DE2706436C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs und ist ein Zusatz zum deutschen Patent 26 12 914 (Hauptpatent). Der Gegenstand dieses nicht vorveröffentlichten Hauptpatents ordnet den Ansteuermitteln für die in Reihe mit den Ventilwicklungen liegenden Endstufe einen Zweipunktregler zu, wodurch der Schaltzustand der Endstufe jeweils zwischen einem voll leitenden und einem voll gesperrten Zustand umgeschaltet wird, in Abhängigkeit zu dem erfaßten Istwert des durch die Spulenwicklungen fließenden Stroms. Dabei ist eine in ihrem Umschaltverhalten von der Amplitude der Einspritzsteuerimpulse unabhängige Kippstufe in Form einer Sollwertumschaltstufe für den Zweipunktregler vorgesehen, so daß eine anfängliche Stromerhöhung, über den Zweipunktregler gesteuert, möglich ist. Der Sollwertumschaltstufe werden die Einspritzsteuerimpulse für die Einspritzventile zeitgleich mit der Treiberstufe zugeführt, die die Endstufe ansteuert. Parallel zu den Spulenwicklungen ist eine Freilaufschaltung sowie eine Löschgliedanordnung geschaltet.

Vorrichtungen zur stromgeregelten Ansteuerung von elektromagnetischen Schaltsystemen sind allgemein bekannt (US-PS 38 96 346; US-PS 37 86 344; DE-OS'en 21 32 717, 22 15 325 und 24 40 785). Die erstgenannte bekannte Vorrichtung (US-PS 38 96 346) umfaßt eine zweigeteilte Endstufe, bestehend jeweils aus Halbleiterschaltelementen oder Transistoren zu beiden Seiten in Reihe mit der Spule des elektromagnetischen Schaltsystems zur Anschaltung an eine Stromversorgung oder Batterie. Während der eine Schalttransistor von dem jeweiligen Ansteuerimpuls unmittelbar durchgeschaltet 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 Reihenwiderstände sowie Spannungskonstanthalter abgesichert ist, wird der Ansteuerimpuls als Sollwertsignal zugeführt. In üblicher Weise ist der Ausgang mit diesem, den Ansteuerimpuls empfangenden Eingang über einen Rückführwiderstand verbunden. Damit in der Anklingphase des Ventilstroms ein höherer Sollwert vorgegeben werden kann, läßt sich zu einem der Reihenwiderstände in dem den Ansteuerimpuls empfangenen 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, da die Dauer der Einspritzimpulse die Menge des zugeführten 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 (US-PS 37 86 344), 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 keinen Zweipunktregler aufweist, der die Endstufe jeweils in ihren voll leitenden oder voll gesperrten Zustand umschaltet. Ferner ist keine Sollwertumschalteinrichtung vorgesehen, die die anfängliche Ansteuerung eines höheren Ventilstroms 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 bekannten Ansteuerschaltung für Kraftstoffeinspritzventile fließt jeweils zu Beginn eines Einspritzimpulses durch das Einspritzventil ein hoher Einschaltstrom, der anschließend auf einem niedrigeren Wert (Haltestrom) konstant gehalten wird: der jeweilige Ventilstrom wird mit Hilfe eines Meßwiderstandes ermittelt.

Schließlich ist aus der DE-OS 24 40 785 noch bekannt, zur Regelung des Anstiegs des Ventilstroms in der Anklingphase den am positiven Eingang eines Komparators anstehenden Sollwertspannungsverlauf entlang einer bestimmten Funktion zu verändern, derart, daß sich ein gewünschtes geregeltes Anstiegsverhalten des Ventilstroms auch in der Anklingphase ergibt, wobei eine funktionsmäßige Sollwertspannungsveränderung mit Hilfe einer einen Kondensator enthaltenden Energiespeichervorrichtung erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zur stromgeregelten Ansteuerung nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß die Endstufe vom hohen Wert des Anklingstroms nach dem ersten Abschalten schnell den Haltestrom erreicht bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieinhalts der beteiligten elektromagnetischen Schaltsysteme und einer entsprechenden Begrenzung der jeweiligen Impulsbelastung.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und hat den Vorteil, daß mit einem sehr hohen Anklingstrom gearbeitet werden kann, der nach dem Ansprechen des Ventils auf den erforderlichen Haltestrom abgesenkt wird, wobei durch eine Freilaufsteuerung ein gelöschtes Abschalten des Anklingstroms auf den Haltestrom über eine Löschgliedanordnung bei gesperrtem Freilauf möglich ist, so daß eine genaue Durchsteuerbarkeit der Endstufe bis zu verhältnismäßig kleinen Einspritzsteuerimpulsen, also Impulsen kurzer Dauer, möglich ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung bzw. der Vorrichtung entsprechend dem Hauptpatent möglich. So können die durch die Vorrichtung angesteuerten Ventile einseitig an die Versorgungsspannung angeschlossen werden, während der das Schaltverhalten der Endstufe steuernde Regler ein Istwertsignal zugeführt erhält, welches nahe dem Massepotenial liegt und daher leicht ausgewertet werden kann.

Weiterhin erzielt man durch eine vorteilhafte Ausbildung und Anordnung der Löschgliedfunktion eine deutliche Verringerung der Impulsleistungsspitze beim Löschbetrieb, ohne daß die Regelfunktion in der Freilaufphase beeinträchtigt wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 als Funktionsschema ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform der Ansteuerschaltung für elektromagnetische Ventile, Fig. 2 ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Ansteuerschaltung, die Fig. 3a bis 3h verschiedene Impulsdiagramme von Verläufen von Spannungen und Strömen an bestimmten Schaltungspunkten der stromgeregelten Endstufenschaltung der Fig. 2, Fig. 4 den linearen Verlauf der die abgegebene Kraftstoffmenge über der Dauer des Einspritzimpulses ti angebenden Kennlinie, die Fig. 5a bis 5f zeigt anhand von Kurvenverläufen die Wirkung einer speziellen Löschgliedbeschaltung, die Fig. 6a bis 6d zeigt in Form eines Impulsdiagramms den Potentialverlauf an den Eingängen des für die Ansteuerung der Endstufe verwendeten Zweipunktreglers und die Fig. 7 zeigt in Form eines Kurvenverlaufs die Sollwertkennlinie des Anklingstroms als Funktion der Versorgungsspannung (Batteriespannung).

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

Die Erfindung ist ein Zusatz zum Hauptpatent 26 12 914, welches ebenfalls eine Ansteuerschaltung für Elektromagnetventile betrifft und verbessert diese Schaltung in mehrerer Hinsicht. Zum besseren Verständnis wird daher auch auf den Inhalt des Hauptpatents verwiesen.

Die Grundkonzeption läßt sich am besten dem Blockschaltbild der Fig. 1 entnehmen, die eine schaltgeregelte Endstufe zur Ansteuerung von elektromagnetischen Ventilen 36 darstellt. Solche Ventile können, wie weiter vorn schon erwähnt, beliebiger Art und Aufbau sein, bei dem im folgenden bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Kraftstoffeinspritzventile bei einer Brennkraftmaschine zugeordneten Kraftstoffeinspritzanlage. Die Ventile 36 sind elektromagnetisch ausgebildet und lassen sich durch Zuführung einer Einspritzsteuerimpulsfolge schalten.

Diese Einspritzsteuerimpulsfolge wird der Endstufenschal­ tung der Fig. 1 extern von einer Kraftstoffeinspritzanlage zugeführt, auf deren Aufbau im folgenden nicht im einzelnen eingegangen wird, 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 Einspritzsteuerimpulse ti gelangen zunächst über eine Treiber- und Logikstufe 9 auf die Endstufenschaltung 38, die beispielsweise von Leistungstransistoren gebildet sein kann und die bei Ansteuerung die nachgeschalteten Elektromagnetventile 36 an volle Batteriespannung legt, so daß diese, nach Ablauf der Ansprechverzögerungszeit der Ventile, aufgesteuert werden.

