DE2247546A1

DE2247546A1 - Schaltung zum zufuehren eines stromes von einer stromquelle zu einer induktiven belastung

Info

Publication number: DE2247546A1
Application number: DE19722247546
Authority: DE
Inventors: William Folsom Davis; Thomas Marinus Frederiksen; Ernest Leroy Long; Ronald Winston Russell; Jose Calif San
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1971-10-04
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1973-04-12
Also published as: US3786344A; JPS4848946A; DE2247546B2; JPS5344021B2; IT965438B

Description

PATENTANWÄLTE
DIPL.-ING. LEO FLEUCHAÖS

7i, 29. September 1972

Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: M281P-866

Motorola, Inc.

9401 West Grand Avenue

Franklin Park, Illinois V.St.A.

Schaltung zum Zuführen eines Stromes von einer Stromquelle zu einer induktiven Belastung

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Zuführen,eines Stromes von einer Energiequelle zu einer induktiven Belastung» mit einer mit der Energiequelle gekoppelten Leistungsstufe, die eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme aufweist, die an die induktive Belastung anschliessbar sind, um dieser Strom zuzuführen, wobei die Leistungsstufe mit Fühleinrichtungen für den Ausgangsstrom versehen ist, ferner mit einem Spannungs-Reglerkreis, der an die Eingangsklemme gelegt ist_s um die Leistungsstufe zu steuern, um an der Ausgangsklemme eine im wesentlichen konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

Es sind elektronische .Brennstoffeinspritzsysteme bekannt, die Lh/ba Einspritzventile

M281P-866

Einspritzventile mit induktiven Spulen zum zeitlich gesteuerten öffnen und Schliessen der Ventile aufweisen. Diese zeitliche Steuerung erfordert einen sehr schnellen Stromaufbau in den Spulen, um das öffnen der Einspritzventile zeitlich genau zu steuern. Es kann dann ein reduzierter Strom an die Spulen angelegt werden, um die Ventile über eine gegebene Zeitdauer offenzuhalten, wobei die Ventile in einem gegebenen Zeitpunkt durch Abschalten des Stromes in den Spulen geschlossen werden. Die magnetischen Eigenschaften von induktiven Spulen, sowohl bei Verwendung in Brennstoffeinspritzsystemen zum Antrieb von Magnetventilen oder in einem mechanischen Relais oder auch bei bestimmten magnetischen Speichern, sind derart, dass wenn einmal das Magnetfeld durch den Aufbau des Stromes erzeugt worden ist, die Aufrechterhaltung des Feldes wesentlich weniger Strom erfordert, wobei die hierzu erforderliche Stromstärke im Bereich von 1/2 bis 1/10 der ursprünglich zur Erzeugung des Feldes erforderlichen Stromstärke liegt. Der Grund liegt darin, dass die zum Anziehen eines Ventiles oder Ankers erforderliche Energie grosser ist als diejenige, die zum Halten des Ventiles in der betätigten Stellung notwendig ist.

Es wurden bisher separate Spannungs- und Stromregler benutzt, um Spulen zu erregen, es ist aber kein System bekannt, das eine automatische Umschaltung von einer Spannungsreglung zu einer genauen Stromreglung ermöglicht, wie es an sich wünschenswert ist. Um Platz zu sparen, ist es ferner erwünscht, dass ein derartiges Reglungssystem auf einem Plättchen mit integriertem Schaltkreis untergebracht werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung zur genauen Steuerung des Stromaufbaus in einer induktiven Belastung zu schaffen. Ferner soll eine Erregerschaltung für eine induktive Belastung geschaffen werden, die einen spannungsgesteuerten Stromaufbau in dieser ermöglicht und nachdem ein vorgegebener Strom erreicht ist, eine Stromregelung zulässt. Ferner soll der

- 2 - Strom

30981 5/0791

ORIGINAL INSPECTED

_x M281P-866

Strom in der Belastung reduziert werden können, um ein genaues Abschalten des Magnetfeldes der induktiven Belastung zu erreichen. Schliesslich soll eine Spannungs- und Stromregelung für eine induktive Belastung geschaffen werden mit automatischer Umschaltung von der Spannungsregelung zur Stromregelung, insbesondere zur Verwendung für Spulen für die Brennstoffeinspritzung.

Die Regelungsschaltung soll hierbei auf einem Plättchen untergebracht werden.

Gemäss der Erfindung wird dies ausgehend von der eingangs genannten Schaltung dadurch erreicht, dass ein Stromregelungskreis vorgesehen ist, der mit dem Spannungsregelungskreis gekoppelt ist und einen mit der Fühleinrichtung für den Ausgangsstrom verbundenen Eigang aufweist, dass ferner der Stromregelungskreis den Strom steuert, der durch die Leistungsstufe der induktiven Belastung zugeführt wird, um den Ausgangsstrom entsprechend einer Spannung an der Fühleinrichtung zu steuern, durch die anzeigbar ist, dass der Strom in der Belastung einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

Die Leistungsstufe, die einen gesteuerten Strom einer induktiven Belastung zuführt, die aus einer Gruppe von Spulen für die Brennstoffeinspritzung gebildet wird, wird zweckmässigerweise durch einen Spannungsregler gesteuert,, der mit einem Stromregler zusammenarbeitet. Vorteilhafterweise enthält der Spannungsregler einen Differentialverstärker, der in einer geschlossenen Schleife arbeitet, um den Ausgang der Leistungsstufe zu den Spulen der Einspritzventile zu steuern, um die Spannung des Ausganges der Leistungsstufe auf einen gegebenen Wert zu begrensen. Es kann jedoch auch ein Spannungsregler einer anderen bekannten Bauart verwendet werden.

