DE2306007C3 - Steuereinrichtung für Kraftstoff-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für Kraftstoff-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschi

nen mit den Gattungsmerkmalen des Hauptanspruchs.

Bei Kraftstoff-Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen mit einem elektromagnetisch betätigten Einspritzventil treten Verzögerungen der öffnungs- und Schließbewegungen des Ventilgliedes auf, die auf Wirbelströme in der Magnetspule zurückzuführen sind. Zur %'erringerung der Verzögerungszeiten beim Schließen des Einspritzventils ist es bekannt (DT-AS 11 76 422), bei Beendigung des das Ventil erregenden Einspritzimpulses einen Strom durch die Magnetwicklung des Ventils in umgekehrter Richtung fließen zu lassen, um zu den von den Wirbelströmen aufrechterhaltenen Restfeld ein Gegenfeld aufzubauen, das ein rasches Abklingen des induzierten Magnetflusses und damit ein entsprechend schnelles Schließen des Ventils bewirkt Zu diesem Zweck ist ein zu einem Transistor oder zur Magnetwicklung im Betriebsstromkreis des Ventils ein Kondensator parallelgeschaltet, wobei die Resonanzfrequenz aus der Induktivität der Magnetwicklung und der Kapazität des Kondensators niedriger als die Grenzfrequenz der Wirbelströme in den magnetisch leitenden Kreisen des Einspritzventils ist. Der angestrebte schnelle Abbau des Restfeldes tritt jedoch nur dann ein, wenn die Schwingungen in dem einstellbaren Kernstück mit denjenigen in dem die Magnetspule eintauchenden Anker in Phase sind, was jedoch nur bei ganz bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine der Fall ist. Mit dieser Einrichtung läßt sich die Zeitspanne der wirksamen Verzögerung der Schließbewegung des Ventils nur um etwa die Hälfte verkürzen.

Bei einer anderen bekannten Steuereinrichtung (DT-OS 20 15 589) wird die Schließgeschwindigkeit des Einspritzventils dadurch erhöht, daß ein Feld zum Halten des Ventils in seiner geöffneten Stellung und ein weiteres, die Öffnungsbewegung des Ventils einleitendes Feld aufgebaut wird. Durch Verwendung zweier gesonderter Felder kann die Stärke des Haltefeldes klein gewählt werden, um auch das Resifeld nach Abschalten des Haltefcldes zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Ansprechverhalten beim öffnen und Schließen des Einspritzventils und damit die Genauigkeit der Kraftstoffdosierung auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Durch die Erzeugung eines magnetischen Gegenfeldes beim Abschalten des das Einspritzventil in geöffneter Stellung haltenden Feldes wird das durch die Abschall-Wirbelströmc aufrechterhaltene, die Schließbewegung des Ventils verzögernde Restfeld abgebaut. Dieser Abbau des Restfeldes erfolgt durch einen dem Wirbelstrom entgegengesetzten Stromfluß durch die Magnetwicklung, dessen Magnetfeld die Löschung des Restfeldes herbeiführt. Durch die Aufteilung der das Einspritzventil betätigenden Magnetkraft auf einen Schaltkreis für die Öffnungsbewegung und einen gesonderten Schaltkreis zum Offenhalten des Ventils wird bei entsprechender Auslegung der Transistoren ein Strom im Haltekreis bereits vor dem Einschalten des Öffnungskreises erzeugt, der eine in Richtung der Öffnungsbewegung wirkende Magnetkraft erzeugt. Diese Kraft ist jedoch zur Betätigung des Ventils nicht ausreichend. Die Öffnungsbewegung des Einspritzventils erfolgt vielmehr durch eine kleine zusätzliche Magnetkraft des Öffnungskreises, wodurch sich auch eine erhebliche Verkürzung der Ansprechzeit beim

öffnen des Ventils ergibt.

Durch die Verringerung des das Ventil in seiner geöffneten Stellung haltenden Feldes und durch den von außen gesteuerten Abbau des Restmagnetfeldes der Spule wird ein Ansprechverhalten erreicht, wie es in dieser Genauigkeit durch keine der bekannten Steuereinrichtungen erhalten werden kann. Dies spielt nicht nur für die Schließbewegung des "Vientiles, sondern ebenso für seine Öffnungsbewegung, und zwar aufgrund der Aufteilung des Öffnungs-Stromflusses in einen ein Haltefeld erzeugenden Kreis und einen gesonderten, nur im Zcupunkt der Öffnungsbewegung erregten Kreis. Durch Verwendung mehrerer Transistoren in jedem der verschiedenen Schaltkreise wird eine einfache und genaue Ein- bzw. Ausschaltmögüchkeit erzielt

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine elektrische Schaltung zur Ansteuerung ehies Magnetventils;

F i g. 2 eine Kraflstoffversorgungsmenge-Kennlinie;

F i g. 3 eine elektrische Schaltung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

F i g. 4 Diagramme zur Erläuterung des Betriebszustandes der in der Fig.3 dargestellten elektrischen Schaltung;

Fig. 5, 8, 9 und 10 elektrische Schaltungen von anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

F i g. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebszu-Standes der jeweiligen elektrischen Schaltung, die in den Fig. 5,8,9 und 10 dargestellt sind;

Fig. 7 eine Kennlinie zur Erläuterung der Arbeitsweise der crfindungsgemäSen Vorrichtung beim öffnen und Schließen des Absperrorgans;

Fig. Il eine elektrische Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispicls der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs-/ustandcs der in der F i g. 11 dargestellten elektrischen Schaltung;

Fig. 1 i einen Schnitt durch ein Magnetventil, und

Fig. 14 eine Draufsicht auf das in der Fig. 13 dargestellte Magnetventil.

