DE2612914C2 - Vorrichtung zur stromgeregelten Ansteuerung von elektromagnetischen einer Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventilen - Google Patents
Vorrichtung zur stromgeregelten Ansteuerung von elektromagnetischen einer Brennkraftmaschine zugeordneten EinspritzventilenInfo
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Description
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine solche Vorrichtung,
die allgemein zur stromgeregelten Ansteuerung von elektromagnetischen Schaltsystemen bestimmt ist,
ist bekannt aus der US-PS 38 96 346. Die bekannte Vorrichtung umfaßt eine zweigeteilte Endstufe, bestehend
jeweils aus Halbleiterschaltelementen oderTransistören
zu beiden Seiten in Reihe mit der Spule des elektromagnetischen Schaltsystems zur Anschaltung an
eine Stromversorgung oder Batterie. Während der sine Schalttransistor von dem jeweiligen Ansteuerimpuls
unmittelbar durchgeschaltei wird und auch während der Dauer dieses Impulses durchgeschaltet bleibt, erfolgt
die Ansteuerung des anderen Reihenschalttransistors über einen als Treiberstufe wirkenden vorgeschalteten
Transistor, dessen Schaltzustand darüber hinaus bestimmt ist vom Schaltzustand eines den Istwert des
Ventilsteuerstroms abtastenden Zweipunktreglers. Über eine Abtasteinrichtung zur Momentanwerterfassung
des Ventilstroms, die ein in Reihe mit der Erregerwicklung des Ventils liegender und den Ventilstrom
in eine proportionale Spannung umsetzender Meßwiderstand ist, gelangt dieser Istwert des Ventilsteuerstroms
auf den einen Eingang des als Differenzverstärker ausgebildeten Zweipunktreglers. Dem anderen
Eingang des Differenzverstärkers, der über Parallel- und ReihenwidersVände sowie Spannungskonstanthaiter
abgesichert ist, wird der Ansteuerimpuls als Sollwertsignal zugeführt. In üblicher Weise ist der
Auseane mit diesem, den Ansteuerimpuls empfangenden
Eingang über einen Rückführwiderstand verbunden. Damit in der Anklingphase des Ventilstr.oms ein
höherer Sollwert vorgegeben werden kann, läßt sich zu
einem der Reihenwiderstände in dem den Ansteuerimpuls empfangenden Eingang ein Kondensator schalten
unter Bildung eines Zeitgliedes, welches daher dafür sorgt, daß anfänglich ein stark überhöhter Ventilstrom
eingesteuert wird, da über den Kondensator unter Überbrückung des Parallelwiderstands diesem Steuereingang
des Zweipunktreglers ein zunächst schnell ansteigender und dann langsam abfallender Ansteuerimpuls
jeweils zugeführt wird.
Problematisch kann bei dieser, höhere Sollwerte vorgebenden Schaltung der Umstand sein, daß der
jeweils eingesteuerte Sollwert amplitudenabhängig vom Steuerimpuls ist mit der Folge, daß die Umschaltung des
Zweipunktreglers nicht nur vom erfaßten Istwert des Ventilsteuerstroms abhängt, sondern von der Amplitude
des Ansteuerimpulses; ein Umstand, der für Kraftstoffeinspritzanlagen nicht akzeptabel ist, d; die Dauer der
Einspritzimpulse die Menge des zugefünrten Kraftstoffs
festlegt und nicht die Amplitude der Einspritzimpulse, die mit der Bordnetzspannung erheblich schwanken
kann.
Eine weitere Ansteuerschaltung für induktive Lasten, insbesondere zur Stromzuführung zu elektromagnetischen
Kraftstoffeinspritzventilen einer Kraftstoffanlage, ist bekannt aus der US-PS 37 86 344. Die bekannte
Schaltung verfügt über eine anfänglich eingesetzte Spannungsregelschaltung, die in analoger Form eine
mehr oder weniger starke Ansteuerung der Endstufe mit kontinuierlicher Änderung ihrer Durchsteuerung
bewirkt. Hat der durch die Erregerwicklungen fließende Strom dann einen bestimmten Grenzwert überschritten,
geht die Schaltung in eine Stromregelung über zur Einstellung eines vorgegebenen Haltestroms in den
Ventilen. Auch bei dieser Form der Regelung wird analog gearbeitet, wobei die Schaltung eines Zweipunktreglers
entbehrt, der die Endstufe jeweils in ihren voll leitenden oder voll gesperrten Zustand umschaltet.
Ferne·" ist keine Sollwertumschalteinrichtung vorgesehen, die die anfängliche Ansteuerung eines höheren
Ventüstroms in der Anklingphase ermöglicht. Die beiden unterschiedlichen Regelformen machen ferner
zwei unterschiedliche Istwertgeber erforderlich.
In ähnlicher Weise unterteilt die aus der DE-OS 21 32 717 bekannte Ansteuerschaltung für Einspritzventile
die Regelung der Endstufe in eine anfängliche Spannungsregelung und in eine spätere Stromregelung
zur Sicherstellung und Aufrechterhaltung des Ventilhaltestroms.
Bei dieser Schaltung sowie bei der aus der DE-OS 22 15 325 bekannter. Ansteuerschaltung für
Kraftstoffeinspritzventile fließt jeweils zu Beginn eines Einspritzimpulses durch das Einspritzventil ein hoher
Einschaltstrom, der erschließend auf einem niedrigeren Wert (Haltestrom) konstant gehalten wird; der jeweilige
Ventilstrom wird mit Hilfe eines Meßwiderstandes ermittelt.
Schließlich ist aus tier DE-OS 24 40 785 noch bekannt, zur Regelung des Anstiegs des Ventüstroms in der
Anklingphase den am positiven Eingang eines Komparators anstehenden Sollwertspannungsver'aut entlang
einer bestimmten Funktion zu verändern, derart, daß sich ein gewünschtes geregeltes Anstiegsverhalten des
Ventüstroms auch in der Anklingphase ergibt, wobei eine funktionsmäßige Sollwertspannungsveränderung
mit Hilfe einer einen Kondensator enthaltenden Energiespeichervorrichtung erzeugt wird.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur stromgesteuerten Ansteuerung von elektromagnetischen, einer
Brennkraftmaschine zugeordneten Einspritzventilen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
hat demgegenüber den Vorteil, daß die Regelung des Einschaltverhaltens (Anklingphase) sowie
des späteren Schaltverhaltens (Haltephase) des von einem Einspritzimpuls angesteuerten Einspritzventils
ausschließlich durch eine einheitliche Stromregelschaltung, jedoch unabhängig von der Amplitude des
Ansteuerimpulses erfolgt. Dabei wird die den Ventilstrom zu den Erregerwicklungen führende Endstufe
entsprechend der Regelung jeweils voll in ihren leitenden bzw. ihren gesperrten Zustand umgeschaltet,
wobei der zur Umschaltung eingesetzte Zweipunktregler von dem direkten Ansteuerimpuls nicht beeinflußt
Zur anfänglichen Stromerhöhung in der Anklingphase ist dem Zweipunktregler ein Kippglied nachgeschaltet,
welches als .Sollwertumschaltstufe dient und bei zeitgleicher Ansteuerung mit dem Ansteuerimpuls wie
die der Endstufe vorgeschaltete Treiberstufe seine Rückschaltung vom Ausgang des Zweipunktreglers
erfährt.