Die Leistungsstufe hat zweckmässigerweise einen Stromabfühlwiderstand, durch den der Strom fliesst, der den Spulen zugeführt wird. Eine an diesem Widerstand entstehende Steuerspannung

- 3 - wird

309815/079 1

%■ '! TC:

M281P-866

wird vorteilhafterweise an den Stromregler gelegt, der einen Diffeimtialverstärker aufweist, der einen ersten Eingang für die Steuerspannung und einen zweiten Eingang besitzt, an den eine Bezugsspannung gelegt ist. Wenn der an die Spulen angelegte Strom einen gegebenen Wert erreicht, beginnt der Stromregler zu arbeiten, wobei durch einen Rückkopplungskreis die Bezugsspannung, die an den Differentialverstärker gelegt ist, geändert wird, wodurch von diesem ein reduzierter Strom an die Spulen geliefert wird. Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass an die Leistungsstufe eine reduzierte Ansteuerung gelegt wird, um den Ausgangsstrom zu reduzieren und damit auch die Spannung am Strom-Abfühlwiderstand. Bei einer Reduzierung des Ausgangsstromes wird der Differentialverstärker abgeglichen und der Stromausgang zu den Spulen wird auf einem vorgegebenen Wert gehalten, der kleiner ist als der, der zur ursprünglichen Erregung der Spulen erforderlich war.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Schaltkreises mit automatischer Umschaltung zeigt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau und das Halten des Stromes in den Spulen, und

Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. 1 gezeigte Spannungs- und Stromregler ermöglicht eine genaue Steuerung des Stromaufbaus und der Stromabschaltung in einer Gruppe von Wicklungen oder Spulen 10. Es sind 4 Spulen dargestellt, durch die gleichzeitig Brennstoff an

- 4 - vier

30981 5/079 1

ORIGINAL INSPECTED

M281P-866

vier Zylinder eines Motoros geliefert xverden kann und die zusammen mit einer zweiten Gruppe aus vier Spulen für eine V-8rMasehine verwendet werden können. Um einen Stromaufbau in den Spulen zu erreichen, wird durch eine Spannungsquelle 38, die z.B. durch eine Batterie mit Energie versorgt wird, ein Strom angelegt. Die Speisespannung kannjsinen Nominalwert von z.B. 12 Volt haben und sie kann z.B. von 11 - 16 Volt variieren, abhängig vom Ladezustand der Batterie. Beim Starten, wenn ein starker Strom von der Batterie abgeführt wird, kann die Spannung unter 11 Volt fallen und sie kann einen Viert in der Grössenordnung von 6 Volt erreichen.

Von der Energiequelle 38 wird der Strom über einen Leistungsverstärker 26, der Transistoren 46, 47 und 48 aufweist, zu einer Anschlussklemme 32 geführt, die mit den Spulen 10 verbunden ist. Die drei Transistoren 46 _P 47 und 48 können einem einzigen grossen NPN-Transistor äquivalent sein, der einen sehr hohen Beta-Wert hat. Der den Spulen 10 durch den Verstärker 26 zugeführte Strom fliesst durch einen Widerstand 50, der zur Messung des Ausgangsstromes benutzt wird, i-tfie noch erläutert wird. Der durch diesen Widerstand 50 fliessende Strom ist in Fig. 2 gezeigt.

Die Schaltung nach Fig. 1 umfasst einen Spannungsregler mit einem Differentialvers'tärker 14, der Transistoren 16 und 18 hat. An eine Klemme 12 ist eine Bezugsspannung gelegt, wobei die Klemme über eine Diode 15 mit der Basis des Transistors 16 verbunden ist. Die Spannung an den Spulen 10 ist von der Klemme 32 aus über eine Diode 30 an die Basis des Transistors 18 gelegt. Die Emitter der Transistoren 16 und 18 sind über eine Stromquelle 19 an Erdpotential gelegt. Der Kollektor des Transistors 16 ist über eine Diode 20 an die Speisespannungsleitung 38 gelegt und der Kollektor des Transistors 18 ist über die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 22 an die Leitung 38 angeschlossen.

Der Transistor 22 und die Diode 20 bilden eine Umdrehschaltung (turn aroinl circuit) zum Steuern des Ausgangs des Differential-

- 5 - Verstärkers

309815/0791

M281P-866

Verstärkers, der am Punkt 40 abgenommen wird, der mit dem Kollektor des Transistors 18 verbunden ist. Die Diode 20 und der Transistor 22 sind so aufgebaut, dass wenn die Transistoren 16 und 18 gleiche Ströme führen, kein Strom durch den Punkt 40 fliesst. Wenn jedoch der Transistor 16 den vollen Strom der Stromquelle 19 führt und der Transistor 18 nichtleitend ist, so fliesst ein Strom von der Stromversorgung durch den Transistor 22 zum Punkt 40. Wennanderer- seits der Transistor 18 den vollen Strom der Stromquelle 19 führt und der Transistor 16 keinen Strom führt, sodass kein Strom durch die Diode 20 fliesst, so ist der Transistor 22 abgeschaltet und der Strom durch den Transistor 18 wird vom Punkt 40 zugeführt. Es kann demzufolge ein voller Strom in entgegengesetzten Richtungen durch den Punkt 40 fliessen, wenn die Leitfähigkeit vom Transistor 16 zum Transistor 18 wechselt und umgekehrt.

Die Spannung an der Klemme 32 während des Stromaufbaus in den Spulen 10 wird durch die Spannungsreglerschleife gesteuert, die den Differentia!verstärker 14, die Leistungsstufe 26, die Rückkopplung über die Diode 30 zur Klemme 24, die mit der Basis des Transistors 18 des Differentialverstärkers 14 verbunden ist und die Emitter-Folger-Schaltung 42 enthält, die den Ausgang 40 des Differentialverstärkers mit dem Eingang 44 der Leistungsstufe 26 verbindet. Hierdurch wird die Spannung an der Auskangsklemme 32 auf der Bezugsspannung gehalten, die von der Klemme 12 über die Diode 15 an die Klemme 34 des Differentialverstärkers angelegt wird, und zwar während des Stromaufbaus, der in Fig. 2 mit A bezeichnet ist.