In der Fig. 1 besieht eine Serienschaltung aus einer Magnetspule 2 und einem Widerstand }, wobei die Kollektor-Emitter-Sirecke eines Transistors 5 zwischen einem Anschluß 1 einer elektrischen Stromquelle und Erde liegt, und wobei die Basiselektrode des Transistors 5 über einen Widerstand 6 mit einem Steuersignaleingang 7 verbunden ist, während ein Kondensator 4 parallel zum Widerstand 3 vorgesehen ist.

Bei dieser Schaltung wird der Innenwiderstand zwischen der Kollektor- und Emitterelektrode des Transistors 5 durch die Einspeisung einer Vorspannung in die Basiselektrode des Transistors 5 vom Steuersignaleingang 7 gesteuert, so daß das öffnen und Schließen eines Magnetventils zur Steuerung der Kraftstoffversorgungsmenge gesteuert werden kann.

Da der Kondensator 4 parallel zum Strombegrenzungswiderstand 3 liegt, wird die elektromagnetische .Spule 2 erregt, um das Magnetventil durch einen großen, durch die Spule 2 und den Kondensator 4 für eine schnelle Zeitdauer fließenden Strom zu öffnen, wenn das Ventil geöffnet wird. Nach der Aufladung des Kondensators 4 ist die Spule 2durch einen Strom erregt, der groß genug ist, um den geöffneten Zustand des Ventils beizubehalten und der im folgenden als llaltestrom bezeichnet wird.

Selbst wenn der Haltestrom von der Spule 2 abgeschaltet wird, um das Ventil zu schließen, ist das Ventil nicht unmittelbar vollständig geschlossen. Dies ist der Fall, da eine Gegen-EMK in die elektromagnetische Spule induziert wird, wenn der Haltestrom von der Spule abgeschaltet wird, und da gleichzeitig ein Wirbelstrom im magnetischen Material induziert wird, das einen magnetischen Kreis für das Magnetventil so bildet, daß der magnetische Fluß, der durch den Haltestrom induziert wurde, nicht verschwindet Die Gegen-EMK und der Wirbelstrom werden mit der Zeit schrittweise verringert, so daß die magnetische Anziehungskraft des Ventils, deren Verschwinden durch die Gegen-EMK und den Wirbelstrom verhindert wurde, ebenfalls schrittweise entsprechend der Verringerung der Gegen-EMK und des Wirbelstroms mit der Zeit verringert wird.

Als Ergebnis wird das Ventil im vollständig geöffneten Zustand gehalten, bis die elektromagnetische Anziehungskraft auf die Schließkraft des Ventils verringert ist, die im allgemeinen durch eine Feder od. dgl. erzeugt ist. Dann wird der Grad für die Verhinderung des Schließens des Ventils schrittweise verringert, um das Magnetventil vollständig zu schließen.

Die zum Schließen des Ventils erforderliche Zeit verändert sich im Zusammenhang mit der Größe der Federkraft zum Schließen des Ventils und der Trägheit der beweglichen Teile des Ventils usw.

Das in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel verbessert die Ansprechempfindlichkeit bei der Ventilöffnung, indem ein ausreichend großer Strom durch die elektromagnetische Spule fließt, wenn das Ventil aus dem geschlossenen Zustand geöffnet wird, sowie die Ansprechempfindlichkeit beim Schließen des Ventils, imdem die Erzeugung der oben genannten Gegen-EMK und des Wirbelstromes so weit wie möglich verringert wird, wenn das Ventil aus seinem geöffneten Zustand geschlossen wird. Die oben genannte Gegen-EMK und der Wirbelstrom können einigermaßen an einer Induktion gehindert werden, indem das Ventil mit einem verringerten Haltestrom in seinem geöffneten Zustand gehalten wird.

In Fig. 2 sind Kennlinien dargestellt, die die Beziehung zwischen der Kraftstoffversorgungsmenge durch eine Einspritzung und der zur Öffnung des Magnetventils erforderlichen Zeit angeben. Dabei stellt eine Kurve A einen idealen Zustand der Vorrichtung dar, die keine Verzögerungszeit beim Ansprechen während des öffnens und Schließens des Ventils aufweist. Eine Kurve B gibt einen praktischen Zustand mit einer Verzögerungszeit wieder.

Wenn eine Kraftstoffversorgungs-Steuervorrichtung eine derartige ideale Kennlinie aufweist, wie dies durch die Kurve A angegeben ist, dann kann das Magnetventil unmittelbar vollständig abhängig von einem Befehlssignal zum öffnen des Ventils mit einer hohen Ansprechempfindlichkeit geöffnet und unmittelbar geschlossen werden, wenn das Befehlssignal gelöscht ist, selbst wenn die Befehlszeit sehr kurz ist Als Ergebnis verändert sich die Beziehung zwischen der Befehlszeit und der Kraftstoffversorgungsmenge für eine Kraftstoff-Einspritzung linear.