Dieser in gerader Richtung wirkenden Steuerschaltung ist unter Bildung eines Rückkopplungsweges ein bevorzugt mit einer Hysterese behafteter Zweipunktregler 35 im Rückführzweig so zugeordnet, daß bei der dargestellten Schaltung bevorzugt der rückgeführte Eingriff des Zweipunktreglers 35 in die Regelstrecke an der Treiberschaltung 39 oder über eine Sperrstufe (Transistor T 12) auf den Eingang eines Endstufentransistors T 11 erfolgt. Der Zweipunktregler 35 erhält ein Istsignal S _I und ein Sollsignal S _S zugeführt. Das Istsignal S _I gelangt auf den Zweipunktregler 35 über eine Stromwandlerschaltung 37, die den tatsächlichen Ventilstrom I _V abtastet und dem Zweipunktregler 35 ein hierzu proportionales Istwertsignal S _I als Spannung zuführt. Solange der tatsächlich fließende Ventilstrom I _V kleiner als der eingestellte Sollwert ist, greift der Ausgang des Zweipunktreglers nicht in den jeweiligen Schaltzustand der Treiberschaltung 39 ein, so daß die Endstufe 3 eingeschaltet bleibt, falls zu diesem Zeitpunkt ein Einspritzsteuerbefehl ti an der Treiberstufe 39 anliegt.

Wird der eingestellte Sollwert überschritten, dann ergibt sich ein Eingriff des Reglerausgangs in das Schaltverhalten der Treiberstufe 39 in der Weise, daß es zu einem Abschalten der Endstufe 37 und somit des in dieser angeordneten Endstufentransistors T 11 kommt. Der Strom in den Ventilen 36 klingt ab, bis ein durch Hysterse bewirkter unterer Sollwert am Regler 35 unterschritten wird. Der Regler 35 schaltet dann erneut und gibt über die Treiberstufe 39 die Endtransistoransteuerung wieder frei, so daß die Ventile 36 wieder an Batteriespannung gelegt werden und der Ventilstrom wieder anklingt. Auf diese Weise gelingt es, durch den Zweipunktregler 35 mit Hysterese den Ventilstrom I _V innerhalb eines bestimmten Bandes zu begrenzen, wie insbesondere auch der Darstellung der Fig. 3b entnommen werden kann, wo gezeigt ist, daß der Ventilstrom I _V im stationären Betrieb zwischen der oberen Grenze I₃ und der unteren Grenze I₂ schwankt, jedoch innerhalb des durch diese Grenzwerte vorgegebenen Bandes verbleibt.

Die Schaltung ist so ausgebildet, daß bei Fehlen eines Einspritzsteuerimpulses ti der Endtransistor der Endstufe 37 unabhängig von der Stellung des Reglers 35 gesperrt ist.

Dabei läßt sich, abgesehen von dieser Schaltregelung des Ventilstroms I _V , auch noch der dem Zweipunktregler 35 zugeführte Sollwert S _S in gewünschter Weise so verändern, daß zumindest für bestimmte Zeitbereiche während der Ansteuerung der Elektromagnetventile ein anderer Sollwert zugrundegelegt wird. Dadurch läßt sich beispielsweise die Anklingphase des den Ventilen zugeführten Steuerstroms I _V in gewünschter Weise gestalten. Zu diesem Zweck ist eine Sollwertverstellschaltung oder eine Schaltung 34 zur Sollwertumschaltung vorgesehen, die das dem einen Eingang des Reglers 35 zugeführte Sollwertsignal entsprechend einer gewünschten Funktion verändert. Dabei können auch noch weitere Einflußgrößen zugeführt werden, die eine gewünschte Sollwertverstellung bewirken. Auf diese Weise gelingt es, den von der Endstufe 37 geführten Ventilstrom I _V in gewünschter feinfühliger Weise zu steuern und diesem einen gewünschten Funktionsverlauf über der Zeit zu verleihen.

Die Schaltung 34 zur Sollwertumschaltung ist bevorzugt als Kippstufe ausgebildet, wobei diese Kippstufe zur Sollwertumschaltung das dem Regler 35 zugeführte Sollwertsignal S _S so beeinflußt, daß der Strom I _V in dem Ventil oder in den Ventilen bei jedem ankommenden ti-Impuls zuerst auf einen festgelegten hohen Wert I₁ anklingt. Diese primäre hohe Stromamplitude ist für eine kurze Einschaltverzögerung des Ventils 36 maßgebend. Nachdem dann das Ventil angesprochen hat, d. h. beim Ausführungsbeispiel geöffnet hat, kann der Strom auf einen zweiten Wert I₂ (s. die Darstellung der Fig. 3b) abgesenkt werden, der jedoch sicher über dem Haltestrom des Ventils 36 liegt, so daß das Ventil nicht abfällt. Ersichtlich wird daher nach Fig. 1 die Sollwertumschaltstufe 34 so angesteuert, daß ihr jeweils ebenfalls der Einspritzsteuerimpuls ti zugeführt wird, so daß bei Beginn eines solchen Impulses ein erster vorgegebener Sollwert am Zweipunktregler 35 anliegt. Bevorzugt schaltet dann der Zweipunktregler 35 selbst die als Kippstufe ausgebildete Sollwertumschaltstufe 34 auf einen zweiten vorgegebenen Sollwert um, wenn die Anklingphase des Ventilsteuerstroms beendet ist.

Schließlich umfaßt die Schaltung der Fig. 1 noch Schaltungselemente 32 und 31, die den Ventilen 36 bzw. der Endstufe zugeordnet sind. Es handelt sich hierbei um eine sogenannte Freilaufschaltung, auf deren Aufbau weiter unten noch ein­ gegangen wird, sowie um eine Löschgliedanordnung, welche jeweils nach Abschalten des Ventilsteuerstroms I _V 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 Freilaufschaltung ist demgegenüber von einer Ansteuerschaltung 32 selektiv einschaltbar und so ausgebildet, daß sie einen Strom übernimmt, der auf einen Abschaltvorgang der Endstufe 37 durch den Regler 35 zurückzuführen ist. Hierdurch wird eine niedrige Regelfrequenz und eine geringe Verlustleistung bewirkt. Jeweils mit dem Ende des Einspritzsteuerimpulses ti wird dann von der Freilaufschaltung auf das Löschglied umgeschaltet.

Mit der Schaltung der Fig. 1 läßt sich somit je nach Auswahl der einzelnen, soeben erwähnten Bausteine der Verlauf des die elektromagnetischen Ventile 36 steuernden Stromes über der Zeit in beliebiger Kurvenform gestalten, wobei insbesondere 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 wesentlichen Schaltungsteile in strichpunktierter Umrandung durch Verwendung der gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 zum besseren Verständnis auf diese bezogen sind.

Als wesentliche Unterschiedsmerkmale zu dem Gegenstand des Hauptpatents auch schon in der Blockschaltbilddarstellung der Fig. 1 erkennbar, sind zu nennen die Beaufschlagung der die Freilaufschaltung/Löschgliedanordnung ansteuernden Freilaufsteuerung 32 nicht vom Ansteuerimpuls ti der Kraftstoff­ einspritzanlage unmittelbar, sondern über eine Leitung 33 vom Ausgang der Sollwertumschaltstufe 34. Ein zweiter Unterschied besteht darin, daß als Regelgröße für den Zweipunktregler 35 nicht direkt der Strom in dem oder den Ventilen 36 gemessen wird, sondern über eine geeignete Wandlerschaltung 37, die im einfachsten Fall von einem Meßwiderstand R 11 gebildet ist, der Strom im die Endstufe bildenden Endtransistor T 11.