Wenn das Potential an der Ausgangsklemme 32 grosser ist als das Bezugspotential, so leitet der Transistor 18 stärker als der Transistor 16, da er stärker angeschaltet wird weil die Spannung an der Klemme 32 höher ist als die Bezugsspannung an der Klemme 12. Es fliesst dann ein geringerer Strom durch den Transistor 16, um den Strom durch die Diode 20 zu

- 6 - reduzieren

309815/0791

M281P-866

reduzieren, um die Leitfähigkeit des Transistors 22 zu reduzieren» Als Folge davon wird der Strom durch den Transistor wenigstens teilweise vom Punkt 40 abgenommen, was dazu führt, dass die Emitter-Folger 42 Strom von der Stromquelle 43 entnehmen, sodass weniger Strom an die Eingangsklemme 44 der Leistungsstufe 26 gelegt wird, die mit der Basis des Transistors 46 verbunden ist. Diese Stromentnahme von der Basis des Transistors 46 wird fortgesetzt, wobei der Strom über die Emitter-Folger 42 zur Erde abgeleitet wird, bis das Potential an der Klemme 32 auf das Bezugspotential an der Klemme 12 reduziert worden ist. Während dieser Zeitspanne nimmt die Leitung des Transistors 46 ab, ebenso die des Transistors 47 und die des Transistors 48. Diese Abnahme des durch die Spulen fliessenden Stromes hat eine Abnahme des Potentials an der Klemme 32 zur Folge.

Wenn das Potential an der Ausgangsklemme 32 kleiner ist als das Bezugspotential an der Klemme 12, so leitet der Transistor 16 stärker als der Transistor 18 und zieht mehr Strom durch die Diode 20. Hierdurch wird der Transitor 22 stark leitend und er kann mehr Strom liefern als der Transistor 18 leitet. Dies führt dazu, dass der Emitter-Folger 42 abgeschaltet wird, sodass der volle Strom von der Stromquelle 43 zur Basis des Transistors 46 geführt wird. Hierdurch wird die Leistungsstufe 26 in Tätigkeit gesetzt, um das Potential an der Klemme 32 zu erhöhen.

Die erfindungsgemässe Schaltung schaltet auf Stromsteuerung um, wenn der durch die Spulen 10 fliessende Strom, der auch durch den Widerstand 50 fliesst, auf einen vorgegebenen Wert, z.B. fünf Ampere zugenommen hat. Hierdurch wird eine Spannung von 0,5 Volt an dem Widerstand 50 mit 0,1 0hm erzeugt und der Stromregler 82 aktiviert. Dieser enthält einen Differentialverstärker 52 mit einem Eingang 56, der über eine Leitung 54 mit dem Widerstand 50 verbunden ist, ferner mit einem zweiten Eingang 78, an den ein Bezugspotential von der Spannungs-Speiseleitung 38 über einen Widerstand 77 gelegt ist. Der Differentialverstärker besteht aus einer ersten und einer zweiten

- 7 - Darlington-Schaltung 3 0 9 8 15/0791

M2 8IP-866

Darlington-Schaltung, deren gemeinsame Emitter über eine Stromquelle 59 an Erde gelegt sind. Die erste Darlington-Schaltung besteht aus Transistoren 58 und 60 und die zweite aus Transistoren 61 und 62. Während der Strom sich in den Spulen 10 aufbaut, ist die Spannung am Widerstand 50 kleiner als die Spannung am Widerstand 77 und da beide Widerstände mit der Speiseleitung 38 verbunden sind, ist das an den Eingang 56 gelegte Potential grosser als das an den Eingang 78 gelegte Potential, sodass die Transistoren 58 und 60 stark leiten.

Die Spannung am Widerstand 77, die das Bezugspotential erzeugt, wird gesteuert durch den durch diesen Widerstand fliessenden Strom, der seinerseits durch die Leitfähigkeit des Transistors 65 gesteuert wird. Die Basis des Transistors 65 ist an einen Kreis angeschlossen, der Stromquellen 66 und 67 umfasst, die an der Speiseleitung 38 liegen, sowie Dioden 68 und 69. Die Stromquelle 67 liegt in Reihe mit der Diode 68 und Ströme durch die Stromquellen 66 und 67 fliessen durch die Diode 69. Die Diode 69 ist mit Bereichen versehen, die dem Transistor 65 angepasst sind, sodass derselbe Strom, der durch die Diode 69 fliesst, auch durch den Transistor 65 fliesst, um dadurch den Strom durch den Widerstand 77 zu steuern, Der Spannungabfall am Widerstand 77 steuert die Bezugsspannung, die an die Basis des Transistors 62 gelegt ist. Wenn der Strom durch den Widerstand 50 zunimmt, um die an die Basis des Transistors 58 gelegte Spannung herabzudrücken, so leitet dieser Transistor ebenso wie der Transistor 60 weniger. Hierdurch wird die Leitfähigkeit der Transistoren 61 und 62 gesteigert. Der Kollektor des Transistors 60 ist über die Diode 62 an die Spannung der Speiseleitung 38 gelegt und der Kollektor des Transistors 61 ist über den Transistor 63 an die Speiseleitung 38 gelegt. Der, Transistor 63 und die Diode 64 bilden eine Wendeschaltung wie oben in Verbindung mit dem Differentialverstärker 14 beschrieben. Der Ausgang des Differentialverstärkers 52 am Kollektor des Transistors

' - 8 - is_t

309815/0791

M281P-866

ist mit der Basis des Transistors 68 verbunden, der ein lateraler PNP-Transistor mit zwei Kollektoren ist, Wenn die Leitfähigkeit des Transistors 61 zunimmt, so wird der Strom durch den Transistor 63 reduziert, sodass durch die Diode 73, die mit. der Basis des Transistors 68 verbunden ist, Strom gezogen wird. Hierdurch wird der Transistor 68 veranlasst, zu leiten.