Andererseits kann bei dem durch die Kurve B angegebenen praktischen Zustand das Magnetventil überhaupt nicht geöffnet werden, wenn die Befehlszeit zur öffnung des Ventils sehr kurz ist. Selbst wenn die Befehlszeit etwas zunimmt, dann kann das Befehlssienal

gelöscht werden, um das Magnetventil zu schließen, bevor es vollständig geöffnet ist. Deshalb verändert sich die Beziehung zwischen der Kraftstoffversorgungsmenge von einer Einspritzung und der Befehlszeit nicht linear. Das Magnetventil kann vollständig geöffnet sein, wenn die Befehlszeit weiter zunimmt. Andererseits kann dabei das Ventil in seinem geöffneten Zustand gehalten werden, wenn das Befehlssignal gelöscht ist, während das Ansprechen beim Schließen etwas langsam ist, wodurch die Kraftsloffversorgungsmenge gegenüber einem Fall stärker zunimmt, in dem diese Ansprechempfindlichkeit abhängig von der gleichen Befehlszeit zur Öffnung des Ventils hoch ist.

Bei einer Kraftstoffversorgungs-Steuervorrichtung mit einem Magnetventil, das die durch die Kurve A in F i g. 2 dargestellte Kennlinie aufweist, ist es verhältnismäßig einfach, eine gewünschte Kraftstoffversorgungsmenge zwischen dein notwendigen Minimalwert (J 1 und dem notwendigen Maximalwert Q 2 in der Zeitdauer zur Steuerung der Kraftstoffversorgungsmenge zwischen dem Minimalwert Ti und dem Maximalwert 72 zu steuern, was auf der linearen Beziehung zwischen der Befehlszeit und der Kraftstoffversorgungsmenge für eine Kraftstoff-Einspritzung beruht. Weiterhin ist es möglich, den Maximalwert Q 2 groß zu machen, während der Maximalwert 7"2 unverändert bleibt, oder den Maximalwert T2 klein zu machen, während der Maximalwert Q2 unverändert bleibt, oder die Maximalwerte Q2 und T2 jeweils groß und klein zu machen, indem gleichzeitig der Kraftstoffversorgungsdruck anwächst oder die mechanische Abmessung des Kraftstoff-Meßgliedes der Vorrichtung vergrößert wird, usw.

Andererseits ist bei einer Kraftstoffversorgungs-Steuervorrichtung mit einem Magnetventil, das die in der F i g. 2 durch die Kurve B dargestellte Kennlinie aufweist, die zur Öffnung des Magnetventils entsprechend dem notwendigen Minimalwert Q1 erforderliche Befehlszeit in einem nicht linearen Teil der Kennlinie B, was die Steuervorrichtung kompliziert und die Genauigkeit der Steuerung verringert. Es ist tatsächlich möglich, den Maximalwert Q2 groß zu machen, während der Maximalwert T2 unverändert bleibt, oder den Maximalwert T2 klein zu machen, während der Maximalwert ζ)2 unverändert bleibt, oder die Maximalwerte Q2 und T2 jeweils gleichzeitig groß und klein zu machen, wie dies oben beschrieben wurde, indem insbesondere der Kraftstoffversorgungsdruck zunimmt oder die mechanische Abmessung des Kraftstoff-Meßgliedes der Vorrichtung vergrößert wird, usw. Selbst wenn jedoch die oben genannte Forderung durch Vergrößerung der Kraftstoffversorgungsmenge in der Zeiteinheit bis nahe zum Maximalwert Q 2 erfüllt werden kann, dann vergrößert sich der nicht lineare Teil in der Nähe des Minimalwertes Ql mit dem Ergebnis, daß die Genauigkeit der Steuerung stark verringert wird, oder daß es manchmal unmöglich ist, die Steuerung durchzuführen.

Um dieses Problem zu lösen, ist es erforderlich, die Ansprechempfindlichkeit beim Schließen des Ventils zu verbessern, indem diese in gleichem Maß beachtet wird wie die Verbesserung in der Ansprechempfmdlichkeit beim öffnen des Ventils.

In Fig.3 ist eine Schaltung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt Diese Schaltung verbessert die AnsprechempFmdlichkeit beim öffnen und Schließen des Ventils. Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltung, die vor allem die Ansprechempfindlichkeit beim öffnen des Ventils verbessert, kann durch die erfindungsgemäße Schaltung der Fig. 3 ersetzt werden, so daß die Ansprechempfindlichkeit beim Schließen sowie beim Öffnen des Ventils s verbessert werden kann.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung liegt eine Serienschaltung aus jeweiligen Kollektor-Emitter-Strecktn von Transistoren 5ß und 5D zwischen einem Anschluß I einer elektrischen Stromquelle und Erde.

κ. Der Transistor 5ß ist vorgesehen, um zusätzlich den Öffnungsstrom des Ventils zu steuern, der eine notwendige elektromagnetische Kraft zur Öffnung des Ventils aus seinem geschlossenen Zustand erzeugt. Die Richtung des durch die elektromagnetische Spule

,< fließenden Stromes, der die oben genannte elektromagnetische Kraft erzeugt, wird im folgenden als Vorwärtsrichtung bezeichnet. Dieser Strom wird deshalb Vorwärts- oder Durchiaßsirom genannt. Der Transistor 5G dient zur Steuerung des Rückwärts- oder Sperrstromes, der durch die Spule 2 fließt. Weiterhin liegt eine andere Serienschaltung aus der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 5C, aus einem einen Strom begrenzenden Widerstand 3 und aus der Kollektor-Emitter-Streckc eines Transistors 5/4 zwischen dem Anschluß 1 einer elektrischen Stromquelle und Erde, wobei die Transistoren 5C und 5/4 jeweils für eine zusätzliche Steuerung des Sperrstromes und des Ventilöffnungsstromes verwendet werden. Ein Kondensator 4 liegt parallel zum Widerstand 3. Eine elektromagnetische Spule 2 liegt jeweils zwischen den Kollektorelcktroden der Transistoren 5ß und 5C. Die Basiselektroden von Transistoren 5/4, 5ß, SC und 5D sind jeweils über Widerstände 6/4, 6ß, 6C und SD mit den Steuersignaleingängen TA, 7ß, TC und TD verbunden.