Im grundsätzlichen Aufbau umfaßt daher die in Fig. 2 gezeigte stromgeregelte Endstufe die Eingangslogik und Treiberstufe 39, deren Eingangsanschluß P 11 die Einspritzsteuerimpulsfolge ti zugeführt wird.

Es ist möglich, entsprechend Fig. 2 des Hauptpatents für die Ansteuerung des Endstufentransistors T 11 die Treiberstufe vorzusehen, wobei der Ausgang des Zweipunktreglers 35 durch Schaltungseingriff in das Verhalten der Treiberstufe den Schaltzustand des Endstufentransistors T 11 bestimmt. In einer vereinfachten Schaltung läßt sich der Endstufentransistor T 11 von einem Schaltungspunkt P 11′ lediglich über den Widerstand R 42 direkt ansteuern, so daß die Treiberstufe 39 entfällt. In diesem Fall erfolgt der Steuereingriff vom Ausgang P 12 des Zweipunktreglers 35 über die Verbindungsleitung L 20 zur Basis des Endstufentransistors T 11 direkt, in geeigneter Form über die Reihenschaltung der Widerstände R 43/R 44 auf die Basis eines Sperrtransistors T 12 einwirkend, der mit seinem Kollektor über die Leitung L 20 mit der Basis von T 11 verbunden ist. Wenn der Zweipunktregler zu hohen Ventilstrom mißt entweder über dem Meßwiderstand R 10 der Fig. 2 des Hauptpatents oder über dem Meßwiderstand 41 bei vorliegender Ausführungsform, schaltet der Transistor T 12 durch, und die Basis des Endstufentransistors T 11 wird gesperrt.

Unter Umständen ist für das Arbeiten des Zweipunktreglers 35 die Sollwertumschaltstufe entbehrlich, da es möglich ist, einen geregelten Ventilstrom durch die Endstufe auch aufgrund des Schaltverhaltens des Zweipunktreglers 35 zu erzielen. Es muß dann aber in Kauf genommen werden, daß die Absenkung des Ventilstroms auf den vorgesehenen Haltestrom infolge der fehlenden Sollwertumschaltung nicht möglich ist; dennoch wird aber bei Erreichen des maximal bestimmten Ventilstroms der Endstufentransistor T 12 jeweils vom Ausgang des Zweipunktreglers gesperrt und zu einem späteren Zeitpunkt wieder eingeschaltet.

Da wesentliche Schaltungskonfigurationen und Wirkungsweisen einer stromgeregelten Endstufenansteuerung schon im Hauptpatent erläutert worden sind, wird im folgenden bei den einzelnen Schaltungsgruppen sofort deren Aufbau in Verbindung mit ihrer Wirkungsweise erläutert, so daß sich auch ein besseres Verständnis für die vorliegende geänderte Ausführungsform ergibt.

Die eingangsmäßig vorgesehene Treiber- und Logikstufe 39 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gebildet durch zwei Inverterstufen, bestehend einmal aus einem als Komparator geschalteten Operationsverstärker B 6 und einem nachgeschalteten Transistor T 13. Wenn der Anode der mit dem invertierenden Eingang (-) der Stufe B 6 verbundenen Diode D 21 der positive ti-Einspritzimpuls ansteht, dann schaltet der Komparator B 6 ausgangsmäßig auf Nullpotential, da der invertierende Eingang potentialmäßig positiver liegt als der über eine Verbindungsleitung L 21 auf einem festen Potential liegende nichtinvertierende Eingang (+). Der Dioden-Mehrfacheingang aus den Dioden D 21, D 22 und D 23, der über die Teilerschaltung R 45, R 46 mit dem invertierenden Eingang des Komparators B 6 verbunden ist, ermöglicht die verhältnismäßig hochohmige Zuführung sonstiger ti-Impulse von verschiedenen Baugruppen der Kraftstoffeinspritzanlage, beispielsweise der Multiplizierstufe, einer Kaltstartsteuerung, einer Beschleunigungsanreicherung u. dgl., so daß dann an dieser Stelle ein entsprechender Treiberaufwand nicht mehr notwendig ist.

Durch die Umschaltung des Komparatorausgangs B 6 auf Nullpotential bei anliegendem ti-Impuls läßt sich die nachgeschaltete Stufe des Transistors T 13 über R 47 nicht mehr leitend halten, und der Transistor T 13 sperrt. Der Endstufentransistor T 11 erhält nunmehr über den Widerstand R 48 und den Widerstand R 42 Basisstrom und wird leitend geschaltet; sein Basisableitwiderstand ist mit R 49 bezeichnet. Wesentlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel, daß der Emitter des Transistors T 11 nicht unmittelbar mit Massepotential bzw. der negativen Versorgungsspannung der Leitung L 22 verbunden ist, sondern an dem schon erwähnten Meßwiderstand 41 liegt, der über den Widerstand R 50 und die Leitung L 23 vom nichtinvertierenden Eingang (+) eines weiteren nachgeschalteten Komparators B 7 als Hauptbestandteil des Zweipunktreglers 35 abgefragt wird. An dem Meßwiderstand R 41 in der Emitterleitung des Endstufentransistors T 11 wird der zu messende Ventilstrom in eine für den Zweipunktregler 35 auswertbare Spannung umgewandelt. Auf diese Weise mißt der Zweipunktregler 35 zwar auch den Basisstrom des Endstufentransistors T 11 mit, man gewinnt aber ein nahe Masse- oder Nullpotential liegendes Spannungssignal, welches nur ein Abtastsignal für den Ventilstrom darstellt; die Abfrage dieses am Meßwiderstand verfügbaren Spannungssignals erfolgt während der Einschaltzeit des Endstufentransistors T 11. Es wird weiter unten noch auf den Umstand genauer eingegangen, daß eine solche Umwandlung des Ventilstroms Anforderungen an das Auswertevermögen des nachgeschalteten Zweipunktreglers 35 stellt, da dieser bei Abschaltung des Ventilstroms sofort wieder einen zu kleinen Strom sieht, wie leicht einzusehen ist; andererseits entlastet man durch diese Abtastung den Meßwiderstand leistungsmäßig, was sich auf die Größe und Stabilität des Meßwiderstandes vorteilhaft auswirkt. Die Ventile 36 liegen im Kollektorkreis des Endstufentransistors T 11 und können bei dieser Ausführungsform einseitig an die Versorgungsspannung, nämlich die von der Batterie gelieferte Bordnetzspannung, die in der Zeichnung mit +U _V bezeichnet ist, angeschlossen werden. Auf diese Weise reduziert sich die Zahl der Anschlußklemmen für die Schaltung.

Von erheblicher Bedeutung beim Betrieb der vorliegenden Ausführungsform ist die Funktion der Freilaufschaltung 31 sowie die Löschgliedfunktion. Die Freilaufschaltung 31 wird nämlich so angesteuert, daß der von der Endstufe T 11 über die Ventile 36 gezogene Anklingstrom I 1 durch gelöschtes Abschalten (bei gesperrtem Freilauf) auf den Haltestrom I _H geschaltet wird. Man erzielt auf diese Weise eine genaue Durchsteuerbarkeit der Endstufe T 11 bis zu sehr kleinen ti-Steuerimpulswerten. Andererseits ist die Löschgliedfunktion so ausgelegt, daß man eine deutliche Verringerung der Impulsleistungsspitze beim Löschbetrieb erzielt, ohne daß sich ein solches Verhalten auf die Regelfunktion in der Freilaufphase auswirkt. Die Löschgliedfunktion bestimmt sich bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 im wesentlichen durch die zwischen Kollektor und Basis des Endstufentransistors T 11 geschaltete Reihenschaltung der Zenerdioden D 24, D 25, wobei in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung zur Zenerdiode D 24 noch ein Kondensator C 10 parallel geschaltet ist.