Die Sollwertumschaltstufe liegt daher in einem Rückführkreis des Zweipunktreglers, an dessen Eingängen
eine Mischung von den Sollwert jeweils beeinflussenden Signalen erfolgt, die sich aus drei unterschiedlichen
Komponenten zusammensetzen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die
Ausbildung der Sollwertumschaltstufe als durch den jeweiligen Einspritzimpuls jeweils gesetzte monostabile
oder bistabile Kippstufe, wobei das Rückkippverhalten sich zur Amplitude des Ansteuerimpulses unabhängig
gestaltet. Vorteilhaft ist ferner die Anordnung einer gesteuerten Freilaufschaltung sowie einer Löschanordnung
parallel zu den Spulenwicklungen der zu steuernden Einspritzventile, wodurch sich kurze Abschaltzeiten
ergeben, da bei Ende des jeweiligen Ansteuerimpulses ein schnelles Abklingen des Ventilstroms
erzielt wird.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert Es zeigt F i g. I ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
stromgeregelten Ansteuerung von Einspritzventilen bei einer Brennkraftmaschine, Fig.2 das Blockschaltbild
der F i g. 1 in detaillierter Darstellung, F i g. 3 anhand eines Impulsdiagramms den Verlauf verschiedener
Ströme und Spannungen über der Zeit, F i g. 4 eine erste
Ausführungsform zur Gestaltung der Anklingphase des begrenzten Ventilstroms über der Zeit für unterschiedliche
Batteriespannungen, Fig.5 eine zweite Ausführungsform
zur Gestaltung der Anklingphase des begrenzten Ventilstroms über der Zeit für verschiedene
Batteriespannungen, Fig.6 eine dritte Ausführungsform der Gestaltung der Anklingphase des begrenzten
Ventilstroms und F ί g. 7 in Form eines Impulsdiagiamms
den Spannungs- und Stromverlauf bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer stromgeregelten
Ansteuerstufe, wobei auch die Anklingphase des Ventilstroms einer Regelung unterworfen ist.
s Die erfindungsgemäße Grundkonzeption läßt sich am besten im Blockschaltbild der F i g. I entnehmen, die eine schaltgeregelte Endstufe zur Ansteuerung von elektromagnetischen Ventilen 1 darstellt. Solche Ventile können, wie weiter vorn schon erwähnt, beliebiger Art
s Die erfindungsgemäße Grundkonzeption läßt sich am besten im Blockschaltbild der F i g. I entnehmen, die eine schaltgeregelte Endstufe zur Ansteuerung von elektromagnetischen Ventilen 1 darstellt. Solche Ventile können, wie weiter vorn schon erwähnt, beliebiger Art
ίο und Aufbau sein, bei oem im folgenden bevorzugten
Ausführungsbeispiel handelt es sich um Kraftstoffeinspritzventile bei einer einer Brennkraftmaschine zugeordneten
Kraftstoffeinspritzanlage. Die Ventile 1 sind elektromagnetisch ausgebildet und lassen sich durch
Zuführung einer Einspritzsteuerimpulsfolge schalten.
Diese Einspritzsteuerimpulsfolge wird der Endstufenschaltung der Fig. 1 extern von einer Kraftstoffeinspritzanlage
zugeführt, auf deren Aufbau im folgenden nicht irf! einzelnen eingegangen ?v werden hraucht. da
sie nicht Gegenstand vorliegender Erfindung ist. Es sei lediglich darauf hingewiesen, daß die Dauer der
einzelnen, eine Impulsfolge bildenden Einspritzsteuerimpulse
im wesentlichen abhängig ist von der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge und ihrer
jeweiligen Drehzahl. Die Folge der Einspritzsteuerimpulse ti wird der Schaltung der Fig. 1 am Punkt P\
zugeführt, wie dort schematisch angedeutet. Die Einsp· Insteuerimpulse ti gelangen zunächst über eint
Treiber- und Logikstufe 2 auf die Endstufenschaltung 3, die beispielsweise von Leistungstransistoren gebildet
sein kann und die bei Ansteuerung die nachgeschalteten Elektromagnetventile 1 an νοίίΐ Batteriespannung legt,
so daß diese, nach Ablauf der Anspruchverzögerungszeit der Ventile, aufgesteuert werden.
Dieser in gerader Richtung wirkenden Steuerschaltung isi unter Bildung eines Rückkopplungsweges ein
bevorzugt mit einer Hysterese behafteter Zweipunktregler 4 im Rückführzweig so zugeordnet, daß bei der
dargestellten Schaltung bevorzugt der rückgeführte
■»o Eingriff des Zweipunktreglers 4 in die Regelstrecke an
der Treiberschaltung 2 erfolgt. Der Zweipunktregler 4 erhält ein Istsignal S/und ein Sollsignal 5^-zugeführt. Das
Istsignal S: gelangt auf den Zweipunktregler 4 über eine Stromwandlerschaltung 5, die den tatsächlich Ventil-
*5 strom Ivabtastet und dem Zweipunktregler 4 ein hierzu
proportionales Istwertsignal 5/ als Spannung zuführt. Solange der tatsächlich fließende Ventilstrom Iv kleiner
als der eingestellte Sollwert ist, greift der Ausgang des Zweipunktreglers 4 nicht in den jeweiligen Schaltzustand
der Treiberschaltung 2 ein, so daß die Endstufe 3 eingeschaltet bleibt, falls zu diesem Zeitpu.,kt ein
Einspritzsteuerbefehl i/an der Treiberstufe 2 anliegt.
Wird der eingestellte Sollwert überschritten, dann ergibt sich ein Eingriff des Reglerausgangs in das
Schaltverhalten der Treiberstufe 2 in der Weise, daß es zu einem Abschalten der Endstufe 3 und somit des in
dieser angeordneten Endtransistors kommt. Der Strom in den Ventilen 1 klingt ab, bis ein durch Hysterese
bewirkter unterer Sollwert am Regler 4 unterschritten wird. Der Regler 4 schaltet dann erneut und gibt über
die Treiberstufe 2 die Endtransistoransteuerung wieder frei, so daß die Ventile 1 wieder an Batteriespannung
gelegt werden und der Ventilstrom wieder anklingt. Auf diese Weise gelingt es, durch die Reglerschaltung 4, die
bevorzugt als Zweipunktregler mit Hysterese ausgebildet ist, den Ventilstrom Iv innerhalb eines bestimmten
Bandes zu begrenzen, wie insbesondere auch der Darstellung der F i g. 3b entnommen werden kann, wo
gezeigt ist, daß der Ventilstrom Iv im stationären Betrieb zwischen der oberen Grenze Λ und der unteren
Grenze h schwenkt, jedoch innerhalb des durch diese Grenzwerte vorgegebenen Bandes verbleibt.
Die Schaltung ist so ausgebildet, daß bei Fehlen eines
Einspritzsteuerimpulses ti der Endtransitor der Endstufe 3 unabhängig von der Stellung des Reglers 4 gesperrt ist.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Paßt sich, abgesehen von dieser Schaltregelung
des Ventilstroms Iv, auch noch der dem Zweipunktregler 4 zugeführte Sollwert Ss in gewünschter
Weise so verändern, daß zumindest für bestimmte Zeitbereiche während der Ansteuerung der Elektromagnetventile
ein anderer Sollwert zugrunde gelegt werden kann. Dadurch läßt sich beispielsweise die
Anklingphase des den Ventilen zugeführten Steuerstroms Iy in gewünschter Weise gestalten. Zu diesem
Zweck ist eine Sollwertverstellschaltung oder eine Schaltung 6 zur Scüwcrturnschaitung vorgesehen, die
über eine Leitung 7 das dem einen Eingang Pj der Regelschaltung 4 zugeführte Sollwertsignal entsprechend
einer gewünschten Funktion verändert. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß über eine
weitere Leitung 8 dem Punkte Pi auch noch weitere Einflußgrößen zugeführt werden können, die eine
gewünschte Sollwertverstellung bewirken. Auf diese Weise gelingt es, den von der Endstufe 3 geführten
Ventilstrom l\ in gewünschter feinfühliger Weise zu steuern und diesem einen gewünschten Funktionsverlauf
über der Zeit zu verleihen.