In Fig.4 ist der Betriebszustand der in der Fig. 3 gezeigten Schaltung dargestellt. Die Transistoren 5/4 und 5ß werden in Obereinstimmung mit der in der F i g. 4a dargestellten Signalform gesteuert. Die Transis'.oren 5Cund 5D werden in Übereinstimmung mit der in der F i g. 4b dargestellten Signalform gesteuert. Wenn bei dieser Steuerung das Ventil geöffnet wird, dann werden beide Transistoren 5/4 und Sßleitend, so daß ein großer Strom durch die elektromagnetische Spule 2 fließt, um das Magnetventil beim Beginn für eine Öffnung zu betätigen, und der Strom nimmt schrittweise ab, bis er einen konstanten Wert annimmt. Wenn die erforderliche Öffnungszeit des Ventils vergangen ist, dann werden die Transistoren 5ß und 5A und die

so Transistoren 5Cund 5D jeweils nicht leitend und leitend gemacht. Dann werden die Transistoren 5C und 5D wieder nach einer gegebenen Zeit nicht leitend gemacht.

Demgemäß fließt ein Strom, wie -er in der Fig.4c dargestellt ist, durch die elektromagnetische Spule, wenn das Einschwingverhalten des Stromes vernachlässigt wird. Wenn insbesondere das Magnetventil geöffnet wird, dann fließt ein Strom vom Anschluß 1 über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 5ß, die elektromagnetische Spule 2, die aus dem den Strom begrenzenden Widerstand 3 und dem Kondensator Λ bestehende Parallelschaltung und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors SA zur Erde. In dei Parallelschaltung aus dem Widerstand 3 und den*

f>5 Kondensator 4 nimmt der durch den Kondensator A fließende Strom tatsächlich mit der Zeit schrittweise au »Null« ab, während er beim Beginn des öffnens de; Ventils sehr groß ist

Wenn andererseits das Magnetventil geschlossen wird, dann werden die Stromsteuertransistoren 5/4 und SB nicht leitend, um zu verhindern, daß der Durchlaßslrom durch die elektromagnetische Spule 2 fließt. Gleichzeitig werden der Sperrstrom-Hilfssteuertransistör SC und der Durchlaßstrom-Steuertransistor 5D leitend, um einen Sperrstrom vom Anschluß 1 zur Erde über den Transistor 5C, die elektromagnetische Spule 2 und den Transistor SD zu leiten. Da der Sperrstrom durch die Spule 2 in der zum Durchlaßstrom _(o entgegengesetzten Richtung fließt, der während des öffnens des Ventils fließt, dient der Sperrstrom zur Verringerung der durch das Abschalten des Durchlaßstromes für das Beibehalten des geöffneten Zustandes des Ventils induzierten HMK und des auf diese Weise induzierten Wirbelslromes, um zu verhindern, daß der auf dem DurehlaUstrom beruhende Fluß verschwindet, wenn der Durchlaßstrom abgeschaltet wird. Demgemäß kann die elektromagnetische Anziehungskraft des Ventils schnell ausgeschaltet werden, um das Ventil unmittelbar und vollständig zu schließen, mit dem Ergebnis, daß die Ansprechempfindlichkeit beim Schließen des Ventils beträchtlich verbessert ist. Das Magnetventil ist so gesteuert, daß es in Übereinstimmung mit der in der Γ ig. 4d dargestellten Signalform geöffnet oder geschlossen ist, wobei die Ansprechempfindlichkeil beim Öffnen und Schließen des Ventils vernachlässigt ist.

In Fig. 5 ist eine elektrische Schaltung eines Ausführungsbcispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei liegt eine Serienschaltung aus der [•mittcr-Kollcktor-Strecke eines Durchlaßstrom-Hilfsstcucrtransistors 5ßund der Kollektor-Emitter-Strecke eines Sperrstrom-Steuertransistors SD zwischen einem Anschluß 1 einer elektrischen Stromquelle und Erde, und eine andere Serienschaltung aus der Emitter-Kollektor-Strecke eines Sperrstrom-Hilfssteuertransistors 5Cund der Kollektor-Emitter-Strecke eines Durchlaßstrom-Steuertransistors SA liegt ebenfalls zwischen dem Anschluß 1 und Erde. Eine elektromagnetische Spule 2 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Kollektorelektroden der Transistoren 5ßund SD und dem Verbindungspunkt der beiden Kollektorelektroden der Transistoren 5/4 und SC Weiterhin liegt eine andere Serienschaltung aus einem Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 und der Kollektor-Emitter-Strecke eines Haltestrom-Steuertransistors 5E parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 5A und die Basiselektroden der Transistoren 5A, 55, SC, 5Dund 5F sind jeweils über Widerstände 6A, 65, 6C, 6D und 6E mit Signaleingängen TA, TB, TC, 7Dund 7 ff verbunden.