Sobald bei vorliegendem ti-Ansteuerimpuls und durchgeschaltetem Endstufentransistor T 11 der Ventilstrom I _V größer als der eingestellte Sollwert wird (am Zweipunktregler 35, hierauf wird weiter unten noch eingegangen), springt der Ausgang T 12 des Zweipunktreglers auf hohes Potential, und über den Widerstand R 51 wird die zweite Stufe der Eingangslogikschaltung 39, nämlich der Transistor T 13 leitend gemacht und der Endstufen­ transistor T 11 wieder gesperrt.

Anhand der Diagrammverläufe der Fig. 3a bis 3h wird weiter unten noch genauer erläutert, daß während dieses ersten Sperrens des Endstufentransistors T 11 zur Erzielung des Ventilstromabfalls vom verhältnismäßig hohen Stromsollwert I 1 auf einen niedrigeren Stromwert I₄ bzw. auf den Haltestrom I _H der Freilauf 31 ausgeschaltet ist und daher der Ventilstrom sehr schnell gelöscht auf den Haltewert abgeschaltet wird. Bei diesem gelöschtem Abschalten begrenzen die Dioden D 24 und D 25 die auftretende, induktive Abschaltspitze auf einen Wert U _K < (U _{D 24} + U _{D 25} + U _{BET 11}), so daß ein wirkungsvoller Schutz des Endstufentransistors T 11 erreicht wird. Die Abschaltspannung geht nicht über den Begrenzungswert hinaus, da dann die Dioden D 24/D 25 und wegen der Verbindung mit der Basis des Transistors T 11 auch dieser leitend werden und das Potential am Kollektor des Endstufentransistors T 11 dadurch wieder abgesenkt wird. Dieses Potential steigt bei gelöschtem Abschalten wegen der durch die elektromagnetischen Ventile bewirkten Selbstinduktion auf einen Spannungswert, der größer als die Batteriespannung ist. Bei diesem gelöschten Abschalten springt daher das Kollektorpotential des Endstufentransistors verhältnismäßig sehr hoch, und es kommt zu einem sehr schnellen Stromabfall in den Ventilen 36. Der Basisableitwiderstand R 49 übernimmt für den Transistor T 11 den Kollektor- Basisstrom und unterdrückt durch eine räumlich nahe Anordnung an diesen Transistor Schwingungen bei dem gelöschten Abschalten, d. h. wenn sogenannter Klammerbetrieb durch die Dioden D 24, D 25 vorliegt.

Die Kurvenverläufe der Fig. 3a bis 3h zeigen im einzelnen, was gemeint ist. Mit Beginn des ti-Impulses nach Fig. 3a schaltet der Endstufentransistor entsprechend Fig. 3c, die die Spannung am Kollektor dieses Transistors T 11 zeigt, durch. Der Ventilstrom steigt entsprechend dem Kurvenverlauf Fig. 3b nach einer e-Funktion bis zum Wert I 1 an, der für ein sicheres Ansprechen, d. h. Einziehen der Ventile 36 erforderlich ist. Dieser Wert ist im übrigen vom Zweipunktregler als Sollwert an dessen einem Eingang (invertierender Eingang) vorgegeben. Der Sollwert für den Ventilstrom I 1 bestimmt sich vom Ausgangssignal einer Sollwertumschaltstufe, welches in Fig. 3d dargestellt ist; der Verlauf des am Sollwerteingang (invertierendem Eingang) des Zweipunktreglers 35 bzw., genauer gesagt, seines Komparators B 7 anliegenden Sollwertsignals ist im Kurvenverlauf der Fig. 3h dargestellt. Sobald der maximale Ventilstrom I 1 (Fig. 3b) erreicht ist, geht das Signal am Ausgang P 12 des Reglers, welches im Kurvenverlauf der Fig. 3e gezeigt ist, hoch, und der Endstufentransistor T 11 wird über die Leitung L 25 ausgeschaltet. Die Fig. 3c zeigt den Kurvenverlauf am Kollektor des Endstufentransistors T 11. Es kommt wegen der gelöschten Abschaltung bei noch ausgeschaltetem Freilauf zu der mit P _UK bezeichneten Spannungsüberhöhung am Kollektor des Transistors T 11 (Fig. 3c); gleichzeitig wird die Sollwertumschaltstufe 34 (Fig. 3d) rückgesetzt. Da, wie erwähnt, die Ansteuerung des Freilaufs und dessen Einschaltung vom Ausgang der Ansteuerstufe 32 um den Zeitpunkt t _v verzögert einsetzt (siehe Kurvenverlauf der Fig. 3f), erfolgt das Abklingen des Ventilstroms I 1 auf I 2 gelöscht und damit sehr schnell, wobei es zur Ausbildung der erwähnten Anschaltspitze kommt.

Vergleicht man den verhältnismäßig sehr kurzen Zeitraum (bei einem Ausführungsbeispiel wurde ein gelöschter Abfall auf Haltestrom innerhalb 100 Mikrosekunden erzielt) mit dem verhältnismäßig langsamen Abfall beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 der Stammanmeldung (Zeitraum zwischen t 1 und t 2), dann erkennt man, daß durch das gelöschte Abschalten unter Inkaufnahme einer hohen Abschaltspitze auch sehr kurze ti-Einspritzzeiten unter Realisierung einer linearen Mengenkennlinie Q = f(ti) einwandfrei umgesetzt werden können, denn zum Zeitpunkt des Endes des ti-Impulses geht der momentane Ventilstrom in die Abfallzeit ein und liegt ein verhältnismäßig kurzer ti-Impuls vor, der in die normalen Ankling- und Abklingzeiten der Endstufe fällt, dann läßt sich eine lineare Mengenkennlinie nicht erzielen. Genauer ist dies in der Darstellung der Fig. 4 gezeigt, der entnommen werden kann, daß die von den Ventilen abgegebene Kraftstoffmenge (durchgesetzte Benzinmenge Q) in idealer Form in ihrer Abhängigkeit von der Dauer der Einspritzimpulse ti eine Gerade darstellt, wenn, wie es mit vorliegender Erfindung gelingt, im Bereich noch ausgenützter kleiner ti-Zeiten bereits auf Haltestrom heruntergeregelt ist. Ein nichtlinearer Verlauf der Mengenkennlinie infolge Stromüberhöhung bei kleinen ti-Werten ist in Fig. 4 gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen G 1 bezeichnet. Die als Gerade ausgebildete ideale Mengenkennlinie schneidet die Abszisse zum Zeitpunkt t _v , der Verzögerungszeit, die bei der Freilaufeinschaltung auftritt (hierauf wird weiter unten noch eingegangen). Durch das sehr schnelle Abklingen des Ventilstroms von I 1 auf einen niedrigen Strom I₄ bzw. später I 2 vermeidet man die bei eingeschalteter Freilaufschaltung 31 sonst relativ langen Abklingzeiten; wie erwähnt, ergeben sich hierdurch Nichtlinearitäten der Ventilmengenkennlinie, da die Endstufe dann erst ab verhältnismäßig großen ti-Zeiten genau durchsteuerbar ist.

In der sich an diesen gelöschten Abklingvorgang von I 1 auf I₄ (I _H ) anschließenden ti-Phase (Fortdauer des ti-Impulses) wird der Schaltzustand des Endstufentransistors T 11 vom Zweipunktregler bestimmt. Es ergibt sich bis zum Zeitpunkt t 3 ein An- und Abklingen des Ventilstroms mit verhältnismäßig geringer Bandbreite, wobei der Ventilstrom beim Abklingvorgang jeweils über den nunmehr von der Freilaufsteuerung aktivierten Freilaufkreis 31 fließt.