Der Kollektor 74 des Transistors 68 ist mit dem Transistor 76 gekoppelt, über den der Strom der Stromquelle 67 über einen Nebenschluss zur Erde geleitet wird. Hierdurch wird der Strom durch die Diode 69 und derjenige durch den Transistor 65 reduziert, um den Strom durch den Widerstand 77 zu reduzieren. Dies hat eine Reduzierung des Spannungsabfalles am Widerstand 77 zur Folge und erhöht das Bezugspotential am Eingang 78 des Differentialverstärkers 52, wodurch die Leitfähigkeit des Transistors 68 erhöht wird. Der Kollektor 75 des Transistors 68 ist an die Basis des Transistors gelegt und veranlasst diesen, über die Diode 72 zu leiten und Strom zu ziehen, der durch die Stromquelle 43 an die Basis des Transistors 46 gelegt ist. Die Spannungsregelung geht somit in eine Stromregelung über. Hierdurch wird der Ausgangsstrom der Leistungsstufe 26 reduziert, der über die Klemme 32 an die Spulen 10 gelegt ist. Diese Herabsetzung des durch die Spulen fliessenden Stromes tritt zu einem Zeitpunkt ein nachdem das Magnetfeld der Spulen 10 sich aufgebaut hat, um die Einspritzventile in'einem gegebenen Zeitpunkt zu öffnen. Der reduzierte Strom, der in Fig. 2 durch den Teil B dargestellt ist, reicht aus, um die Ventile in geöffneter Stellung zu halten, da das Magnetfeld der Spulen zum Offenhalten der Ventile weniger Strom erfordert ,als zum öffnen der Ventile.

Wie oben erwähnt, kann die Spannung der Speiseleitung 38 auf einen sehr kleinen Wert abfallen, beispielsweise auf 6 Volt, wenn beispielsweise die Brennkraftmaschine angelassen wird. Um sicherzustellen, dass unter diesen Bedingungen ein

- 9 - ausreichender

30981 5/0791

M281P-866

ausreichender Strom an die Spulen gelegt ist, ist ein Kompensationskreis für die niedrige Spannung vorgesehen. Dieser umfasst eine Klemme 80, die an eine geregelte Spannung anschliessbar ist, an die ein Spannungsteiler angeschlossen ist mit einem Widerstand 81, einer Zenerdiode 82 und einem Widerstand 83. Diese Spannungsteilerkette ist normalerweise leitend, um eine Spannung am Widerstand 83 zu erzeugen, die den Transistor 85 leitend hält, wodurch die Basis des Transistors 86 nahe.an Erdpotential kommt, sodass dieser Transistor abgeschaltet wird. Der Transistor 86 liegt in Reihe mit einem Widerstand 818 am Transistor 65. Wenn die Spannung am Punkt 80 auf einen niedrigen Wert fällt, beispieslweise auf 6 Volt, wird die Zenerdiode 82, die beispielsweise bei 7 Volt leitend werden soll, nichtleitend gemacht, sodass der Spannungsteiler einen offenen Kreis bildet und der Transistor 85 abgeschaltet wird. Die Spännung von der Klemme 80 wird daher über einen Widerstand 87 an die Basis des Transistors 86 gelegt und macht diesen leitend. Hierdurch wird Strom durch den Widerstand 88 und den Bezugswiderstand 77 gezogen, um die an der Eingangsklemme 78 des Differentialverstärkers liegende Spannung zu senken. Durch diese an die Basis des Transistors 62 gelegte Spannung wird der Differentialverstärker 52 in Tätigkeit gesetzt, um über die Transistoren 68 und 70 den Strom zu steigern, der den Spulen 10 zugeführt wird. Wenn die Speisespannung auf ihren normalen Wert ansteigt, das heisst auf den Bereich von 11 bis 16 Volt, so leitet die Zenerdiode 82 wieder, wodurch der Kompensationskreis unwirksam gemacht wird.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen Leistungsverstärker zur Lieferung von Strom an die Spulen der Einspritzventile einer Brennkraftmaschine aufweist, wobei der Verstärker durch einen Regler gesteuert wird, der während des Anfangsteiles des Zyklus eine konstante Spannung an die Spulen legt und während des

- 10 - Endteiles

309815/0791

M281P-866

Endteiles des Zyklus einen konstanten Strom für die Spulen liefert. In Fig. 2 sind zwei Gruppen von Spulen 10 (wie in Fig. 1) und 110 vorgesehen. Jede Gruppe umfasst vier Spulen für die Einspritzventile, die Brennstoff für die Hälfte der acht Zylinder einer V-8-Maschine liefern. Die vier Spulen der Gruppe 10 werden gleichzeitig während einer Drehung von 180° der Maschine erregt und" die Spulen der Gruppe 110 werden während der Drehung der Maschine über die anderen 180° erregt. Es sind separate Leistungsverstärker für die Zufuhr des Stromes zu den zwei Gruppen von Spulen vorgesehen, wobei ein Verstärker 112 Strom zu den Spulen 10 und ein Verstärker 114 Strom zu den Spulen 110 liefert. Die Ströme für beide Verstärker werden durch einen Widerstand 115 gezogen, der an der Speisespannungsleitung 116 liegt.

Die Verstärker 112 und 114 entsprechen im wesentlichen der Verstärkerstufe 26 nach Fig. 1. Der Verstärker 112 hat einen NPN-Transistor 118, der einen PNP-Transistor 120 steuert, der seinerseits den NPN-Transistor 122 steuert. Alle drei Transistoren tragen zu dem Strom bei, der den Spulen 10 zugeführt wird, wobei der Transistor

122 den grössten Anteil an Strom liefert. Ein Widerstand

123 und die Reihen-Kombination aus einem Kondensator und einem Widerstand 127, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 120 liegen, verhindernunerwünschte Schwingungen im Verstärker 112. Der Verstärker 114 kann mit dem Verstärker 112 identisch sein.