Die Schaltung 6 zur Sollwertumschaltung ist bevorzugt
als Kippstufe ausgebildet, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die gesamte Schaltung
bevorzugt so ausgelegt ist. daß die Kippstufe 6 zur Sollwertumschaltung das dem Regler 4 zugeführte
Sollwertsignal Ss so beeinflußt, daß der Strom Iv in dem
Ventil oder in den Ventilen bei jedem ankommenden »-Impuls zuerst auf einen festgelegten hohen Wert /1
anklingt. Diese primäre hohe Stromamplitude ist für eine kurze Einschaltverzögerung des Ventils 1 maßgebend.
Nachdem dann das Ventil angesprochen hat, d. h. beim Ausführungsbeispiel geöffnet hat. kann der Strom
auf einen zweiten Wert /2 (s. die Darstellung der F i g. Jb) abgesenkt werden, der jedoch sicher über dem
Haltestrom des Ventils 1 liegt, so daß das Ventil nicht abfällt. Ersichtlich wird daher nach F i g. 1 die Kippstufe
6 zur Sollwertumschaltung so gesteuert, daß ihr über eine Leitung 9 jeweils ebenfalls der Einspritzsteuerimpuls
// zugeführt wird, so daß bei Beginn eines solchen Impulses ein erster vorgegebener Sollwert am Zweipunktregier
4 anliegt. Bevorzugt schaltet dann der Zweipunktregler 4 selbst über eine Steuerleitung 10 die
Kippstufe 6 auf einen zweiten vorgegebenen Sollwert um, wenn die Anklingphase des Ventilsteuerstroms
beendet ist.
Schließlich umfaßt die Schaltung der F i g. 1 noch Schaltungselemente 11 und 12, die den Ventilen 1
zugeordnet sind, jedoch teilweise in ihrem Schaltzustand ebenfalls von den Einspritzsteuerimpulsen ti
bestimmt sind, wozu eine weitere Steuerleitung 13 ω
vorgesehen ist. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Freilaufschaltung, auf deren Aufbau weiter
unten noch eingegangen wird, sowie um ein Löschgüed,
welches jeweils nach Abschalten des Ventilsteuerstroms Iv wirksam wird und einen Strom übernimmt, der auf
eine Spannung zurückzuführen ist, die von dem bei Abschalten zusammenbrechenden Magnetfeld in den
Ventilspulenwicklungen induziert ist Die Feilaufschaltung ist demgegenüber von einer Steuerlogik 11 selektiv
einschaltbar und so ausgebildet, daß sie einen Strom übernimmt, der auf β'·κπ Abschaltvorgang der Endstufe
3 durch den Regler 4 zurückzuführen ist. Hierdurch wird eine niedrige Regelfrequenz und eine geringe Verlustleistung
bewirkt. Jeweils mit dem Ende des Einspritzsteuerimpulses ti wiru dann von der Freilaufschaltung
auf das Löschgüed umgeschaltet.
Mit der Schaltung der Fig. 1 läßt sich somit je nach
Auswahl der einzelnen, soeben erwähnten Bausteine der Verlauf des die elektromagnetischen Ventile 1 steuernden
Stromes über der Zeit in beliebiger Kurvenform gestalten, wobei besonderer Wert auf die Kurvenform
während des Anklingvorgangs gelegt ist.
Ein detailliertes Ausführungsbeispiel als eine der möglichen Realisierungsformen für die Schaltung der
Fig. 1 ist nunmehr in Fig. 2 gezeigt, wobei die wesentlichsten Schaltungsteile in strichpunktierter Umrandung
durch Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in Fig. I zum besseren Verständnis auf diese
bezogen sind.
Im folgenden wird zunächst auf den grundsätzlichen Aufbau der in F i g. 2 im einzelnen gezeigten stromgeregelten
Endstufe zur Ansteuerung von elektromagnetischen Schaltventilen eingegangen, die Wirkungsweise
der einzelnen Schaltungsstufen wird entweder jeweils im Anschluß an die Erläuterung des Aufbaus oder weiter
hinten bei einer Gesamtbetrachtung in Verbindung mit den in den Fig.3 bis 7 gezeigten Funktionsverläufen
erläutert.
Die die Endstufe austeuernde Treiber- und Logikschaltung 2 besteht aus zwei hintereinander geschalteten
und von Transistoren Π und T2 gebildeten Inverterstufen. Der über einen Widerstand R1 dem
ersten Transistor Ti zugeführte Einspritzsteuerimpuls ti wird von diesem und von dem nachgeschalteten
Transistor Γ2 zweimal invertiert und gelangt vom Kollektor des Transistors T2 unmittelbar auf die Basis
des als Darlington-Transistor TZ ausgebildeten Endstufentransistors. Beide Transistoren Π und T2 der
Treiberschaltung 2 liegen mit ihren Emittern unmittelbar an Minusleitung 15, der Kollektor des Transistors
TI ist über einen Widerstand RZ5 mit Plusleitung 16
verbunden. Der Kollektor des Transistors TX liegt über
die Reihenschaltung einer Diode D1 und eines Widerstandes A3 ebenfalls an Plusleitung 16, wobei der
Verbindungspunkt von Diode D1 und Widerstand R 3
über einen weiteren Widerstand R 5 mit der Basis des nachgeschalteten Transistors T2 verbunden ist, die über
einen Widerstand R 6 an Minusleitung 15 liegt. Mit der Basis des Transistors T2 ist schließlich noch über einen
Widerstand R 4 und die Leitung 17 der Ausgang P5 des Zweipunktreglers 4 verbunden. Ein weiterer Widerstand
R 2 verbindet den Kollektor des Transistors TX mit dem Steuereingang der aus den beiden Transistoren
T4 und TS gebildeten Freilaufschaltung 12.
Der Darlington-Transistor TZ der Endstufe 3 ist als Leistungsschalttransistor ausgebildet und liegt mit
seinem Emitter an Minusleitung 15. Im Kollektorkreis des Leistungsschalttransistors TZ befinden sich die
Wicklungen 18 der von diesen zu steuernden elektromagnetischen Ventile 1; die Wicklungen 18 sind parallel
geschaltet und liegen insgesamt in Reihe mit einer den Momentanwert des Ventilstrorns erfassenden Einrichtung,
beispielsweise einem Übertrager oder einem Meßwiderstand R10 an Plusleitung 16. Der Meßwiderstand
R10 dient bei diesem Ausführungsbeispiel als Stromwandlerschaltung 5 und erzeugt an dem Verbin-
dungspunkt mit den Spulenwicklungen 18 einen Spannungsabfall, der dem jeweiligen Ventilstrom Iv
präzise proportional ist. Dieser Spannungsabfall wird über eine Leitung 19 dem nachgeschalteten Zweipunktregler
4 als Istgröße zugeführt.