In F i g. 6 ist der Betriebszustand der in der F i g. 5 gezeigten Schaltung dargestellt. Der Durchlaßstrom-Hilfssteuertransistor 55, der Haltestrom-Steuertransistor 5£ der Ventilöffnungs-Steuertransistor 5Λ, der Sperrstrom-Hilfssteuertransistor 5C und der Sperr strom-Steuertransistor 5O werden jeweils in Überein stimmung mit den in den Fig.6a, 6b und 6c dargestellten Signalfolgen gesteuert.

Da zu Beginn lediglich der Durchlaßstrom-Hilfs-Steuertransistor SB und der Haltestrom-Steuertransistor SE leitend sind, fließt als Ergebnis ein Strom vom Anschluß 1 der Stromquelle über den Durchlaßstrom-Hilfssteuertransistor SB, die elektromagnetische Spule 2, den Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 und den Haltestrom-Steuertransistor SE zur Erde. Dieser Strom erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die das Ventil aus seinem geschlossenen Zustand nicht öffnen, sondern nur den geöffneten Zustand beibehalten kann, wenn das Ventil geöffnet ist.

Dann wird der Ventilöffnungs-Steuertransistor SA leitend gemacht, so daß ein großer Durchlaßstrom über den Durchlaßstrom-Hilfssteuertransistor SB, die elektromagnetische Spule 2 und den Ventilöffnungs-Steuertransistor SA fließt. Deshalb ist es während dieser Zeit nicht immer erforderlich, daß der Haltestrom-Steuertransistor 5£leitend ist. Der Ventilöffnungs-Steuertransistor SA ist so gesteuert, daß er für eine gewünschte Zeit leitend und dann wieder nicht leitend ist.

Wenn das Magnetventil aus seinem geöffneten Zustand geschlossen wird, dann werden der Durchlaßstrom-Hilfssteuertransistor SB, der Haltestrom-Steuertransistor SE und der Ventilöffnungs-Steuerlransistor 5/4, wobei in den meisten Fällen der Transistor 5/4 zu dieser Zeit bereits nicht leitend ist, nicht leitend gemacht, während zur gleichen Zeit der Sperrstrom-Hilfssteuertransistor SC und der Sperrstrom-Steuertransistor SD leitend gemacht und im leitenden Zustand für eine gewünschte Zeit gehalten werden. Als Ergebnis fließt ein Strom rückwärts vom Anschluß 1 der elektrischen Stromquelle über den Sperrstrom-Hilfssteuertransistor5C,den Sperrstrom-Steuertransistor SE und die elektromagnetische Spule 2 zur Erde.

In Fig. 6d ist die Signalform des durch die elektromagnetische Spule 2 fließenden Stromes dargestellt. In der Signalform sind die Einschwingvorgänge des Stromes aufgrund der Induktanz der elektromagnetischen Spule u.dgl. vernachlässigt. In Fig.6 ist der geöffnete und geschlossene Zustand des Magnetventils dargestellt, wobei die Ansprechempfindlichkeit des Ventils ebenfalls vernachlässigt ist. Damit wird die gleiche Einwirkung auf die Steuerung erzielt, wie dies oben anhand der F i g. 3 näher erläutert wurde.

In F i g. 7 ist die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung im Vergleich zu der bereits diskutierten Steuervorrichtung dargestellt. Die Kurven A und B zeigen jeweils die Ansprechempfindlichkeiten beim Schließen des Ventils, wenn das Magnetventil jeweils durch die in den F i g. 1 und 3 dargestellten Steuerschaltungen angesteuert wird. Zusätzlich stößt beim Schließen das bewegliche Glied des Ventils mit dessen festem Ventilkörper elastisch zusammen und ist in der gleichen Weise wie beim öffnen des Ventils verschiedene Male wiederholt mit diesem bündig. Die Größe und die Anzahl der Anschläge kann um ein gewisses Maß verringert werden. Die Größe und die Zeitdauer des Sperrstromes kann geeignet gewählt werden.

F i g. 8 zeigt eine elektrische Schaltung eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem eine elektromagnetische Spule 12/4 zum Haken des geöffneten Zustandes eines Magnetventils, ein Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 und ein Haltestrom-Steuertransistor 15 £ in Serie zwischen dem Anschluß 1 einer elektrischen Stromquelle und Erde liegen. Weiterhin liegt eine Serienschaltung aus einem Ventilöffnungs-Hilfssteuertransistor 155, einer elektromagnetischen Spule 125 zur öffnung des Magnetventils, und aus einem Ventilöffnungs-Steuertransistor 15/4 ebenfalls zwischen dem Anschluß 1 und Erde. Transistoren 15C und 15D liegen jeweils parallel zur Serienschaltung aus der elektromagnetischen Spule 125 und dem Transistor 155 und zur Serienschaltung aus der elektromagnetischen Spule 125 und dem Transistor 15A Die Basiselektroden der Transistoren 15Λ 155, 15C 15D und 15E sind jeweils über Widerstände 16/4,165,16C 16Dund 16£mit Steuersignaleingängen 17/4,175,17C

17üund 17E verbunden.