Es ist ein Spannungsregler 125 zur Steuerung des Leistungsverstärkers vorgesehen, um eine konstante Spannung während des ersten Teiles des Zyklus zu liefern. Der Spannungsregler 125 kann in bekannter Weise aufgebaut sein und er kann eine geregelte Ausgangsspannung von etwa 9,5 Volt von der an der Klemme 126 liegenden Speisespannung liefern. Diese Spannung kann von einer Batterie mit einer Nominalspannung von 12 Volt kommen, die bei unterschiedlichen Be-

: . . ;·-·■■- ■:- ..i ■■■■ .-!«ίίίϊ.-τ^

- 11 - lastungen

3098 1 B/079 1 . /

Μ28ΓΡ-866

lastungen von etwa 11 bis etwa 16 Volt variiert. Die geregelte Spannung ist an die Basis eines Transistors 128 gelegt, dessen Emitter mit einem Kollektor eines Transistors 130 verbunden ist und dessen Kollektor an Erde liegen kann. Der Transistor 130 ist ein Lateraltransistor mit mehreren Kollektoren, wobei der Kollektor 130a so gross ist, dass er 3-mal so viel Strom liefert wie der Kollektor 130b. Der Transistor 130 ist normalerweise leitend, um für den Transistor 128 eine Strecke über den Kollektor 130a zu vervollständigen. Die Spannung am Emitter des Transistors 128 liegt über der Bezugsspannung, die durch den Basis-Emitter-Abfall des Transistors 128 an dessen Basis liegt. Bei einer Bezugsspannung von 9,5 Volt wird eine Spannung von annähernd 10,2 Volt an die Basis des Transistors 118 des Verstärkers 112 gelegt. Die Spannung am Emitter des Transistors 118, die an die Spulen 10 gelegt ist, wird durch den Basis-Emitter-Abfall auf etwa 9,5 Volt reduziert und sie ist daher im Wesentlichen dieselbe wie die Bezugsspannung.

Wenn die Spannung an den Spulen 10 über die Bezugsspannung steigt, beginnt der Transistor 118 zu sperren, um die Leitfähigkeit des Transistors 120 zu reduzieren, der seinerseits die Leitfähigkeit des Transistors 122 reduziert. Hierdurch wird der in den Spulen 10 fliessende Strom verringert und dadurch auch die Spannung an den Spulen. Durch den Transistor 130 wird ein ausreichender Strom an die Basis des Transistors gelegt, sodass der erforderliche Strom an die Spulen 10 geführt wird. Wie beschrieben, beginnt dann die Spannungsregelung, um die Spannung an den Spulen konstant zu halten.

/bei
Wie'dem System nach Fig. 1 kommt die Stromregelung zur Wirkung wenn die Spannung am Widerstand 115 einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Der Widerstand 115 ist für beide Verstärker und 114 vorgesehen, jedoch nur einer dieser Verstärker arbeitet zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt. Der durch den Widerstand 115 fliessende Strom ist damit nur der Strom, der der Spulengruppe 10 oder der Spulengruppe 110 zugeführt wird. Wie in

- 12 - Verbindung

309815/0791

M281P-866

Verbindung mit Fig. 1 beschrieben, schaltet das System automatisch vom Zustand der konstanten Spannung in den Zustand des konstanten Stromes um, wenn der Strom durch den Widerstand 115 den Wert von 5 Ampere erreicht. Dies ergibt eine Spannung von 0,5 Volt am Widerstand 115 mit 0,1 Ohm.

Die Stromregelungsschaltung enthält einen Differentialverstärker 132, der aus zwei Transistorpaaren in Darlington-Schaltung gebildet ist, nämlich den Transistoren 134 und 135 sowie den Transistoren 137 und 138, Die Spannung am Widerstand 115 ist an die Basis des Transistors 135 gelegt und eine Bezugsspannung ist an die Basis des Transistors 138 gelegt. Der Differentialverstärker 132 ist mit einer Stromquelle versehen, die aus einem Transistor 184 und einem Widerstand 185 besteht und er ist im wesentlichen gleich dem Differentialverstärker 52 in der Schaltung nach Fig. 1.

Die an die Basis des Transistors 138 gelegte Bezugsspannung wird an einem Widerstand 140 erzeugt, der an die Speisespannung angeschlossen ist und in Reihe mit einem Transistor 142 an Erde gelegt ist. Der Strom durch den Widerstand wird durch die Leitfähigkeit des Transistors 142 geregelt, der seinerseits durch die Leitfähigkeit einer Diode 144 gesteuert wird, die zwischen der Basis des Transistor und dessen Emitter liegt. In Reihe zwischen der an eine Klemme 148 gelegten geregelten Spannung und der Diode liegt eine erste Strecke bestehend aus einem Widerstand und eine zweite Strecke bestehend aus einem Widerstand und einer Diode 151. Die geregelte Spannung an der Klemme kann durch den Spannungsregler 125 geliefert werden. Die Summe der Ströme durch die Widerstände 146 und 150 fliesst durch die Diode 144 und die Charakteristiken dieser Diode und des Transistors 142 sind einander angepasst, sodass im wesentlichen derselbe Strom, der durch die Diode 144 fliesst auch durch die Emitter-Kollektor-Streeke des Transistors