Parallel zu der Reihenschaltung der Spulenwicklungen 18 und aem Meßwiderstand R10 liegt die aus
Löschglied und Freilaufschaltung gebildete Anordnung. Das Löschglied besteht aus dem Widerstand R 9, der in
Reihe mit einer Diode D 2 an den Verbindungspunkt des Kollektors des Endstufenschalters 73 mit den
Spulenwicklungen 18 geschaltet ist. Die Diode D 2 ist dabei so gepolt, daß sie nur dann leitend wird, wenn an
diesem Verbindungspunkt ein Potential größer als Batteriespannung anliegt, was nur dann der Fall sein
kann, wenn der Transistor 73 sperrt und von den Spulenwicklungen eine entsprechende, umgekehrte,
induzierte Spannung erzeugt wird.
Der Emitter des Transistors 75 der Freilaufschaltung
12 liegt an Plusleitung, der Kollektor dieses Transistors ist, ebenso wie der Emitter des Transistors 74, an den
Verbindungspunkt des Löschwiderstandes R 9 und der Diode D 2 angeschlossen. Da der Kollektor des
Transistors 74 mit der Basis des Transistors 75 verbunden ist, wird dieser immer dann in seinen
leitenden Zustand gesteuert, wenn das über den Widerstand R 2 der Basis des Transistors 74 vom
Kollektor 71 zugeführte Potential so ist, daß der Transistor 74 über den Widerstand /?2 Basisstrom
erhält. Dies ist immer dann der Fall, wenn am Eingang des Transistors 71 der Treiberschaltung 2 ein positiver
Einspritzimpuls ti anliegt. Daher wird während der Dauer eines Einspritzsteuerimpulses ti auf die so
beschaffene Freilaufschaltutig umgeschaltet, denn der dem Transistor 74 nachgeschaltete Transistor 75 wird
von diesem durchgeschaltet und führt das an der Anode der Diode D 2 anliegende, noch über dem Potential der
Piiislcitung ίδ befindliche positive Potential gegen
Plusleitung 16 ab, so daß das Potential an der Diode D 2 jeweils bei gesperrtem Endtransistor 73 auf eine
Spannung von bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr 2 V über der Batteriespannung bzw. der
Spannung der Plusleitung 16 gehalten wird. Nach dem Ende des Einspritzsteuerimpulses //wird der Transistor
71 gesperrt und durch den Widerstand R 2 kann kein Basisstrom mehr für den Transistor 74 fließen. Dies
wird insbesondere auch dadurch verhindert, daß die Steuerspannung am Kollektor des Transistors 71 über
eine entsprechend gepolte Diode D1 auf die Basis des
1 ransistors 72 gelangt; diese Diode D1 verhindert das
weitere Fließen eines Basisstroms für den Transistor 74, wenn der Transistor 71 gesperrt ist. Die die
Freilaufschaltung bildenden Transistoren 74 und 75 bleiben daher dann, wenn infolge der Ventilabschaltspitze
die Anode der Diode D 2 leitend wird, gesperrt und der Ventilstrom fließt über den Löschwiderstand R 9.
Basis und Emitter der Transistoren 74 bzw. 75 der Freilaufschaltung sind zur sicheren Sperrung noch über
einen Widerstand R 8 bzw. R 31 miteinander verbunden.
Es ist weiter vorn schon erwähnt worden, daß durch Eingriff über den Widerstand A4 an der Basis des
Transistors 72 die gesamte, aus den Blöcken 2 und 3 gebildete Schaltung zrr Ansteuerung der Ventile 1 von
dem Zweipunktregler 4 in ihren Sperrzustand, bzw. genauer gesagt in einen den Endtransistor 73
sperrenden Zustand gebracht werden kann, vorausgesetzt, daß überhaupt ein Einspritzimpuls ti vorliegt
Liegt dieser nicht vor, dann ist die Treiberschaltung 2 so a'isgebildet, daß eine Beeinflussung über den Widerstand
R 4 durcN das jeweilige Potential am Ausgang PS des Zweipunktreglers 4 nicht möglich ist.
Der Zweipunktregler 4 besteht vorzugsweise aus einem durch einen Operationsverstärker oder Komparator gebildeten Differenzverstärker B1, auf dessen einen Eingang der mit dem eingestellten Sollwert zu vergleichende Istwert vom Meßwiderstand R 10 gegeben wird. Das Spannungssignal dieses Istwertes liegt am
Der Zweipunktregler 4 besteht vorzugsweise aus einem durch einen Operationsverstärker oder Komparator gebildeten Differenzverstärker B1, auf dessen einen Eingang der mit dem eingestellten Sollwert zu vergleichende Istwert vom Meßwiderstand R 10 gegeben wird. Das Spannungssignal dieses Istwertes liegt am
ίο Punkte P2 und wird wegen seiner Potentiailage nahe
dem Pluspotential, nämlich Batteriespannung Ub bis Ug — 200 mV, zur besseren Auswertbarkeit mit Hilfe einer
Teilerschaltung aus den Widerständen R 19 und R 20 gegen Minusleitung 15 heruntergeteilt und gelangt vom
Verbindungspunkt der beiden Widerstände auf den invertierenden Eingang ( —) des Differenzverstärkers
Bi. Ein in etwa gleich aufgebauter Teiler aus uen
Widerständen R17 und R18 teilt dann das am
Schaltungspunkt P3 anstehende Sollwertsignal, auf dessen Bildi'ng weiter unten noch eingegangen wird,
herunter, welches vom Verbindungspunkt der Widerstände R\y und R18 auf den nicht invertierenden
Eingang (+) gegeben wird. Je nachdem, ob nunmehr das Istwert-Signal positiver oder negativer als das Sollwert-Signal
ist (der Ventilstrom Iv ist kleiner oder größer als der momentane Sollwert), liegt am Ausgang PS des
Reglers 4 Minus- oder Pluspotential. Ist der Ventilstrom Κ größer als der momentane Sollwert, dann ist das
Potential am Punkte Pl und damit am invertierenden Eingang (-) niedriger als am Schaltungspunkt P3 und
am nicht invertierenden Eingang ( + ) des Differenzverstärkers. In diesem Fall liegt der Ausgang PS auf hohem
Potential bzw. Pluspotential und über den Widerstand R 4 gelangt positives Potential auf die Basis des
Transistors 72 in der Treiberschaltung 2, so daß dieser leitend wird und den Endstufentransistor 73 sperrt.
Dadurch kommt es zu einem Abklingen des Ventilstrorns soweii, bis das Potential arn Schaltungspunkt P2
und am Minuseingang des Differenzverstärkers positiver wird als am Schaltungspunkt P3 und am
Pluseingang des Differenzverstärkers; in diesem Fall geht der Reglerausgang PS auf Minuspou.ntial und der
Transistor 72 wird über den Widerstand R 4 nicht mehr leitend gehalten. Der Transistor 72 sperrt daraufhin
und der Transistor 73 wird wieder leitend, so daß der Ventilstrom Iv in den Ventilen wieder anklingt; dies
geschieht während des Vorhandenseins eines Einspritzimpulses ti. Der Darlington-Transistor oder Endstufentransistor
73 steuert dabei im übrigen während des f/-Impulses bis auf Sättigungsspannung durch.