Im folgenden wird genauer auf eine vorteilhafte Ausgestaltung bei der Löschanordnung eingegangen. Die Anordnung von zwei Zenerdioden D 24 und D 25, von denen eine mit dem Kondensator C 10 überbrückt ist, hat den Zweck, eine bei dem so bezeichneten Klammerbetrieb der Löschgliedfunktion auftretende Impulsleistungsspitze des Endstufentransistors T 11 zu begrenzen. Dies wird anhand der Fig. 5a bis 5f im folgenden genauer erläutert. Beim Übergang in den Klammerbetrieb (Lösch­ gliedfunktion nach Erreichen des sollwertmäßig vorgegebenen maximalen Ventilstroms I 1 zum Zeitpunkt t 10 in Fig. 5b) springt die Kollektorspannung des Endstufentransistors T 11 entsprechend Fig. 5c (ohne Darstellung mit der Kapazität C 10) sofort auf den weiter vorn angegebenen Klemmspannungswert von U _K , und es ergibt sich unter Einbeziehung des in Fig. 5b gezeigten Kollektorstromverlaufs von T 11 die im Endstufentransistor T 11 entwickelte Leistung nach Fig. 5d. Infolge der Beschaltung mit dem Kondensator C 10 springt die Kollektorspannung des Transistors T 11 entsprechend Fig. 5e aber zunächst auf den Wert

U _{K 1} = (U _{D 25} + U _{BET 11} )

und steigt dann infolge der Umladung des Kondensators C 10 etwa linear bis auf den Endwert

U _{K 2} = (U _{D 25} + U _{D 24} + U _{BET 11} ).

Dadurch reduziert sich die Impulsleistungsspitze des Transistors T 11 auf etwa die Hälfte, also von

Da die Bemessung des Transistors T 11 hinsichtlich der Impulsbelastung bei den vorherrschenden kleinen Klammerzeiten (Löschgliedfunktion) von, wie weiter vorn schon angegeben, etwa nur 100 Mikrosekunden praktisch nach der Leistungsspitze erfolgen muß, ergibt sich durch die dargestellte Löschgliedfunktion eine deutliche Entlastung des Endstufentransistors, wie auch der Kurvenverlauf der Fig. 5f zeigt, der die Leistung im Transistor T 11 angibt. Der Kurvenverlauf der Fig. 5e zeigt die sich ändernde Kollektorspannung des Transistors T 11 beim Klammerbetrieb.

In der Regelphase bei eingeschalteter Freilaufschaltung springt das Kollektorpotential des Transistors T 11 nur bis auf etwa 2 Volt über der Batteriespannung U _B . Dimensioniert man die Zenerdiodenspannung der Diode D 25 so, daß U _{D 25} < (+U _B + 2 V) ist, dann hat die Löschanordnung keinen Einfluß in der Regelphase bei eingeschaltetem Freilauf, da die Zenerdiode D 25 auf eine so geringe Spannung, wie sie bei eingeschaltetem Freilauf eintritt, nicht anspricht. Es ist daher auch sinnvoll, für die Löschgliedfunktion die Zenerdiode D 25 noch vorzusehen, da bei einer Klemmanordnung aus nur einer Zenerdiode und parallel geschaltetem Kondensator zwar ebenfalls eine Begrenzung der Impulsleistungsspitze erreicht werden kann, diese Anordnung aber wegen des Kondensators auch in der Regelphase in Eingriff kommt, so daß die Schaltzeiten (und damit Schaltverluste) als Wirkung der Gegenkopplung ansteigen.

Die Freilaufschaltung besteht aus zwei Transistoren T 15 und T 16, die über die Diode D 30 bei entsprechender Einschaltung über die Leitung L 26 den Ventilstrom gegen die positive Batteriespannungsklemme allmählich ableiten, so daß sich beispielsweise Ankling- und Abklingzeiten für den Ventilstrom in der Regelphase (Schwankungsbreite des Haltestroms (I _H ) ergeben können (Fig. 3b). Der Freilaufkreis besteht aus der Kombination eines pnp-Transistors (T 15) und eines npn-Transistors (T 16) bei Verwendung eines npn-Darlington- Transistors T 11 als Schalttransistor.

Es ist weiter vorn schon erwähnt worden, daß bei dieser Ausführungsform einer stromgeregelten Endstufe dem nachgeschalteten Zweipunktregler nur ein Abtastsignal des Ventilstroms als Meßgröße zur Verfügung steht, so daß kein normaler Zweipunktregler, der als Komparator mit Spannungshysterese ausgebildet ist, Verwendung finden kann. Der Komparator B 7 schaltet, wenn der Ventilstrom so groß wird, daß sein Schaltpunkt erreicht wird, den Endstufentransistor T 11 über T 13 aus und damit gleichzei­ tig aber auch sein eigenes Istwertsignal weg. Ohne besondere Schaltungsanordnungen, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus den Widerständen R 60, R 61 und R 62, dem Kondensator C 10 und den Dioden D 30, D 31 und D 32 bestehen, läßt sich der Zweitpunktregler nicht stabil betreiben, da er beim Wegschalten des Istwertsignals sofort wieder zu kleinen Strom sieht und den Endstufentransistor T 11 einschalten würde, so daß der Regler mit hoher Frequenz schwingen würde. Durch spezielle Beschaltung des Reglers wird eine sogenannte Zeithysterese realisiert, so daß ein einwandfreies Schaltverhalten des Reglers ohne Schwingen erzielt wird.