- 13 - fliesst

309815/0791

M281P-866

22475Λ6

fliesst. Der durch die Diode 144 fliessende Strom fliesst demgemäss auch durch den Bezugs-Widerstand 140. Die Beziehung der Ströme zueinander braucht nicht der vorstehend beschriebenen zu entsprechen, da die einzelnen Elemente so aufgebaut sein können, dass sie ein anderes Stromver« hältnis als ein Verhältnis von 1 : 1 erzeugen. Während sich der Strom in den Spulen 10 aufbaut, werden durch die an der Basis des Transistors 138 liegende Bezugsspannung die Transistoren 134 und 135 des Differentialverstärkers 132 leitend und die Transistoren 137 und 138 nichtleitend gemacht. Wenn die Spannung am Widerstand 115 die gewünschte Höhe erreicht hat, wie z.B. die, die durch 5 Ampere erzeugt wird, nimmt die Leitfähigkeit der Transistoren 134 und 135 ab und die der Transistoren 137 und 138 zu. Mit den Transistoren 134 und 137 ist eine Wendeschaltung verbunden, die den Transistor 133 enthält» der dieselbe Wirkung erzeugt wie der Transistor 22 und die Diode 20 in dem Differentialverstärker 14 nach Fig. 1. Der Ausgang 136 des Differentialverstärker» 132 liegt an der Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 134 und einem der Kollektoren des Transistors 133. Der Punkt ist mit der Basis der Transistoren 154 und 155 verbunden, die einzeln mit den Transistoren 156 und 157 in getrennten Zweigen einer Differentialschaltung verbunden sind. Die gemeinsamen Emitter der Transistoren 156 und 157 sind über einen Transistor 158 und einen Widerstand 159 an das Bezugspotential gelegt und die gemeinsamen Kollektoren der Transistoren 154 und 155 sind über einen Kollektor eines Transistors 160, der mehrere Kollektoren .hat, an eine Speisespannung 116 gelegt. Diese Differentialschaltung wird betrieben durch eine an eine Klemme 162 gelegte Spannung, die mit der Basis des Transistors 157 verbunden ist, um diesen Transistor während einer Drehung um 180° der Maschine leitend zu machen und nichtleitend während der Drehung u» die anderen 180°. An die Basis des Transistors 156 iff ein Bezugspotential

- 14 - ' fele|t

3098 1 S/079 1

M281P-866

gelegt, wie noch beschrieben wird, um eine Differentialwirkung zu erzeugen, sodass, wenn der Transistor 157 leitend ist, der Transistor 156 abgeschaltet ist und wenn der Transistor 157 abgeschaltet ist, dass dann der Transistor 156 leitend ist. Nachfolgend wird angenommen, dass der Transistor 157 leitend ist, sodass der Transistor 155 arbeitet. Der Transistor 158 wird leitend gemacht durch einen Schalttransistor 180, der einen Stromfluss durch Dioden 181 und 182 erzeugt. Der Abfall an den, Dioden 181 und 182 macht den Transistor 158 leitend und erzeugt eine Spannung am Widerstand 159 die gleich einem Diodenabfall ist. Unter der Annahme, dass der Transistor 180 und damit auch der Transistor 158 leitend ist, fliesst ein Strom in einer Stärke von etwa 1 Milliampere durch den Widerstand 159 und durch den Transistor 157 (oder durch den Transistor 156). Ein Weg für diesen Strom ist normalerweise durch den Kollektor 130b des Transistors 130 vorgesehen. --."'.. Wenn die Transistoren 134 und 135 des Differentialverstärkers 132 ihre Leitfähigkeit reduzieren, da der Strom durch den Widerstand 115 zunimmt, wird der Transistor 155 leitend gemacht, sodass der Strom durch den Widerstand 159 vom Transistor zum Transistor 155 umgelenkt'wird. Der Transistor 164 steuert den Transistor 130, wobei der Emitter des Transistors 164 mit der Basis des Transistors 130 verbunden ist und die Basis des Transistors 134 mit dem Kollektor 130b des Transistors 130 verbunden ist.. Wenn ein Strom durdh den Kollektor 130b des Transistors 130 fliesst, so fliesst auch ein Strom parallel durch die Basis und den Emitter des Transistors 164. Wenn dieser Strom schwächer wird, so wird auch der Spannungsabfall am Widerstand 165 in gleicher Weise schwächer, wodurch die Spannung an der Basis des Transistors 130 ansteigt, um den durch diesen fliessenden Strom zu reduzieren. Wie oben ausgeführt, ist der Strom durch den Kollektor 130a 3-mal so

- 15 - " gross

3 09 S15/Ü 7 9 T

M281P-866

gross wie der durch den Kollektor 130b. Die Reduzierung des Stromes im Kollektor 130a wird durch den Verstärker 112 verstärkt, um weitgehend den den Spulen 10 zugeführten Strom zu reduzieren.

Der Transistor 160, dessen einer Kollektor 160a mit den Kollektoren der Transistoren 154 und 155 verbunden ist, hat einen zweiten Kollektor 160b und er ist so aufgebaut, dass der Strom durch 160b etwa 3-mal so gross ist wie der durch den Kollektor 160a. Wenn die Transistoren 154 und 155 durch den Differentialverstärker 132 eingeschaltet werden, wird dadurch der Transistor 160 leitend, sodass durch den Strom vom Kollektor 160b eine Spannung am Widerstand 168 erzeugt wird, um den Transistor 169 leitend zu machen. Der Transistor 169 shuntet den Strom durch den Widerstand 150, sodass er nicht durch die Diode 144 fliesst. Der Strom durch den Widerstand 150 beträgt etwa das Zweifache des Stromes durch den Widerstand 146, sodass durch dieses Shunten der Strom durch die Diode 144 auf etwa ein Drittel seines vorherigen Wertes reduziert wird. Hierdurch wird die Bezugsspannung am Widerstand 140 gesteuert, sodass sie auf etwa ein Drittel ihres vorherigen Wertes fällt, wodurch die Spannung, die an der Basis des Transistors 138 liegt, auf etwa ein Drittel reduziert wird. Der Differentialverstärker reduziert den Strom, der dem Verstärker 112 zugeführt wird, sodass der Strom durch , den Widerstand 115 nur etwa ein Drittel seines vorherigen Wertes beträgt. Wenn das System aufgebaut ist, sodass der Stromregler einschaltet, wenn der Strom durch den Widerstand 115 etwa 5 Ampere beträgt, so fällt der Strom nachdem der Stromregler arbeitet auf etwa 1,6 Ampere. Dies ist in Fig. 2 dargestellt und es ist im wesentlichen dasselbe wie oben beschrieben.