Dies ist die grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltung, und sie erlaubt je nach dem Ausgangspotential
des Reglers 4 eine präzise Führung des durch die Steuerwicklungen der Ventile 1 fließenden Stromes je
nach Wunsch innerhalb eines gegebenen Bandes bzw. je nach Wunsch und je nach Änderung des am
Zweipunktregler 4 anliegenden Sollwertes bis auf einen gewünschten oder noch zulässigen Spitzenwert. Es
versteht sich, daß die Steuerung des Ventilstroms Iv in der beschriebenen Weise generell deshalb möglich ist,
weil das Anklingen und Abklingen des von den Spulenwicklungen der Ventile 1 geführten Stroms sich
aus der Zeitkonstante UR des so gebildeten Kreises bestimmt, & h. mit anderen Worten, der Strom folgt in
seinem Verlauf beim Ein- und Abschalten einer ε-Funktion, so daß, über die Zeit gesehen, Eingriffe wie
bisher beschrieben bei Erreichen von bestimmten unteren und oberen Stromwerten möglich sind.
Die Sollwertspannung für den Punkt PZ bzw. den Pluseingang des Differenzverstärken; B1 wird als über
den Widerstand R 13 abfallende Spannung erzeugt. Bei -em in F i g. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel
können drei verschiedene Einflüsse au? die
Sollwertverstellung eingreifen, es versteht sieh aber, daß im Grunde die Führung des Sollwerts am Punkte PZ,
seine Verstellung und Beeinflussung, auch durch sonstige äußere Maßnahmen, beliebig ist. Der für den
Sollwert maßgebende Spannungsabfall am Widerstand R 13 wird durch Einprägung von Strömen in diesen
erzeugt, wozu bei einer ersten Schaltungsvariante eine Spannungsteilerschaltung vorgesehen ist, die aus der
Reihenschaltung einer Zenerdiode D3, einer in Flußrichtung geschalteten Diode D4 und eines Wider-Standes
RW besteht, die zwischen Plusleitung 16 und Minusleitung 15 geschaltet sind. Durch eine solche
Anordnung erzielt man am Verbindungspunkt der Diode D 4 und des Widerstandes Λ 11 eine näherungsweise
temperatur- und spannungsdriftfreie Spannung; ein mit der Kathode der Diode D 4 verbundener
Widerstand R 12 prägt in den Widerstand R 13 eine Spannung ein, die eine erste Größe des Sollwertes für
den Ventilstrom vorgibt.
Weiter vorn ist mit Bezug auf die Darstellung der F i g. 3b schon darauf hingewiesen worden, daß nach der
Anklingphase des Ventilstroms Iv, auf die weiter unten noch gesondert eingegangen wird, der Ventilstrom
innerhalb eines Bandes gehalten wird, der durch einen unteren Grenzwert h und einen ooeren Grenzwert /3
bestimmt ist. Die bisher erläuterte, sollwerterzeugende Schaltung aus den Elementen DZ, DA, RW und Λ 12
und R13 bestimmt den Sollwert für den unteren
Grenzwert /2 des Ventilstromes. Dieser Sollwert liegt vor, wenn der Ausgang P5 des Zweipunktreglers und
ein weiterer Ausgang P6 einer nachgeschalteten Kippstufe 6 zur Sollwertumschaltung — auch hierauf
wird weiter unten noch eingegangen — hoch liegen. Unterschreitet dann während des Vorliegens eines
Einspritzimpulses // der tatsächlich fließende Ventilstrom Iv den Wert von /2, dann geht entsprechend der
weiter vorn schon erläuterten Wirkungsweise der Ausgang P5 des Differenzverstärkers B1 auf Minuspotential
bzw. auf Nullpotential. Dies wirkt sich auf die Sollwerispannung aus, denn der Reglerausgang P5 ist
über die Reihenschaltung eines Widerstandes R21 und einer für negative Spannungen in Flußrichtung gepolten
Diode Dl mit einem Schaltungspunkt PA verbunden, der über einen Widerstand R 16 mit dem sollwertbestimmenden
Schaltungspunkt PZ verbunden ist. Das Potential am Punkt PZ wird dadurch in Richtung auf
negative Werte verlagert, wobei eine Diode D 6, die mit dem Verbindungspunkt der Dioden DZ und Z?4
verbunden ist, einen solchen Potentialhub begrenzt, und zwar auf einen näherungsweise spannungs- und
temperaturdriftfreien Wert, der der Summe der Spannungen über den Dioden D 3 und D 6, also jetzt
Oca+ Üte, entspricht Über der. Widerstand R 16 prägt
sich dann eine unterschiedliche Sollwertspannung am Widerstand R13 ein. Die so realisierte Differenz der
Sollwertspannungen am Schaltungspunkt P3, jeweils bei den Reglerausgangsspannungen »Pluspotential bzw.
Minuspotential« bestimmt die Hysterebreite des Zweipunktreglers und damit die Schwankungsbandbreite
///=/3—/2des Ventilstroms/v.
Da, wie weiter vorn schon erwähnt, sich die Potentialschwankungen des Reglerausgangs P5 über
die Treiberstufe 2 auf den Schaltzustand des Endtransistors 73 auswirken, klingt bei Überschreiten des
eingestellten Sollwertes der Strom in den Ventilen ab, bis der durch die Hysterese bewirkte untere Sollwert
unterschritten wird. Der Zweipunktregler 4 schaltet dann wieder und gibt über die Treiberstufe 2 die
Ansteuerung des Endtransistors 73 wieder frei, so daß
die Ventile wieder an Batteriespannung gelegt werden und der Ventilstrom wieder anklingt (siehe F i g. 3b).
Bei einer solchen schaltgesteuerten Stromregelung für Magnetventile ist von besonderer Bedeutung das
Anklingverhalten des Ventilstroms, da sich hieraus die Ansprechzeit des Gesamtsystems bestimmt.
Daher wird mit der Startflanke des Einspritzimpulses
ti die weiter vor schon erwähnte Kippstufe 6 für die Soflwertumschaltung über die Leitung 20 gesetzt. Die
gesetzte Kippstufe 6, auf deren Aufbau weiter unten noch im einzelnen eingegangen wird, beeinflußt dann
das den Sollwert bestimmte Potential am Schaltungspunkt P 3 ergänzend als dritter, für den Sollwert
maßgeblichen Einfluß so, daß der Strom in den Ventilen 1 bei jedem Einspritzimpuls zunächst auf einen
festgelegten hohen Wert A anklingt. Dieser hohe Wert
ist, wie schon erwähnt, für eine kurze Einschaltverzögerung des Ventils maßgebend. Nachdem das oder die
Ventile dann einmal angezogen haben, kann der Ventilstrom abgesenkt werden, und zwar bis auf den
schon erwähnten Wert I2, ohne daß das Ventil abfällt.
Dieser niedrige, batteriespannungsabhängige Strom stellt sicher, daß nur wenig Verlustleistung erzeugt wird
und daß eine kurze, batteriespannungsunabhängige Abfallzeit des oder der Ventile realisiert werden kann.
Das Potential am Ausgang P6 der Kippstufe 6 liegt jeweils in der ersten Phase, d. h. zu Beginn des
Einspritzimpulses ti auf negativen Werten oder auf Null (die genaue Erzeugung dieses Potentials wird weiter
unten noch erläutert). Über die Reihenschaltung einer für negative Spannungen in Flußrichtung gepolten
Diode D10, einen Widerstand R15 und einen
Widerstand R14 gelangt der Einfluß des in der
Anklingphase des Ventilstronis negativen Potentials am
Schaltungspunkt P6 auf den Schaltungspunkt PZ, dessen Potential für die Sollwertspannung maßgebend
ist. Durch Zuschalten dieser Anordnung der Elemente DlO, /?15 und Λ 14 wird in den Widerstand /??3 in
gleicher Weise wie weiter vorn mit Bezug auf die Hystereseeigenschaften schon geschildert, eine Spannung
eingeprägt, die für den Sollwert während der ersten Anklingphase des Ventilstroms maßgebend ist
Auch hier ist der Verbindungspunkt der Widerstände Λ14 und Ä15 über eine Diode DS mit dem
Verbindungspunkt der Dioden D Z und D 4 verbunden, so daß eine Begrenzung des Potentialhubs auf die
Summe der Diodenspannungen erzielt wird. Es kommt somit bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu
einer Paralleladdition von drei Einflüssen für den für /1 als oberen Grenzwert der Anklingphase maßgeblichen
Sollwert Allerdings bestimmt sich die Sollwertvorgabe für diesen Strom Λ hauptsächlich aus den Elementen
D10, R15, R 14, D 5.