Das abgetastete Istwertsignal U _{R 41} vom Meßwiderstand gelangt über die Teilerschaltung aus den Widerständen R 50 und R 64, die am Schaltungspunkt P 15 mit einer mittels der Zenerdiode Z 2 stabilisierten Spannung verbunden ist, in einen potentialmäßig besser auswertbaren, positiven Potentialbereich und wird auf den nichtinvertierenden Eingang (+) des Reglers gegeben. Auf den invertierenden Eingang (Sollwerteingang -) wird von der Teilerschaltung aus den Widerständen R 65, R 66 und R 67 ein entsprechendes Sollwertpotential gegeben. Solange der dem (+) Eingang zugeführte Istwert kleiner als der dem anderen Eingang zugeführte Sollwert ist, liegt der Reglerausgang P 12 auf niedrigem Potential oder Massepotential. Da beide Dioden D 31 zund D 32 am Ausgang des Komparators B 7 leitend sind, ist die Diode D 405 gesperrt, und der Kondensator C 11 hat sich entsprechend umgeladen. Sobald jetzt der Istwert den Sollwert überschreitet, schaltet der Ausgang P 12 des Komparators P 7 auf hohes Potential und dadurch den Endstufentransistor T 11 aus. Damit das am (+) Eingang von B 7 abgebildete Istwertsignal nicht unter die Schaltschwelle sinkt, wird über die nunmehr leitende Diode D 30 und die Widerstände R 61 und R 60 im Widerstand R 50 ein Strom eingeprägt, was zu einer Anhebung des dem nichtinvertie­ renden Eingang (+) zugeführten Potentials bis auf etwa 10% unter dem Schaltpunkt führt. Beim Umspringen des Komparatorausgangssignals hat wie die Diode D 31 auch die Diode D 32 gesperrt, und in dem Widerstand R 50 wird ein weiterer, mit einer e-Funktion abklingender Strom vom Kondensator C 11 und vom Widerstand R 62 zusätzlich eingeprägt. Dadurch wird das "Istwertpotential" weiter positiv bis über die Schaltschwelle verzogen, und der Regler kann seinen hochliegenden Ausgang P 12 so lange halten, bis der über dem Widerstand R 62 und dem Kondensator C 11 abklingende zusätzliche Strom so weit abgeklungen ist, daß der Schaltpunkt wieder erreicht wird (siehe Kurvenverlauf der Fig. 3h und die detaillierte Darstellung der Fig. 6, auf die im folgenden eingegangen wird). Vergleicht man die Kurvenverläufe der Fig. 3g und 3h, dann läßt sich erkennen, daß der Strom I _R im Meßwiderstand R 41 nahezu entgegengesetzt verläuft zu der am Istwerteingang (Pluseingang) des Komparators B 7 anliegenden Spannung in der durch die Einschaltung des Freilaufs bestimmten Regelphase. Man erkennt im übrigen auch durch Vergleich der Kurvenverläufe Fig. 3b mit 3g, daß der Strom im Meßwiderstand I _R wie auch der Ventilstrom I _V eine Anstiegsphase hat und dann abrupt auf Null abfällt, während der Ventilstrom I _V allmählich einen unteren Stromwert I 2 erreicht, was auf das Arbeiten der Freilaufschaltung 31 zurückzuführen ist, die den Ventilstrom in dieser Phase übernimmt. Anschließend springt der Meßwiderstandsstrom I _R zunächst auf einen neuen Anfangswert, der gegeben ist durch den Ventilstrom I 2, und steigt dann mit diesem bis zum Maximalstrom I 3 (in der Regelphase) an. Die Darstellung der Fig. 6 zeigt im einzelnen, wie sich der abgewandelte bzw. "simulierte" Istwertspannungsverlauf am nichtinvertierenden Eingang (+) des Regler-Komparators B 7 ergibt. Die Fig. 6a zeigt den Meßspannungsverlauf U _R am Meßwiderstand R 41, der erkennbar dem Meßstromverlauf I _R nach Fig. 3g entspricht. In der Fig. 6 sind auch die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erreichten absoluten Spannungswerte angegeben. Die Fig. 6b zeigt die am Eingang (+) von B 7 auftretende, vom Meßwiderstand herrührende Impulsspannung nach der vorgenommenen Potentialerhöhung über R 64/R 50. Die Fig. 6c zeigt den Impulsspannungsverlauf am Eingang (+) von B 7, wie er sich aus der Impulsspannung nach Fig. 6b und aufgrund der Anordnung der Widerstände R 60, R 61 und der Diode D 30 ergibt. Schließlich zeigt die Fig. 6d die resultierende Impulsspannung am Eingang (+) von B 7, herrührend von der Meßspannung U _R und den Anordnungen R 60, R 61, D 30 sowie R 62 und C 11. Die Sollwertspannung am anderen Eingang von B 7 ist in Fig. 6d gestrichelt dargestellt. Die Zeitdauer, während welcher der Regler mit seinem Komparator B 7 den Endstufentransistor T 11 ausschaltet, kann durch entsprechende Dimensionierung der Kombinationen R 60/R 61 sowie R 66/R 65 und R 62/C 11 frei gewählt und vorgegeben werden. Beim Ausführungsbeispiel ist die Aus-Zeit so gewählt, daß der Ventilstrom in dieser Zeit nur um die Hysteresebreite von ca. 10% abfällt.

Da der Haltestrom batteriespannungsunabhängig ist, wie auch im Hauptpatent beschrieben, ergibt sich mit konstanten Daten der Freilaufschaltung und der Reglerauszeit wie gewünscht auch eine konstante Hysteresebreite.

Sinkt dann das Potential am Eingang (+) unter das Potential am Eingang (-), dann geht der Ausgang P 12 des Reglers wieder auf Minus- oder Nullpotential. Die Diode D 31 wird leitend und die Diode D 30 gesperrt, so daß der Zusatzstrom aus den Widerständen R 61/R 60 im Widerstand R 50 zu Null wird. Ebenso wird der Kondensator C 11 über die leitende Diode D 32 nach Minus gezogen und damit das dem Eingang (+) von B 7 zugeführte Potential. Da der Reglerausgang P 12 auf low (Nullpotential, niederer Spannungswert oder log 0) liegt, wird der Endstufentransi­ stor T 11 wieder leitend, und am Meßwiderstand ist wieder ein dem Ventilstrom I _V entsprechendes Meßsignal sichtbar.

Der Kondensator C 11 lädt sich relativ schnell mit der Zeitkonstante C 11/R 50 um, so daß nach einer Einschwingzeit am Eingang (+) das Istwertsignal praktisch unverzögert abgebildet wird. Ist bei einer Hysteresebreite des Ventilhaltestroms von 10% die kürzeste Einschaltdauer des Endstufentransistors T 11 bei einem Regelspiel beispielsweise 14 µs, dann wird die Zeitkonstante von C 11/R 50 zu ca. 2 µs gewählt. Mit festgelegter Kapazität C 11 läßt sich die Ausschaltzeit durch die beiden Freiheitsgrade der Widerstände R 60/R 61 und R 62 entsprechend den Anforderungen frei wählen.

Um eine möglichst einwandfreie Funktion (Aussetzgrenze, Spannungsgang, Temperaturgang) des Reglers zu erzielen, wird dieser an einer stabilisierten Spannung von beim Ausführungsbeispiel ca. 5 V mit geringem Temperaturgang betrieben, die durch die Schaltung mit der Zenerdiode Z 2 und den beiden mit dieser in Reihe liegenden Widerständen R 70/R 71 realisiert wird.

Der Darstellung der Fig. 6d läßt sich daher im Vergleich zu Fig. 6a entnehmen, daß trotz Abschaltung der Meßwiderstandsspannung U _R zum Zeitpunkt t 11 die dem Reglereingang (+) zugeführte "Istwertspannung" zunächst sogar noch schlagartig ansteigt und dann bis zum Zeitpunkt t 12 abfällt, zu welchem erst die Sollwertspannung unterschritten und daher über den Komparator B 7 der Endstufentransistor T 11 wieder eingeschaltet wird.

Vom Ausgang der dem Regler 35 nachgeschalteten Sollwertumschaltstufe 34, die hauptsächlich von dem Komparator B 8 gebildet ist, wird über die Widerstände R 72/R 73 und die Dioden D 34 und D 35 das Sollwertpotential am Eingang (-) des Zweipunktreglers ergänzend beeinflußt. Die elektrische Funktion des Sollwertumschalters ist wie folgt. Vor dem ersten Schalten des Komparators B 7 ist der hohe Ventilstrom-Sollwert vorgegeben, d. h. über R 65 und R 66 fließt ein Strom durch R 67; dieser Strom ist batteriespannungsunabhängig, da das Potential am Punkt P 15 batteriespannungsunabhängig ist. Zusätzlich fließt über R 72, R 73 und D 34 ein Strom durch R 67, dieser Strom ist batteriespannungsunabhängig. Der Spannungsabfall an R 67 durch diese beiden Ströme bestimmt den Sollwert am entsprechenden Eingang (-) des Komparators B 7. Steigt infolge zunehmender Batteriespannung der Strom durch R 72, R 73 und D 34 an, so steigt auch das Potential am Punkt 22. Durch die Diode D 35 wird dieses Potential auf einen Wert begrenzt, der eine Diodenflußspannung über dem Potential des Punktes P 15 liegt. Damit wird auch der Strom durch R 73 und D 34 begrenzt und damit der Spannungsabfall an R 67, d. h. der Sollwert am Sollwerteingang (-) des Komparators B 7.