Es ist ein Niederspannungs-Messkreis 170 mit dem Transistor 142 in dem Bezugsspannungskreis gekoppelt, der im allgemeinen derselbe ist wie der Niederspannungs-Messkreis nach Fig.

- 16 - De_r

309815/0791

22Λ7546

Μ281Ρ-866

Der Schaltkreis 170 umfasst einen Widerstand 171, der in Reihe mit einer Zenerdiode 172 und einem Widerstand 173 zwischen einer Klemme 148 und Erdpotential liegt. Der Widerstand 173 legt eine Vorspannung an einen Transistor 175 um dieseninormalerweise leitend zu halten, wobei der Kollektor des Widerstandes 175 über Widerstände 176 und 177 mit dem Widerstand 171 verbunden ist. Der Verbindungs-

punkt zwischen den Widerständen 176 und 177 liefert die Bezugsspannung an die Basis des Transistors 156, um die Differentialwirkung zu steuern, wie oben beschrieben wurde. Ein Transistor 178 liegt in Reihe mit einem Widerstand am Transistor 142, um einen zusätzlichen Strom durch den Widerstand 140 zu liefern, wenn der Transistor 175 nichtleitend gemacht ist. Hierdurch fällt die Bezugsspannung weiterhin, die an der Basis des Transistors 138 liegt, sodass ein entsprechender Strom in den Spulen gesichert ist, wenn die Speisespannung auf einen sehr niedrigen Wert abfällt, wie oben beschrieben wurde. Wie bereits ausgeführt, sind die Transistoren 156 und 157 abwechselnd leitend, jeder über einen Drehwinkel der Maschine von 180°, für die das Brennstoffeinspritzsystem verwendet wird. Der Transistor L58 liegt in Reihe mit den Transistoren 156 und 157 und er wird leitend gemacht durch einen Schaltkreis, der den Transistor 180 enthält, welcher einen Spannungsabfall an den Dioden 181 und 182 erzeugt« Ein Transistor 184, der im Emitterkreis des Differentialverstärkers 132 liegt, wird ebenfalls durch den Transistor 180 leitfähig gemacht. Wenn der Transistor 158 nichtleitend ist, ist kein Stromweg zur Basis des Transistors 164 vorhanden und dieser Transistor ist nichtleitend, sodass die Spannung am Widerstand 165 den Transistor 130 nichtleitend macht. Hierdurch wird der Transistor 128 abgeschaltet, sodass keine Steuerung für den Verstärker 12 vorhanden ist und .kein Strom durch die Spulen fliesst.
An eine Klemme 186 wird ein positives Einschalt-Potential

- 17 - gelegt

ORIGINAL

λλ Μ281Ρ-866

gelegt, wobei die Klemme über einen Widerstand 187 mit der Basis des Transistors 180 verbunden ist. Diese Spannung ist grosser als der Basis-Emitter-Abfall des Transistors 180 und den Spannungsabfällen an den Dioden 181 und 182, um den Transistor 180 einzuschalten. Die Spannung an den Dioden 181 und 182 schaltet die Transistoren 158 und 184 ein, sodass der Verstärker 112 angesteuert wird. Hierdurch wird ein Stromfluss durch die Spulen 10 erzeugt, wie durch den ansteigenden Teil A der Kurve in Fig. 2 gezeigt ist. Wie bereits erwähnt, steigt dieser Strom weiterhin an, da die Spannung an den Spulen gehalten wird bis der kombinierte Strom durch die vier Spulen einen Wert von, etwa 5 Ampere erreicht.

Da der Transistor 184 durch den Transistor 180 ebenfalls eingeschaltet worden ist, ist der Differentialverstärker 132 bereit, seine Steuerungsfunktion auszuüben, wenn der Strom durch den Widerstand 115 die Höhe von fünf Ampere erreicht hat. Hierbei wird, wie oben beschrieben wurde, der Ausgangsstrom auf einen Wert von etwa 1,6 Ampere erniedrigt, wie in Fig. 2 durch B gezeigt ist. Der Ausgangsstrom bleibt auf dieser niedrigen Höhe bis der Transistor 180 abgeschaltet wird, wenn der Strom in den Spulen verschwindet, wie in Fig. 2 durch den Punkt C dargestellt ist. Der reduzierte Strom durch die Spulen genügt, um die Üinspritzventile offenzuhalten und die Verwendung eines reduzierten Stromes macht es möglich, den Strom abzuschalten und die Ventile zum gewünschten Zeitpunkt genauer zu schliessen. Wenn das an die Klemme 162 gelegte Signal sich bei den 180 -Drehpunkten der Maschine ändert, um den Transistor abzuschalten und um den Transistor 156 anzuschalten, wechselt der Differentialverstärker 132 vom Transistor 155 zum Transistor 154 und er bewirkt die Tätigkeit von Transistoren und 192. Der Transistor 190 hat denselben Aufbau und wirkt in derselben Weise wie der Transistor 130 und er arbeitet mit einem Transistor 194 zusammen, um den Verstärker 114 zu steuern. Der Transistor 192 arbeitet ebenso wie der Tran-