Das Diagramm der Fig.3 zeigt genauer den
Kurvenverlauf für bestimmte Spannungen und Ströme im Bereich der stromgeregelten Endstufenschaltung,
wie sie bisher beschrieben worden ist
Die Fig.3a zeigt die der erfindungsgemäßen Schaltung extern zugeführte Einspritzimpulsfolge ti, die
F i g. 3c zeigt den Spannungsverlauf am Kollektor des
Endtransistors 73, die Kurve der Fig.3d gibt den
Spannungsverlauf am Ausgang P 6 der Kippstufe 6 an,
während die Kurve 3e den Potentiaiverlauf am Ausgang
PS des Zweipunktreglers 4 zeigt. Diese Kurvenverläufe bestimmen den Verlauf des in Fig.3b gezeigten
Ventilstroms über der Zeit. Unmittelbar bei Eintreffen der Vorderflanke des Einspritzimpulses ti schaltet der
Endtransistor 73 durch und verbindet, bis auf die Sättigungsspannung, die Ventile mit der Batteriespannung Uo. Zur gleichen Zeit ändert sich das Ausgangspotential am Schaltungspunkt P6 der Kippstufe 6
entsprechend dem Kurvenverlauf der Fig.3d auf negative Werte, so daß es zu der gewünschten
Sollwertverschiebung in der Anklingphase kommt Auch der Ausgang PS des Zweipunktreglers 4 befindet
sich zum Beginn des (/-Impulses auf Nullpotential oder
negativem Potential Entsprechend der Kurve Fig.3b
steigt der Strom A-nach einer e-Funktion an und nähert
sich dem Spitzenwert Iu der begrenzt werden solL
Sobald die Sollwertvorgabe für A erreicht ist (Zeitpunkt fiX schaltet der Zweipunktregler entsprechend Fig.3e
um und sperrt den Endtransistor 73, so daß der Ventilstrom Iv entsprechend der für seinen Stromkreis
maßgeblichen Zeitkonstante abzufallen beginnt, bis er
zum Zeitpunkt f2 den unteren Sollwert h erreicht hat.
Der Zweipunktregler schaltet wiederum um, und es ergibt sich nunmehr innerhalb der Bandbreite Ih ein
ständiges, unter der Führung des Zweipunktreglers stehendes Umschalten des Endtransistors, so daß der
Ventilstrom zwischen den beiden Grenzwerten /j und />
schwankt.
Zum Zeitpunkt fj endet der rAlmpuls und die
Treiberstufe 2 schaltet den Endtransistor 73 endgültig ab, wodurch der Ventilstrom Iv auf seinen Nullwert
abfällt. Der Ausgang PS des Zweipunktreglers fällt endgültig auf negatives Potential, da der Ventilstrom h
auch den unteren Grenzwert h unterschreitet Ära
Kollektor des Endtransistors 73 ergibt sich entsprechend F i g. 3c eine auf das Zusammenbrechen der von
den Spulenwicklungen errichteten Magnetfelder zurückzuführende Spannungsüberhöhung, die mit Px
bezeichnet ist. Diese Spannungsüberhöhung wird von der Diode D 2 über das Löschglied R9 aufgefangen und
auf unschädlichen Werten gehalten.
Im folgenden wird nunmehr zunächst der schaltungsmäßige Aufbau der bistabilen Kippstufe 6 zur
Sollwertumschaltung für die Anklingphase des Ventilstroms Iv genauer erläutert. Die Kippstufe 6 besteht aus
einem Operations- bzw. Komparatorsystem und umfaßt einen Differenzverstärker B 2. Der invertierende
Eingang ( —) des Differenzverstärkers B 2 liegt auf einem festen mittleren Konstantpotential, vorgegeben
durch den Verbindungspunkt der zwischen Plusleitung und Minusleitung eine Spannungsteiierschaltung bildenden Widerstände /?27 und R 28. Vorzugsweise kann
dieses Festpotential auf die Hälfte der Batteriespannung, also auf tV2, eingestellt werden. Eine stabile
Schaltstellung für den Operationsverstärker B 2 ergibt sich dadurch, daß vom Ausgang P6 auf den nicht
invertierenden Eingang ( + ) über einen Widerstand R 29 eine Mitkopplung gebildet ist. dabei liegt dieser
Eingang gleichzeitig am Verbindungspunkt einer zwischen Plusleitung und Minusleitung gelegten Spannungsteilerschaltung der Widerstände R 24 und R 25,
die so eingestellt ist, daß sich eine deutliche Mitkopplung ergibt, wobei die Spannung am Eingang ( + )
deutlich über der Spannung am Eingang ( —) liegt, so daß dieser Zustand stabil aufrecht erhalten werden
kann. Durch kurzzeitiges Verziehen der Eingangspotentiale Spannung am Eingang (+) unter die Spannung am
Eingang (—), läßt sich die Kippstufe 6 so beeinflussen, daß das Ausgangspotential am Ausgang P 6 auf
Minusspannung schaltet In entsprechender Weise läßt sich die Ausgangsspannung auf Pluspotential bringen.
Der über die Leitung 20 über einen Kondensator C2 und eine in Flußrichtung gepolte Diode D 9 auf den
invertierenden Eingang des Operationsverstärkers B 2 gelangende Einspriteimpuls r/wird über den Kondensator C2 und den gegen Masse geschalteten Widerstand
R 26 differenziert und der positive Nadelimpuls zieht über die Diode D 9 kurzzeitig das Potential am
invertierenden Eingang auf positive Werte, so daß die Kippstufe in dieser Phase mit ihrem Ausgangspotential
auf negative Werte kippt Der Eingriff auf die
Sollwertverstellung erfolgt dann über die Diode D10.
wie schon erläutert
Sobald dann andererseits der Ventilstrom Λ den
erhöhten Sollwert A erreicht hat. geht, wie schon erläutert, der Ausgang PS des Reglers 4 auf
Pluspotentia1 und über die Reihenschaltung der Diode
DS und den Widerstand R23 wird die Spannung am nicht invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers B 2 so weit erhöht, daß die Kippstufe 6 in ihren
Ausgangszustand mit positivem Ausgangspotential
zurückkippt. Die Sollwerterhöhung über die Diode DlO
wird dann wirkungslos.
Die in den F i g. 4 bis 6 noch gezeigten, lediglich die
Anklingphase des Ventilstroms Iv über der Zeit angebenden Kurvenverläufe zeigen verschiedene Ge-
* staltungsmögiichkeiten für die für den Stromwert h
maßgebliche Sollwertführung und Sollwertumschaltung.
unterschiedliche Spannungsverhältnisse entnehmen.
Die hauptsächlich durch die Schaltungselemente D 10. R 14, R 15 bestimmte Sollwertvorgabe für den Strom A
in der Anklingphase ist im oberen Batteriespannungsbereich konstant, was bedeutet, daß in diesem Bereich
unabhängig von der Batteriespannung Uo auf diesen
Ventilstrom A begrenzt wird. Es sind drei verschiedene
Kurvenverläufe der Anklingphase des Ventilstroms dargestellt, und zwar bei einer Batteriespnnnung bzw.