Der Maltestrom-Steuertransistor 15£, der Ventilöffnungs-Steuertransistor 15/4 und der Ventilöffnungs-Hilfssteuerlransistor ISd sind jeweils gesteuert, um in Übereinstimmung mit den in den Fig.6a, 6b und 6c dargestellten Signalformen zu arbeiten. Die Schaltung ist so aufgebaut, daß die elektromagnetische Anziehungskraft aufgrund des durch die elektromagnetischen Spulen 12ß fließenden Stromes zusätzlich mit der elektromagnetischen Anziehungskraft aufgrund des Haltestromes zusammenwirkt, der durch die elektromagnetische Spule 12/4 fließt. Weiterhin sind der Sperrstrom-Hilfssteuertransistor 15C und der Sperrstrom-Steuertransistor 15D beide so gesteuert, daß sie in Übereinstimmung mit der in der F i g. 6c dargestellten Sägnalform arbeiten. Die so aufgebaute Schaltung zeigt die gleiche Arbeitsweise bei der Steuerung wie die in der F i g. 5 dargestellte Schaltung.

Bei der in der Fig. 9 dargestellten Schaltung liegen eine Sericnschaltung aus einer elektromagnetischen Spule 22Λ zur Ventilöffnungs-Steiicrung und ein Ventilöffnungs-Steuertransistor 25A und eine andere Serienschaltung aus einer elektromagnetischen Spule 223 für eine Sperrfluß-Steuerung und einem Sperrfluß-Steuertransistor 25ß parallel zwischen einem Anschluß 1 einer elektrischen Stromquelle und Erde. Eine Serienschaltung aus einem Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 und einem Haltestrom-Steuertransistor 25C liegt weiterhin parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 25/1. Die Basiselektroden der Transistoren 25Λ 25Ö und 25C sind jeweils über Widerstände 26/4, 26ö, 26C'niit den Steuersignaleingängen verbunden.

Der Haltestroin-Steuertransisior 25C, der Ventilöff nungs-Steuertransistor 25/4 und der Sperrfluß-Steuertransistor 25Ö sind jeweils so gesteuert, daß sie in Übereinstimmung mit den in den F i g. 6a, 6b und 6c dargestellten Signalformen arbeiten. Die Spulen sind bei der Vorrichtung so angeordnet, daß der durch den durch die elektromagnetische Spule 22Ö während der Leitung des Transistors 25ß fließenden Strom erzeugte magnetische Fluß den magnetischen Fluß auslöscht, der durch das Ausschalten des Stromes erzeugt wird, der während der Leitung des Transistors 25/4 und/oder des Transistors 25C durch die elektromagnetische Spule 22/4 fließt, wodurch die gleiche Einwirkung auf die Steuerung wie bei der in der Fig. 5 dargestellten Schaltung erhalten wird.

Bei der in der Fig. 10 dargestellten Schaltung liegen eine Serienschaltung aus einer haltenden elektromagnetischen Spule 12A, einem Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 und einem Haltestrom-Steuertransistor 35A, eine weitere Serienschaltung aus einer elektromagnetischen Spule 32ß für die Ventilöffnung und ein Ventilöffnungs-Steuertransistor 35B, und noch eine weitere Serienschaltung aus einer elektromagnetischen Spule 32C für die Sperrfluß-Steuerung und einem Sperrfluß-Steuertransistor 35C parallel zwischen dem Anschluß 1 einer elektrischen Stromquelle und Erde, während die Basiselektroden der Transistoren 35Λ, 35 B und 35Cüber Widerstände 36Λ 36ßund 36Cjeweils mit Steuersignaleingängen 37 A 375 und 37C verbunden sind. Wenn die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Spule 32A geeignet ausgewählt sind, dann kann der Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 weggelassen werden.

Der HaJtestrom-Steuertransistor 35Λ, der Ventilöffnungs-Steuertransistor 35 B und der Sperrfluß-Steuertransistor 35C sind jeweils so gesteuert, daß sie in Übereinstimmung mit den in den F i g. 6a, 6b und 6c dargestellten Signalformen arbeiten. Die Spulen sind so angeordnet, daß die jeweiligen magnetischen Flüsse, die durch die durch die elektromagnetischen Spulen 32/4 und 32ß fließenden Ströme erzeugt werden, zusätzlich miteinander zusammenwirken, und daß der durch den durch die elektromagnetische Spule 32C fließenden Strom erzeugte magnetische Fluß beide zuvor erzeugten magnetischen Flüsse auslöscht, wodurch die gleiche Einwirkung auf die Steuerung erhalten wird, wie dies oben anhand der F i g. 5 erläutert wurde.

Es soll angenommen werden, daß bei der in der Fig. IO dargestellten Schaltung die haltende elektro-,, magnetische Spule 32A, der Haltestrom-Begrenzungswiderstand 3 und der Haltestrom-Steuertransistor ISA weggelassen sind, daß der Ventilöffnungs-Transistor 35ß und der Sperrfluß-Steuertransistor 35C jeweils so gesteuert sind, daß sie in Übereinstimmung mit den in j₀ den F i g. 4a und 4b dargestellten Signalformen arbeiten, und daß die elektromagnetischen Spulen so angeordnet sind, daß der magnetische Fluß, der durch den durch die elektromagnetische Spule 32Γ fließenden Strom erzeugt wird, den magnetischen Fluß auslöscht, der durch 2_S den durch die Spule 32ß fließenden Strom erzeugt wird. Dann kann die gleiche Einwirkung auf die Steuerung erhalten werden, wie dies oben anhand der F i g. i näher erläutert wurde.