- 18 - ■ sistör

3Ü98 15/0791

ORIGINAL

Μ281Γ-866

sistor 164, um den Transistor 190 zu steuern. Durch den Verstärker 114 wird der Strom durch die Spulengruppe gesteuert in derselben Weise wie der Verstärker 112 den Strom durch die Spulengruppe 10 steuert. Der Transistor 180 wird für eine Zeitdauer eingeschaltet, während der jeder der Transistoren 156 oder 157 in der Lage ist, den Verstärker 112 oder den Verstärker 114 zu steuern. Jede der Spulengruppen ist über eine Diode 195 an eine Zenerdiode 196 gekoppelt, sodass die Energie in den Spulen beim Abschalten des Stromes in der Zenerdiode verbraucht wird. Um parasitäre Schwingungen am Anfang und am Ende des Stromflusses in den Spulen zu verhindern, ist ein Kreis mit einem Widerstand ,198 und einem Kondensator 199 an jede der beiden Spulengruppen gelegt. Die erfindungsgemässe Schaltung eignet sich sehr gut zur Steuerung des Betriebs der Spulen oder Wicklungen von Einspritzventilen, da hierdurch eine präzise Öffnung und Schliessung der Ventile und damit eine Steuerung "der in die Zylinder der Maschine geförderten Brennstoffmenge möglich ist. Praktisch sämtliche Komponenten und Elemente des Steuerkreises können in Form eines integrierten Schaltkreises ausgebildet werden, wodurch sich eine kompakte billige Einheit ergibt.

Die erfindungsgemässe Schaltung umfasst somit einen Spannungsregler, der eine konstante Spannung an eine Belastung liefert bis der Strom auf einen vorgegebenen Wert aufgebaut ist, ferner einen Stromregler, der dann die Steuerung übernimmt, um einen konstanten Haltestrom auf einer niedrigeren Höhe zu liefern. Der Spannungsregler kann eine geschlossene Schleife aufweisen, um die Spannung an der induktiven Belastung konstant zu halten oder er kann aufgrund einer geregelten Spannung eine Leistungsstufe zur Lieferung einer konstanten Spannung steuern. Die Spannung an einem Messwiderstand in der Leistungsstufe steuert die Umschaltung von der Spannungsregelung auf die

ι.

- 19 - Stromregelung

30S815/0791". :.. -

ORfGlNALiNSPEGTED —

22 k75 4 B

M281P-866

Stromregelung und der Stromiq>ler stellt automatisch um,
um die Leistungsstufe zu steuern, damit sie einen konstanten Strom geringerer Stärke an die Belastung abgibt. Das System kann dazu benutzt werden, den Spulen von Injektorventilen
eines Brennstoffeinspritzsystems Strom zuzuführen und es kann zwei Leistungsstufen aufweisen, um zwei Gruppen von Spulen mit Strom zu versorgen. Das Reglersystem wird jeweils nach aufeinanderfolgenden Drehwinkeln der Maschine von 180° von der einen Leistungsstufe auf die andere umgeschaltet.

~ 20 - Patentansprüche

309815/0791

Claims

M281P-866

Patentansprüche

Schaltkreis zum Zuführen eines Stromes von einer Energiequelle zu einer induktiven Belastung, mit einer Leistungsstufe, die an die Energiequelle angeschlossen ist und eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme hat, die an die induktive Belastung anschliessbarsind, um dieser Strom zuzuführen, wobei die Leistungsstufe Messeinrichtungen für, den Ausgangsstrom besitzt, ferner mit einem Spannungsreglerkreis, der mit der Eingangsklemme gekoppelt ist, um die Leistungsstufe zu steuern, um eine im wesentliche konstante Spannung ah deren Ausgangsklemme aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromreglerkreis vorgesehen ist, der mit dem Spannungsreglerkreis gekoppelt ist und einen Eingang hat, der mit der Messeinrichtung für den Ausgangsstrom der Leistungsstufe verbunden ist, dass ferner durch den Stromreglerkreis der Strom steuerbar ist, der durch die Leistungsstufe der induktiven Belastung zugeführt wird, dass ferner durch den Stromreglerkreis der Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Spannung an der Messeinrichtung steuerbar ist, durch die anzeigbar ist, dass der Strom in der Belastung einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromreglerkreis einen Differentialverstärker mit einem ersten und einem

309015/0791

M281P-866

zweiten Eingang und einem Ausgang aufweist, wobei der erste Eingang mit der Messeinrichtung für den Ausgangsstrom verbunden ist und der Ausgang den Ausgang des Stromreglerkreise bildet, dass ferner eine Bezugs-Spannungsquelle vorgesehen ist, die mit dem zweiten Eingang des üifferentialVerstärkers verbunden ist.
3. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ze i c h η et, dass die Bezugs-Spannungsquelle einen ersten und einen,zweiten Schaltkreisabschnitt mit im wesentlichen fixierten Strömenaufweist, dass ferner eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Bezugsspannung zu erzeugen, die der Stärke der Ströme in den beiden Schaltkreisabschnitten zugeordnet ist.
4. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t, dass die Bezugs-Spannungsquelle eine Einrichtung aufweist, um den ersten Schaltkreisabschnitt zu shunten, sodass die Bezugsspannung nur der Stärke des Stromes in dem zweiten Schaltkreisabschnitt zugeordnet ist.
5. Schaltkreis nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugs-Spannungsquelle eine Einrichtung aufweist, die auf eine Abnahme der Spannung der Energiequelle anspricht, um die Spannung zu modifizieren, die an den zweiten Eingang des Differentialverstärkers gelegt ist, um die Leistungsstufe zu veranlassen, einen erhöhten Strom an die Belastung abzugeben.
6. Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeich η e t durch Schalteinrichtungen, die mit dem Stromreglerkreis verbunden sind, um'diesen

3Ü9615/0791
7 2Λ7Β46

M281P-866

selektiv mit einer ersten und einer zwreiten Leistungsstufe zu verbinden, um den Strom zu steuern, der einer ersten und einer zweiten Belastung zugeführt wird.