Versorgungsspannung des Systems von LO= 16 V,
Uo-12 V und LO = 8 V. Bei niedriger Batteriespannung
+5 wird, wie die F i g. 4 zeigt, der Anstieg des Stroms in der
Anklingphase über der Zeit immer flacher, da sich der
Endwert bei gleicher Zeitkonstante, die durch die materiellen, sich nicht ändernden Daten des Stromkreises bestimmt ist. abgesenkt wird. Ab einem bestimmten
unteren Spannungswert zieht daher das Ventil bereits
an, bevor noch der begrenzte Maximalstrom A erreichi
ist In Fig.4 zeigt die dick durchgezogene Linie die
ßigerweise so gewählt, daß entsprechend den verweil
deten Ventilen auf einen Stromwert A begrenzt wird der bei normaler Batteriespannung, beispielsweise
U0= 14 V, gerade im Moment des Anziehens des Ventil;
erreicht ist. Bei größeren Batteriespannungen wird dam
ebenfalls auf diesen konstanten Wert begrenzt währenc
bei kleineren Batteriespannungen, bezogen auf diese al: normal vorausgesetzte Batteriespannung, derart au
kleinere Ströme begrenzt wird, daß die Begrenztin;
immer erst bei einem Stromwert eintritt, der nach den
Anziehen des Ventils erreicht wird, so daß man aticl
hier die kürzest mögliche Anzugszeit /., erreicht. In de
Fig;.4 sind auf der Abszisse die drei, den angeführtei
Batteriespannungswerten entsprechenden Anzugs/ei
ten taibv, fciuv, tasv angegeben.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die Schaltung so auszuführen, daß der
Ventilstrom Iv bei allen möglichen Betriebsspannungen t/o stets erst nach dem Anziehen des Ventils oder der
Ventile begrenzt wird. Zu diesem Zweck wird, wie die
F i g. 2 gestrichelt zeigt in Reihe mit der Diodenstrecke D 5 noch ein Widerstand Rx geschaltet. In diesem Fall
addiert sich zu den beiden, über den Anoden £>3 und
D 5 abfallenden Spannungen noch die über den to Widerstand Rx abfallende Spannung, so daß die
Begrenzung des Potentialhubs bei Sollwertumschaltung durch die Kippstufe 6 geringer wird. Dadurch wird, wie
ersichtlich, ein größerer begrenzter Strom h als
Maximalwert für die Anklingphase zugelassen, so daß is auch im oberen Batteriespannungsbereich, da hier nicht
auf einen für alle oberen Batteriespannungswerte konstanten Maximalwert /ι begrenzt wird, die kürzest
möglichen Anzugszeiten realisierbar sind. Drei Kurvenverläufe für die Anklingphase des Ventilstroms für drei
verschiedene Batteriespannungen sind für dieses Ausführungsbeispiel in F i g. 5 dargestellt
Eine weitere mögliche Schaltungsvariante kann schließlich noch so ausgebildet werden, daß die
Sollwertvorgabe, d. h. die Spannung am Punkte P3 der Schaltung der Fig.2 und damit die Begrenzung des
Ventilstroms in der Anklingphase als kontinuierliche Funktion in Abhängigkeit zur Zeit verändert wird,
wodurch es möglich ist, den Zweipunktregler 4 so zu beeinflussen, daß die Anklingphase des Ventilstroms
entlang einer Kurve geregelt wird, die etwa dem normalen Anklingverhalten bei der niedrigsten, normalerweise
vorkommenden Betriebsspannung entspricht. Zy diesem Zweck realisiert man, wie schon
erwähnt, die Vorgabe des Sollwerts als Funktion der Zeit, und zwar in Form einer begrenzten e-Funktion. Ein
solcher Kurvenverlauf ist in Fig.6 dargestellt, in
welcher auch die hypothetischen Anstiegskurven des Ventilstroms strichpunktiert eingetragen sind, die sich
ergeben würden, wenn der Ventilstrom nicht begrenzt wird. Diese beiden Kurvenverläufe sind in F i g. 6 als lv\
und Ivi gekennzeichnet. Der für sämtliche Batteriespannungswerte
maßgebende Kurvenverlauf ist als Kurve Λ über der Zeit dick durchgezogen gekennzeichnet und
ergibt für sämtliche Batteriespannungen eine einheitliche Anzugszeit Dies kann durchaus erwünscht sein, da
sich auf diese Weise die Möglichkeit ergibt mit einer batteriespannungsunabhängigen Anzugszeit zu rechnen
und entsprechende Maßnahmen für eine Kompensation zu treffen, falls erforderlich. Die Kurve der Fig. 7a zeigt
wiederum die Einspritzimpulsfolge ti, die Kurve der Fi g. 7b den Verlauf des Ventilstroms, der hier schon in
seiner Anklingphase geregelt ist da der Zweipunktregler 4 infolge des ihm zugeführten, sich kontinuierlich
ändernden Sollwerts regelnd in den Betrieb der Endstufe 3 schon in der Anklingphase eingreift Die
Fig.7c zeigt die Freilaufschaltung 12, die hier unbedingt zum Zeitpunkt fo eingeschaltet sein muß.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß nicht
nur die Abfallzeit des Ventils, sondern auch die Anzugszeit spannungsunabhängig ist und daher zur
Kompensation der Ventilverzugszeiten keine spnst übliche Spannungskorrektur vorgenommen werden
muß, sondern lediglich eine spannungsdriftfreie Zusatzzeit oder Additivzeit hinzugenommen werden muß,
jedoch nur dann, wenn die Anzugszeit ta nicht gleich der
Abfallzeit ist Wählt man das Löschglied in geeigneter Weise, dann kann man erreichen, daß die Anzugszeit /*
gleich ist der Abfallzeit fa&=const, so daß dann weder
Spannungskorrektur noch die Hinzufügung einer konstanten Additivzeit notwendig ist
Das Löschglied ist erforderlich, da die Elektromagnetventile 1 wegen der endlichen Spannungsfestigkeit
des Endtransistors T3 nicht ungelöscht geschaltet werden können. Die Freilaufschaltung ist während der
Dauer des Einspritzimpulses ti eingeschaltet und bewirkt eine niedrige Regelfrequenz und Verlustleistung,
da das Abklingen des Stromes entsprechend dem niederohmigen Freilaufweg mit einer großen Zeitkonstante
fa*= — geschieht
R Freitauf
Der Meßwiderstand R10 zur Bestimmung eines ventilstromproportionalen Istwertsignals ist beim Ausführungsbeispiel
der F i g. 2 auf der Seite der Plusleitung 16 angeordnet und erfaßt daher auch den Ventilstrom in
der Freilauf- und Löschphase, wenn der Endtransistor 7"3 ausgeschaltet ist; er weist daher kein der
Auswertung hinderliches Gleichtaktsignal auf.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (16)
1. Vorrichtung zur stromgeregelten Ansteuerung von elektromagnetischen, einer Brennkraftmaschine
zugeordneten Einspritzventilen, denen von einer Kraftstoffeinspritzanlage Einspritzsteuerimpulse zugeführt
sind, deren Dauer im wesentlichen von der zugeführten Luftmenge und der jeweiligen Drehzahl
der Brennkraftmaschine bestimmt ist, mit einer in ι ο Reihe mit den Spulenwicklungen der Einspritzventile
liegenden Endstufe und einer nach Art eines Zweipunktreglers arbeitenden, den Schaltzustand
der Endstufe derart bestimmenden Umschalteinrichtung, daß die Endstufe jeweils in einen voll leitenden is
und in einen voll gesperrten Zustand umgeschaltet wird, ferner mit Mitteln zur Erfassung des Istwerts
des durch die Spulenwicklungen fließenden Stromes und zur Rückführung auf die Umschalteinrichtung