In Fig. 11 ist eine elektrische Schaltung für eine ,o erfindungsgemäße Steuervorrichtung dargestellt, die für eine Kraftstoffversorgung mit hoher Geschwindigkeit geeignet ist.

In der Fig. 11 liegen eine Serienschaltung aus Transisloren45ßund45Dund eine weitere Serienschaltung aus Transistoren 45C und 45A parallel /wischen einem Anschluß I einer elektrischen Stromquelle und Erde, wobei eine elektromagnelische Spule 42.4 zur Steuerung der Ventilöffnung und Ventilschließung zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Kollektor-

₄c elektroden der Transistoren 45A und 45C und dem Verbindungspunkt der beiden Kollektorelektroden der Transistoren 45ß und 45D vorgesehen ist, und wobei eine Serienschaltung aus einem Widerstand 3 und einer Haltestrom-Steuerspule 42ß parallel zur Emitter-Kol-

_j(5 lektor-Strecke des Transistors 45ß vorgesehen ist. Weiterhin sind die Spulen so angeordnet, daß die MMK, die auf dem Strom beruht, der vom Anschluß 1 über den Widerstand 3, die Haltestrom-Steuerspule 42ßund den Transistor 45D zur Erde fließt, und die MMK, die auf

so dem Strom beruht, der vom Anschluß I über den Transistor 45C, die Steuerspule 42/4 zur Ventilöffnung und Ventilschließung und den Transistor 45D zur Erde fließt, zusätzlich miteinander zusammenwirken.

Wenn bei der so aufgebauten Schaltung die Transistoren 45A 45ß, 45Cund 45Djeweils so gesteuert sind, daß sie in Übereinstimmung mit den in den Fig. 12c, 12b und 12a dargestellten Signalformen arbeiten, indem in die jeweiligen Basiselektroden der Transistoren die erforderlichen Steuersignale über die Widerstände 46A, 46ß, 46C und 46D von den Steuersignaleingängen 47Λ, 47ß, 47C und 47D eingespeist werden, dann erzeugt die Schaltung eine MMK in Übereinstimmung mit den in der F i g. 12d dargestellten Signalformen, wobei Einschwingvorgänge vernachläs-

6s sigt sind. Deshalb kann die gleiche Einwirkung auf die Steuerung erhalten werden, wie dies in Fig.6d dargestellt ist, und das Magnetventil ist so gesteuert, daß es in Übereinstimmung mit der in der Fig. 12i

dargestellten Signalform arbeitet.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß kein großer Strom durch die Haltestrom-Steuerspule 42ß fließen muß, da die Spule 42fl nicht so steil in der Anstiegskennlinie des Stromes zu sein braucht, so daß die Wechselzahl in der Spule stark zunehmen kann, indem ein dünner leitender Draht verwendet wird.

Wenn weiterhin das Spulenmaterial oder die Wechselzahl in der Spule in geeigneter Weise ausgewählt werden, dann kann der Widerstand 3 weggelassen werden.

Weiterhin erfordert bei dieser Steuervorrichtung die Haltestrom-Steuerspule 42ß kein besonderes Steuer-Bauelement in der Schaltung. In der Fig. 13 wird der Kraftstoff in die öffnung eines Kernes (21 über eine geeignete Verbindungsleilung eingespeist und dann durch jeweilige Hohlteile eines Einstellen 124, einer Ventilnadel 133 und einer seitlichen öffnung der Nadel 133 zu einem Ventilsitz aus einer Düse 134 und der Ventilnadel 133 geführt. Daneben kann der Kraftstoff den Ventilsitz über den äußeren Rand der Ventilnadel 133 erreichen. Ein Betätigungsorgan oder Versteller 131 wird in der Zeichnung durch eine elektromagnetische Kraft nach oben gezogen, so daß der Ventilsitz offen ist, um den Brennstoff zu speisen.

Der magnetische Kreis dieser Vorrichtung besteht aus dem Kern 121, einem Joch 128, der Ventilnadel 133 und dem Betätigungsorgan IJI. Eine elektromagnetische Spule ist gewöhnlich um einen Spulenkörper gemeinsam in einem Stück gewickelt, um ein magnetisches Feld in einem gewöhnlichen Kraftstoff-Einspritzventil zu erzeugen. Andererseits ist bei der vorliegenden Erfindung eine elektromagnetische Spule 127Λ /um Halten des geöffneten Zustandes des Ventils auf der Innen- oder Außenseite eines Spulenkörpers 126 gewickelt und dann mit einem isolierenden Material isoliert. Nach der Isolierung der Spule 127.4 ist eine weitere elektromagnetische Spule 127 ß zur Steuerung des öffnens und Schließens des Ventils außerhalb oder innerhalb des Isolators 129 gewickelt. Demgemäß kann jede der Spulen 1274 und 127ß unabhängig ein magnetisches FsId erzeugen.

Die Wicklungszahl der Haltespule 127Λ kann vergrößert werden, so daß der durch sie fließende erforderliche Strom abnimmt. Die Anstiegskennlinie beim Einschwingvorgang des Stromes, der durch die Steuerspule 127ß für das öffnen und Schließen des Ventils fließt, kann verbessert werden, indem ein relativ dicker Draht als Wicklungsmaterial verwendet und die Wicklungszahl verkleinert wird. Abhängig von der Ausgestaltung einer Steuerschaltung kann jeder der

ίο beiden Anschlüsse der jeweiligen Spulen 127/4 und 127 ß gemeinsam als ein Anschluß verwendet werden, so daß die vier Anschlüsse der beiden Spulen auf drei Anschlüsse 123/4,123ßund 123Cverringert werden, wie dies in Fig. 14 dargestellt ist, um dadurch eine Vereinfachung der Verdrahtung bei der Vorrichtung zu ermöglichen.