Nach dem ersten Schalten des Komparators B 7 schaltet auch der Komparator B 8, Punkt P 20 und P 22 gehen auf niederes Potential und sperren die Dioden D 34 und D 35, die Spannung am (-) Eingang des Komparators B 7 ist nur noch durch den Spannungsteiler R 65, R 66 und R 67 bestimmt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Sollwertumschaltstufe 34 sofort bei Ende eines ti-Impulses (von der Treiberstufe) gesetzt, bei gleichzeitiger Sperrung des Endstufentransistors T 11, um die erwähnte hohe Sollwertvorgabe entsprechend I 1 zu erzielen. An sich bräuchte das Setzen der Sollwertumschaltstufe 34 auch erst bei Beginn eines ti-Impulses zu erfolgen; man erzielt jedoch bei der Sollwertvorgabe die gleiche Funktion, wenn der Vorgang bereits beim Ende eines ti-Impulses für den nächsten Impuls ausgelöst wird, außerdem läßt sich dadurch eine sehr einfache Triggermöglichkeit für die Sollwertstufensetzung und eine einfache Freilaufsteuerung, nämlich ein durch die Sollwertstufe gesteuerte Verzögerungsstufe realisieren. Hierauf wird weiter unten noch genauer eingegangen. Da im übrigen der mit dem Ausgang P 20 des Komparators B 8 verbundene Widerstand R 75 auf einem Teilerpunkt liegt, der durch die Widerstände R 71/R 70 bestimmt ist, läßt sich die Kennlinie I₁ = f(U _Batt ) in gewünschter Weise von der Batteriespannung abhängig machen. Der Darstellung der Fig. 7 läßt sich als Funktion der Batteriespannung der Strom I 1 bei einem Ausführungsbeispiel verwendeten Ventilen im Moment des Einziehens oder Ansprechens entnehmen. Um sicherzustellen, daß beim Betrieb von toleranzbehafteten Ventilen mit einer stromgeregelten Endstufe alle Ventile sicher ansprechen, darf die Stromabsenkung auf den Haltestrom I _H vom Endwert des Anklingstroms I 1 erst erfolgen, wenn die Ventilströme diese Grenzwerte deutlich überschritten haben, Grenzwerte von I 1-Beträgen nämlich, die bei toleranzbehafteten Ventilen beim Ansprechen gerade erreicht worden sind. Würde man schon vor dem Ansprechen des Ventils auf den Haltestromwert zurückregeln, dann käme das Ventil nicht zum Einziehen. Die Fig. 7 zeigt daher in gestrichelter Ausführung die im Regler realisierte Kennlinie I 1 = f(U _Batt ), die mit ca. 10% Abstand zur Grenzkennlinie dargestellt ist. Der definierte Spannungsgang der realisierten I 1-Kennlinie ist zweckvoll, damit bei jeder Batteriespannung ein Sicherheitsabstand vorgegeben ist, dieser andererseits aber wieder nicht zu groß wird. Ein Ansteigen des Stroms nach dem Ansprechen des Ventils bedeutet Strombelastung und Begrenzung der genauen Durchsteuerbarkeit der Endstufe zu den kleineren ti-Zeitwerten hin, wie schon erwähnt. Es ist daher erwünscht, diesen Anstieg auf das für ein sicheres Ansprechen der Ventile notwendige Maß zu begrenzen.

Eine weitere Maßnahme ist die Begrenzung des I 1-Anstiegs ab ca. 15 V Batteriespannung. Überspannungen von 15 V liegen bei dem ins Auge gefaßten Ausführungsbeispiel beim Betrieb mit einem Kraftfahrzeug nur im Störungsfall vor, daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Strom I 1 auf einen Absolutwert von maximal 1,67 A pro Ventil begrenzt, so daß man eine definierte Begrenzung des Kollektorstroms des Endstufentransistors T 11 sowie der im Ventil gespeicherten Energie (entsprechend W = ½ · LI²) erzielt. Die gespeicherte Energie wird bei der anschließenden gelöschten Abschaltung im Endstufentransistor T 11 in Verlustleistung umgesetzt. Die Strombegrenzung erlaubt somit optimale Auswahl des Endstufentransistors hinsichtlich maximalen Kollektorstroms und Impulsleistung.

Liegt der Ausgang der Sollwertumschaltstufe 34 auf niederem Potential, dann sind die Dioden D 35 und D 34 gesperrt und die Widerstände R 73 und R 72 stromlos. Der niedrigere, dem Haltestrom entsprechende Sollwert wird nur durch den Spannungsteiler aus den Widerständen R 66, R 65 und R 67 vorgegeben.

Die dem Regler nachgeschaltete Sollwertumschaltstufe 34 besteht im Prinzip aus einer bistabilen Kippstufe. Getriggert wird diese Kippstufe über eine Diode D 38 vom Ausgang des Inverters bzw. Komparators B 6 der Treiberstufe 39, der während einer Impulspause (kein Einspritzimpuls ti) hochliegt. Sobald daher der ti-Impuls beendet ist, wird die als Kippstufe ausgebildete Sollwertumschaltstufe in eine solche Lage getriggert, daß der Ausgang P 20 des Komparators B 8 hochliegt. Indem die Pauseninformation des ti-Impulses ausgewertet werden, läßt sich die Sollwertumschaltstufe 34 statisch mit nur einer Diode triggern, anstelle einer Triggerung mit der Startflanke des ti-Impulses, wozu ein R-C-D-Glied erforderlich ist. Das Rücksetzen der Kippstufe erfolgt über die Diode D 39 und den Widerstand R 76 vom Ausgang des Komparators B 7 her, wie im Hauptpatent.

Beim Erreichen des Sollwerts für I 1 schaltet dann der Reglerausgang P 12 das erste Mal hoch und setzt die Sollwertumschaltstufe 38 in die Stellung zurück, in welcher ihr Ausgang P 20 auf niedrigem Potential oder Nullpotential liegt.

Ergänzend nachgeschaltet ist der Sollwertumschaltstufe 34 eine Verzögerungsstufe für die Freilaufschaltung, die einen weiteren Komparator B 9 umfaßt. Springt beim Ende des ti-Impulses die Sollwertumschaltstufe 34 ausgangsmäßig auf hohes Potential, dann wird über die Diode D 40 der Kondensator C 15 niederohmig umgeladen, der mit seinem anderen Ende über einen Widerstand R 77 an Minusleitung liegt. Wegen dieses Widerstan­ des tritt am invertierenden Eingang (-) des Komparators B 9 außerdem ein Sprung auf, so daß der Ausgang P 21 von B 9 der positiven Ansteuerflanke vom Ausgang des Komparators B 8 unverzögert folgen kann. Die Verzögerungszeit bei der negativen Ansteuerflanke (zur Verzögerung des Ansprechens der Freilaufschaltung 31) entsteht dann dadurch, daß die Diode D 40 gesperrt wird und der Kondensator C 15 über die Widerstände R 78, R 79 umgeladen wird, bis das Potential am invertierenden Eingang von B 9 negativer als das von den Widerständen R 80/ R 81 festgelegte Potential am nichtinvertierenden Eingang geworden ist. Erst dann geht der Ausgang P 21 auf hohes Potential, und der nachgeschaltete Transistor T 20 wird leitend gesteuert, so daß die Basis des Transistors T 15 der Freilaufschaltung 31 mit Massepotential verbunden und dieser Transistor daher, zusammen mit dem nachgeschalteten Transistor T 16 leitend wird. Es ergibt sich daher die in Fig. 3f gezeigte Verzögerungszeit t _v bis zur Einschaltung des Freilaufs, so daß es zu dem abrupten Stromabfall vom maximalen Stromwert I 1 auf den Haltestrom kommen kann. Der Freilauf ist dann eingeschaltet vom Zeitpunkt t 14 bis zum Zeitpunkt t 3, also in der Regelphase der Ventilstrombeeinflussung.