sowie rei» Mitteln, die die Umschalteinrichtung zu
Beginn jedes Einspritzsteuerimpulses derart beeinflußt,
daß anfänglich ein überhöhter Strom durch die Spulenwicklungen fließt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Endstufe (3) eine von den Einspritzsteuerimpulsen (ti) angesteuerte Treiberstufe
(2) vorgeschaltet ist, daß der Ausgang der als Zweipunktregler (4) ausgebifdeten Umschalteinrichtung
sowohl auf die Treiberstufe zurückgeführt ist als auch mit dem Eingang einer nachgeschalteten,
die anfängliche Stromerhöhung bewirkenden, in ihrem Umrchaltverhalten von der Amplitude der
Einspritzsteuerimpulse unabhängigen Kippstufe als SollwertKmschaltstuie (6) verbunden ist, der die
Einspritzsteuerimpulsc (ti) zeitgieich mit der Treiberstufe
zugeführt sind, und -_aß der Ausgang der Sollwertumschaltstufe mit dem Eingang des Zweipunktreglers
(4) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufe (2) aus zwei
hintereinander geschalteten Verstärkerstufen (Tu Ti) gebildet ist und daß der Ausgang (PS) des
Zweipunktreglers (4) mit dem Eingang der zweiten Stufe (T2) der Treiberstufe (2) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Spulenwicklungen
(18) der zu steuernden Einspritzventile (1) eine gesteuerte Freilaufschaltung und eine Löschanordnung
geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschanordnung aus einer bei
auftretenden Überspannungen in Flußrichtung gepolten Diode (D 2) und einem Widerstand (Λ9)
besteht und daß die Freilaufschaltung (12) so mit dem Ausgang der ersten Stufe (T\) der Treiberstufe
(2) verbunden ist, daß sie jeweils bei Vorhandensein eines Einspritzsteuerimpulses (^eingeschaltet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufschaltung aus mindestens
einem mit seiner Kollektor-Emitterstrecke parallel zu den Erregerwicklungen (1) angeordneten Halbleiterschaltelement
(Transistor Ti, T$, Thyristor) besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung
des Istwerts des durch die Spulenwickelungen (18) fließenden Stromes (Iv) ein in Reihe mit den
Spulenwicklungen (18) der Einspritzventile (1) und vorzugsweise auf der Plusseite der Schaltung
angeordneter, den Strom durch die Spulenwicklungen (18) in eine proportionale Spannung umsetzender
Meßwiderstand (RiO) ist, der, vorzugsweise über eine Spannungsteilerschaltung (R 19, R 20) mit
einem Eingang des als Differenzverstärker (Bi) ausgebildeten Zweipunktreglers (4) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem anderen Eingang, vorzugsweise
dem nicht invertierenden Eingang (+) ,jSes Differenzverstärkers
(Bl) das Sollwertsignal (Ss) zugeführt ist
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des jeweiligen Sollwerts
mindestens drei verschiedene Schaltungsteile vorgesehen sind, deren Einflüsse additiv an einem
Schaltungspunkt (P3) die momentane Sollwertspannung bilden, die über einen Spannungsteiler (R 17,
RM) dem zweiten Eingang des Differenzverstärkers (B 1) zugeführt ist
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß eine erste, einen Sollwertanteil
erzeugende Schaltung aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode (D 3), einer Diode (D 4) und einem
Widerstand (RW) über Plus- und Minusleitung (16, 15) besteht, wobei der Verbindungspunkt von Diode
(D4) mit dem Widerstand (RW) über einen
weiteren Wioferstand (R 12) an einen Widerstand (R 13) angeschlossen ist, der den Schaltungspunkt
(P3) für die Sollwertvorgabe bildet und eine eingeprägte Spannung führt.
10. Vorrichtung nach Anpsruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang (P5) des
Differenzverstärkers (B 1) eine vorzugsweise aus der Reihenschaltung eines Widerstandes (R2i) mit
einer Diode (D 7) gebildete Rückführschaltung vorgesehen ist, die über einen Widerstand (R 16) zur
Erzeugung eineo Hystereseschaltverhaltens des Zweipunktreglers mit dem Schaltungspunkt (P3) für
die Sollwertvorgabe verbunden ist und daß der Verbindungspunkt der Diode (D 7) im Rückführkreis
des Differenzverstärkers (Sl)-mit dem Widerstand (R 16) zur Begrenzung des bei Umschaltung des
Zweipunktreglers durchgeführten Potentialhubs über eine in Flußrichtung gepolte Diode (D 6) mit
dem Verbindungspunkt der Zenerdiode (D 3) und der hiermit in Reihe geschalteten Diode (D 4)
verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sollwertumschaltung in der Anklingphase des Stromes (Iv)
durch die Spulenwicklungen (18) eine bistabile oder monostabile Kippstufe (6) vorgesehen ist. die von
der Vorderflanke jedes Einspritzsteuerimpulses (ti) gesetzt ist und daß der Ausgang (P6) der Kippstufe
über eine weitere Rückführschaltung zur ergänzenden Veränderung der Sollwertspannung, vorzugsweise über eine in Flußrichtung gepolte Diode
(D 10) und die Reihenschaltung zweier Widerstände (R 14, R 15), mit dem Schaltungspunkt (P3) verbunden
ist, an welchem der Sollwert gebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten und vom Ausgang der Kippstufe
(6) herrührenden Widerstände (R 14, R 15) ebenfalls über eine in Flußrichtung gepolte Diode mit dem
Verbindungspunkt der Zenerdiode (D3) und der nachgeschalteten Diode (D4) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Regelung des Stromanstiegs in den Spulenwicklungen (18) in der
Anklingphase der Sollwertspannungsverlauf entlang einer e-Funktion veränderbar ist, derart, daß sich ein
gewünschtes geregeltes Anstiegsverhalten des Stromes durch die Spulenwicklungen (18) auch in der
Anklingphase ergibt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionsmäßige Soiiwertspannungsveränderung
in der Anklingphase des Stromes durch die Spulenwicklungen (18) erzeugt wird mit Hilfe eines der Kippstufe (6) der
sollwerterzeugenden Schaltung zugeordneten Energiespeichers (Kondensator, Spule).
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
die Sollwertumschaltstufe (6) bildende Kippstufe aus einem an seinen beiden Eingängen über Spannungsteilerschaltungen
(R24, R25, R29; /?27, R28) mit
Konstantspannungen versorgten Operationsverstärker (B 2) gebildet ist, dem über die Reihenschaltung
eines aus Kondensator (C2) und Widerstand (R 16) gegen Masse gebildeten RC-Glieds und einer
Diode (D9) der aus der Vorderflanke des Einspritzsteuerimpulses
(ti) gebildete Umschaltimpuls zügeführt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei bistabiler Ausbildung der
Kippstufe (6) dessen anderer Eingang derart mit
dem Ausgang (P5) des Zweipunktreglers (4) verbunden ist, daß die Kippstufe beim ersten
Umschalten (Zeitpunkt ti) des Zweipunktreglers in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
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