Zur Einstellung der Ansprechempfindlichkeit des Ventils wird die Gegenkraft einer Feder in einem derartigen Einspritzventil eingestellt. Ein Verfahren zur Einstellung der Gegenkraft einer Feder besteht darin, daß ein Einsteller zum Eindrücken der Feder in einen Kern geschraubt und dann nach dem Aufbau des Einspritzventils geeignet eingestellt wird, wobei der äußere Rand gegen die Außenseite des Kernes gestemmt wird.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß der eingestellte Zustand durch Aufnahme eines Ganges der Schraube od. dgl. gestört wird, wenn eine Schraubenoder Stemmkraft einwirkt, da die Genauigkeit einer Schraube im allgemeinen begrenzt ist.

Zur Vermeidung dieses Nachteils sind der äußere Rand des Einstellers 124 und der innere Rand des Kernes 121 genau begrenzt, so daß der Einsteller 124 glatt im Kern 121 gleiten kann. Die genaue Begrenzung kann wegen des kreisförmigen Schnittes des Kernes und des Einstellers leicht erreicht werden. Wenn das Einspritzventil aufgebaut wird, dann wird oer Einsteller genau durch eine zusätzliche Einstelleinrichtung eingestellt, bevor ein Filter 122 in den Kern 121 eingefügt wird. Dann wird der eingestellte Zustand durch Anlegung einer Stemmkraft von der Außenseite des Kernes 121 festgelegt oder fixiert.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für Kraftstoff-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, mit einem mittels einer Magnetspule betätigten Einspritzventil, wobei der Stromfluß durch die Magnetspule von mindestens einem Transistor gesteuert wird, und mit einer Einrichtung zum schnellen Abbau des nach dem Abschalten des Stromflusses durch die Magnetspule ,0 durch Wirbelströme aufrechterhaltenen Rest-Magnetfeläes, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schaltkreis (5ß, 2, 4, SA; SB, 2, 5Λ; 15ß, 12ß, 15Λ; 22Λ 25/4; 32B, 35B, 45ß, 42Λ, 45A) zum schnellen öffnen des Einspritzventils (133) mittels eines verstärkten Magnetfeldes end ein zweiter Schaltkreis {SB, 2, 3, SA; SB, 2, 3, SE; 12/4, 3, 15F; 22Λ 3, 2SC; 32A, 3, 35/4; 3, 42ß, 42/4, 4SA) zum Offenhalten des Einspritzventil«; nach dem Öffnen vorgesehen ist und daß die Einrichtung zum Abbau des Rest-Magnetfeldes ein mindestens einen Transistor (5C 5D; ISC, 15D; 25B; 32C; 45C, 4SD) enthaltender dritter Schaltkreis (SC 2, SD; ISC, 12ß, 15D; 22ß, 25ß; 32C, 35C; 45C 42/4, 4SD) ist, der in der Magnetspule ein das Rest-Magnetfeld löschendes Gleich-Magnetfeld aufbaut.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schaltkreis (5ß, 2,3, SA; SB, 2,3,SE; 124,3, XSE; 22A,3,25C; 32A,3,35A) vor dem Öffnungszeitpunkt des Einspritzventils jo (133) erregt wird und daß der erste Schaltkreis (5ß, 2,

4, SA; SB, 2, SA; \SB, 12ß, XSA; 22A, 25/4; 32ß, 35ß) im Öffnungszeitpunkt zusätzlich zum zweiten Schaltkreis erregt und nach dem vollständigen öffnen des Einspritzventils wieder entregt wird.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule eine einzige Wicklung (2) aufweist, die sowohl durch den ersten (5ß, 2, 4, SA; SB, 2, 5,4,JaIs auch den zweiten (5ß, 2,3, SA; SB, 2, 3, SE) ate auch den dritten (SC, 2, 5D,) Schaltkreis erregt wird.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule zwei Wicklungen (124,12ß; 22,4, 22β,42Λ 42ßjaufweist, von denen die eine (12/4; 22/4; 42B) durch den zweiten Schallkreis (X2A, 3, 15E; 22A, 3, 25C; 3,42ß, 42/4,4SA) und die andere (12ß; 22ß; 42A) durch den dritten Schaltkreis (15C, 12ß, 15D; 22ß, 25ß; 45C, 42,4,45D^erregt wird.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch .so gekennzeichnet, daß die eine Wicklung (22A) durch den ersten Schaltkreis (22Λ, 25/tJerregt wird.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Wicklung (12ß; 424,J durch den ersten Schaltkreis (15ß, 12ß, 15Λ; 45», 42/4,4SA) erregt wird.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule drei Wicklungen (32/4,32ß, 32C) aufweist, von denen die eine (32ö; durch den ersten Schaltkreis (32ß, 35BJ <,o die andere (32/4^durch den zweiten Schaltkreis (32/4, 3, 35A₁J und die dritte (32Q durch den dritten Schaltkreis (32C,35C,;erregt wird.