtung wünschenswert, die die Öffnungszeit t des zugeordneten Magnetventils trotz der eben erwähnten einschränkenden Be-
40 dingungen erhöht, so daß die Kraftstoffzufuhr genauer vorgenommen werden kann.
Zur Lösung dieses Problems sind bereits Steuer-
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einrichtungen der eingangs genannten Art bekannt-
die Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen, geworden (vgl. USA.-Patentschriften 2 934 050 und
wobei die Magnetwicklung eines Magnetventils mit- 45 2 970 246).
tels einer elektronischen Steuereinrichtung für ein Allerdings ist in der USA.-Patentschrift 2 934 050
vorbestimmtes Zeitintervall mit einem Betätigungs- ein gesonderter Sperrschwinger verwendet, um den
strom beaufschlagt wird, der am Anfang zum schnei- Betätigungsstrom des Magnetventils am Anfang
len öffnen des Magnetventils eine große Stromstärke groß zu machen. Dieser Sperrschwinger umfaßt einen
und später eine so kleine Stromstärke aufweist, wie 50 Kondensator, einen Transistor, einen Widerstand,
zum Offenhalten des Magnetventils notwendig ist. einen weiteren Kondensator, drei Wicklungen sowie
In der Steuereinrichtung einer Kraftstoffversorgung eine Diode. Insbesondere die Verwendung der drei mit Kraftstoffeinspritzung befindet sich eine Kraft- Wicklungen ist als sehr aufwendig anzusehen,
stoffcinspritzdüse in jedem Einlaiistutzen einer Brenn- In der USA.-Patentschrift 2 970 246 ist eine ebenkraftmaschine, wobei die von der Einspritzdüse ein- 55 falls verhältnismäßig aufwendige Steuereinrichtung zuspritzende Kraftstoffmenge durch ein Steuerventil vorhanden, um den Betätigungsstrom des Magnetsteuerbar ist. ventils am Anfang auf einen hohen Wert zu bringen.
Da die Menge Q des einzuspritzenden Kraftstoffs Es wird nämlich anfangs ein Zusatzstrom erzeugt, gleich dem Produkt des Einspritzdurchsatzes g und der über nockenbetätigte Kontakte und einen gesondes Einspritzintervalls / ist, kann die Steuerung der 60 derten Verteiler einer Zusatzwicklung des Magnet-Kraftstoffmenge Q durch Variation des Durchsatzes g ventils zugeführt wird. Im Ausführungsbeispiel von und/oder des Zeitintervalls/ vorgenommen werden. Fig. 4 dieser Druckschrift fällt lediglich die Zusatz-Das bedeutet, daß die Steuerung durch Änderung der wicklung weg. Der zustäzliche Verteiler ist durch Öffnungsgröße und/oder der Öffnungszeit des Steuer- Kontaktsegmenie realisiert, die mit einem umlaufenventils erfolgen kann. 65 den Kontaktarm zusammenwirken. Es versteht sich.
Es gibt mechanische und elektromagnetische daß eine derartige Ausbildung wegen ihres mecha-
Steuerventile, Magnetventile genannt, wobei letztere nischen Charakters besonders störanfällig ist, insbe-
für Geräte vorteilhafter sind, die die den Brennkraft- sondere durch Verschmutzung od. dgl.
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