Claims (19)

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 Reihe mit den Spulenwicklungen der Einspritzventile liegenden Endstufe und einem den Schaltzustand der Endstufe derart bestimmenden Zweipunktregler, daß die Endstufe jeweils in einen voll leitenden und in einen voll gesperrten Zustand umgeschaltet wird, ferner mit Mitteln zur Erfassung einer vom Istwert des Ventilsteuerstroms beeinflußten Meßwertgröße und zu deren Rückführung auf den Zweipunktregler sowie mit einer Sollwertumschaltstufe, die zu Beginn jedes Einspritzsteuerimpulses den Zweipunktregler so beeinflußt, daß anfänglich ein überhöhter Strom durch die Spulenwicklungen fließt, wobei der Endstufe eine von den Einspritzsteuerimpulsen angesteuerte Treiberstufe oder eine Sperrstufe zugeordnet ist, deren Schaltzustand darüber hinaus bestimmt ist vom Schaltzustand des Zweipunktreglers, dessen Ausgang mit dem Eingang der Sollwertumschaltstufe und deren Aus­ gang mit dem Eingang des Zweipunktreglers verbunden ist, nach Patent 26 12 914, dadurch gekennzeichnet, daß eine Freilaufschaltung/ Löschgliedanordnung (31) ansteuernde Freilaufschaltung (32) vom Ausgang der Sollwertumschaltstufe (34) angesteuert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Istwert des Ventilstroms (I _V ) erzeugende Wandler ein mit dem Emitter des Endstufentransistors (T 11) verbundener und gegen Minus- oder Nullpotential (L 22) geschalteter Meßwiderstand (R 41) ist und daß die Wicklungen des mindestens einen elektromagnetischen Ventils (36) im Kollektorkreis des Endstufentransistors (T 11) liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei gesperrtem Endstufentransistor (T 11) wahlweise ansprechenden Freilaufschaltung (31) und Löschgliedanordnung (D 24, D 25) mit dem Kollektor des Endstufentransistors (T 11) verbunden bzw. zwischen dessen Kollektor und seiner Basis geschaltet sind, wobei die Löschgliedanordnung (D 24, D 25) dann aktiviert ist, wenn die Freilaufschaltung (31) gesperrt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschgliedanordnung aus der Reihenschaltung zweier zwischen Kollektor und Basis des Endstufentransistors (T 11) geschalteten Zenerdioden (D 24, D 25) besteht und daß eine der Zenerdioden (D 24) durch einen parallel geschalteten Kondensator (C 10) kapazitiv beschaltet ist, derart, daß die bei gesperrtem Endstufentransistor (T 11) aufgrund der magnetischen Speicherwirkung der Ventilwicklungen sich ergebende Kollektorspannung zunächst auf einen unteren Spannungswert (U _K1) und nach Laden des Kondensators (C 10) auf den Endspannungswert (U _K2) an­ steigt, zu welchem Zeitpunkt der Ventilstrom schon auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert abgefallen ist zur Reduzierung der Impulsleistungsspitze des Endstufen­ transistors.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufschaltung (31) verzögert zu einem Zeitpunkt einschaltbar ist, zu welchem ein erstmalig erreichter hoher Ventilstrom (I 1) unter Wirkung der Löschgliedfunktion auf einen niedrigen Stromwert (I₄) abgefallen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweipunktregler (35) zur Ventilstromabschaltung einen Komparator (B 7) umfaßt, dessen einem Eingang (+) über einen Widerstand (R 50) das vom Meßwiderstand (R 41) gelieferte Signal und dessen anderem Eingang (-) das Sollwertsignal des Ventilstroms zugeführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der das Meßwiderstandssignal dem Istwerteingang (+) des Komparators (B 7) zuführenden Leitung (L 23) ein Zeitglied zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der das Signal des Meßwiderstandes (R 41) dem Komparator (B 7) zuführenden Leitung (L 23) eine Rückführ­ schaltanordnung (R 61, R 60, D 30, D 31) zugeordnet ist, die so ausgebildet ist, daß das dem Istwerteingang (+) des Vergleichers (B 7) zugeführte Signal bei Umschaltung des Zweipunktreglers (35) veränderbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Istwerteingang (+) des Komparators (B 7) zugeordnete Zeitgliedschaltung (R 62, C 11) mit einem in einem Rückführkreis liegenden Schaltelement (D 32) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Istwertsignal-Veränderungsschaltung (R 61, R 60, D 30) vorgesehen ist, die aus der Reihenschaltung eines Widerstandes (R 60, R 61) oder einer Stromquelle und einer Diode (D 30) besteht, die mit dem Istwerteingang (+) des Komparators (B 7) verbunden und so lange gesperrt ist, wie der Sollwert des Ventilstroms größer als der vom Meßwiderstand (R 41) gelieferte Istwert ist und daß an den Verbindungspunkt des einen Widerstandes (R 60) mit der Diode (D 30) eine weitere Diode (D 31) vom Ausgang des Komparators (B 7) angeschlossen ist, die die Istwertveränderungsschaltung dann freigibt, wenn der Komparator (B 7) aus seinem ersten Schaltzustand jeweils umschaltet, derart, daß in den mit dem Meßwiderstand (R 41) in Reihe geschalteten Widerstand (R 50) ein einen vorgegebenen Istwertpegel simulierender Strom eingeprägt wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ergänzend zu der Istwert-Veränderungsschaltung eine weitere, einen Kondensator (C 11) enthaltende Istwert-Veränderungsschaltung aus der Reihenschaltung dieses Kondensators (C 11) mit einem Widerstand (R 62) vorgesehen ist, die ebenfalls auf den Istwerteingang (+) des Komparators (B 7) einwirkt und von einer weiteren Diode (D 32) vom Ausgang des Komparators freigebbar ist, derart, daß sich beim Umschalten des Komparators aus seinem jeweils ersten Schaltzustand dem Istwerteingang (+) des Komparators ein simuliertes, kombiniertes Istwertsignal zuführbar ist, welches eine vorgegebene Zeitabhängigkeit aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (B 7) des Zweipunktreglers (35) die als Kippglied in Form eines Komparators (B 8) ausgebildete Sollwertumschaltstufe (34) nachgeschaltet ist und jeweils beim ersten Umschalten des Zweipunktreglerausgangs (P 12) in ihren anderen Schaltzustand umspringt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (P 20) des Komparators (B 8) der Sollwertum­ schaltstufe (34) auf den Sollwerteingang (-) des Komparators (B 7) des Zweipunktreglers (35) rückgeführt ist zur Sollwertumschaltung nach erstmaligem Ansprechen des Zweipunktreglers.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sollwertumschaltung eine vor dem ersten Umschalten des Zweipunktreglers leitende Diode (D 34) vorgesehen ist, die über einen Widerstand (R 72) vom Ausgang des Komparators (B 8) der Sollwertumschaltstufe (34) rückgeführt mit dem Sollwerteingang (-) des Komparators (B 7) über einen Widerstand (R 73) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sollwertspannungsteiler (R 65, R 66, R 67) vorgesehen ist, der an eine stabilisierte Spannung (R 15) angeschlossen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Sollwerteingang (-) des Komparators (B 7) begrenzt ist durch eine Diode (D 35) auf einen auf die stabilisierte Spannung (R 15) bezogenen Wert.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertumschaltstufe die Freilaufsteuerung (B 9, T 20) über ein Verzögerungsglied (D 40, C 15, R 77) ansteuert, das so ausgebildet ist, daß die Freilaufschaltung (31) erst dann freigegeben wird, wenn der erste Anklingstrom (I 1) auf den Haltestromwert (I _H ) abgeklungen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die der Freilaufschaltung (32) zugeordnetes Verzögerungsschaltung eine Diode (D 40) enthält, derart, daß nur die eine, negative Flanke des Ausgangsimpulses der Sollwertumschaltstufe (34) verzögert ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufschaltung (31) gebildet ist durch die Kombination eines pnp-Transistors (T 15) mit einem npn-Transistor (T 16), bei Verwendung eines npn- Darlington-Schalttransistors für den Endstufentransistor (T 11).