DE2749737C2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mehrzahl von Magnetventilen, insbesondere Einspritzventilen, einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mehrzahl von Magnetventilen, insbesondere Einspritzventilen, einer Brennkraftmaschine

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DE2749737C2 DE2749737A DE2749737A DE2749737C2 DE 2749737 C2 DE2749737 C2 DE 2749737C2 DE 2749737 A DE2749737 A DE 2749737A DE 2749737 A DE2749737 A DE 2749737A DE 2749737 C2 DE2749737 C2 DE 2749737C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mehrzahl von Magnetventilen, insbesondere Einspritzventilen, einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die DE-OS 22 62 864 beschreibt eine derartige Schaltungsanordnung, bei der zum Anlegen eines äußerst kurzen hohen Einschaltstroms ein von den Ansteuersignalen gesteuerter Silizium-Gleichrichter vorgesehen ist, dessen gesteuerte Strecke über eine Induktivität an Spannung legbar ist. Dies geschieht dann, wenn die normalerweise im Nebenschluß dauernd von Strom durchflossene Induktivität bei Erregung der monostabilen
r> Kippschaltung durch Unterbrechung des Nebenschlusses an den Silizium-Gleichrichter angelegt wird. Nachteilig bei der bekannten Schaltungsanordnung ist, daß die Induktivität dauernd unter Strom stehen muß. Ferner läßt sich zwar über den gesteuerten Silizium-Gleichrichter ein möglichst kurzer hoher Einschaltstrom an das Magnetventil legen; die Dauer dieses Stromes läßt sich jedoch nicht exakt bestimmen.
Die DE-OS 25 38 301 befaßt sich mit einer Schaltungsanordnung zur Steuerung eines elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine, bei der die Anstiegszeit eines durch die Erregerwicklung des Einspritzventils fließenden Stromes auf einen der Erregerspannung des Einspritzventils entsprechenden Wert elektronisch geregelt wird, um die
4« Anordnung unabhängig von der Batteriespannung zu machen und einen günstigen Energiebedarf anzustreben. Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird erreicht, daß der Strom in der Erregerwicklung möglichst rasch linear ansteigt und dann während des übrigen Zeitraumes konstant gehalten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mehrzahl von Magnetventilen anzugeben, bei der unter verringertem Energieverbrauch eine exaktere Arbeitsweise durch genaue Bemessung der Dauer des exponentiell ansteigenden hohen Einschaltstroms erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruches 1.
Der bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendete Kondensator wird nur während der tatsächlichen Dauer des hohen Einschaltstromes exponentiell, d. h. äußerst rasch aufgeladen, während in dem Steuerkreis sonst kein Leistungsstrom fließt. Die Ver-
bo wendung einer Kippschaltung gewährleistet die exakte Abschaltung des hohen Einschaltstroms bei Abfall des Ausgangssignals der monostabilen Kippschaltung.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 den Stromverlauf bei einem Magnetventil das durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gesteuert wird,
Fig. 2 ein Gesamtschaltbild der Ausfuhrungsform.
Fig. 3 einen jedem Magnetventil zugeordneten > Steuerkreis und
Fig.4 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Schaltungsanordnung gemäß der Ausführungsform.
In der Zeichnung stellt F i g. 1 das durchzuführende Stromprogramm bei der Steuerung eines Magnetventils ;n dar. Während eines Rechtecksteuerimpulses (Fig. IA) ist das Magnetventil bei fehlender Spannung geöffnet, und der Strom baut sich nach dem in Fig. IB gezeichneten Schema auf. Ein erstes Zeitintervall tA entspricht einem Strom lA großer Stärke, und dann wird während der restlichen Zeit, die einem Öffnungszeitintervall tT in rig. IA entspricht, der Strom auf dem Wert/W gehalten und schließlich abgeschaltet.
Nach Fig. 2 werden die Steuersignale £, ...E1 ... En, die jeweils einem der η Magnetventile EV1 ... :o EV1. . . EVn zugeordnet sind, einerseits dem Eingang /, der Steuerkreise A1.. .A1.. .An der Magnetventile EV, und andererseits einer Differenzierschaltung aus einem Widerstand /J„ einer Diode D, und einem Kondensator C, zugeführt. Der Ausgang 2 des ODER-Gliedes 1 :; ist mit dem Eingang 3 einer monostabilen Kippschaltung 4 verbunden, deren Ansprechzeit durch einen Widerstand 6 und einen Kondensator Ί bestimmt wird. Der invertierte Ausgang 8 der monostabilen Kippscha!- tung liegt in Parallelschaltung an dem Eingang Λ/jedes m der Magnetventilsteuerkreise A1 über ein NUND-Glied 9 mit zwei Eingängen, von denen der zweite ein Verstärkungssignal F aufnimmt. Jedes Magnetventil EV1 ist einerseits an die Speisespannungsleitung U und andererseits an den Ausgangs, des zugehörigen r, Steuerkreises A1 geschaltet.
Nach Fig. 3, in der ein Steuerkreis /!,dargestellt ist, wird das Steuersignal E1 dem Eingang /,- der Schaltung zugeführt. Dieser Eingang /, ist einerseits über einen Widerstand 11 mit der Basis eines Transistors 10 und 40
andererseits über eine Schaltung mit einem in Reihe lie- '
genden Widerstand 14 und einem an Masse liegendem Kondensator 15 mit dem Takteingang 12 einer bistabi- worin len Kippschaltung verbunden.
Die Eingänge 16 und 17 der bistabilen Kippschaltung 13 sind mit »1« belegt, während derNullrückstelleingang 18 mit dem Eingang M1 des Steuerkreises An d. h. mit dem Ausgang 8 der monostabilen Kippschaltung 4 über das NUND-Glied 9 (vgl. Fig. 2) verbunden ist.
Der Ausgang 19 der Kippschaltung 13 ist über einen Widerstand 20 mit dem Kollektor des Transistors 10 verbunden, der seinerseits über einen Widerstand 21 an die Bezugsspannung V, über eine Diode 23 an einen Kondensator 22 und über einen Spannungsteiler aus den Widerständen 25 und 26 an den nicht invertierten Eingang eines Operationsverstärkers 24 geführt ist. An dem parallel geschalteten Kondensator 22 liegt die Kollektor-Emitter-Spannung eines Transistors 27, dessen Basis mit der Basis des Transistors 10 verbunden ist. bo Der Ausgang des Verstärkers 24 speist über einen Widerstand 28 einen Transistor 29, der den Strom Rir die Wicklung des Magnetventils EV1 liefert, die an den Kollektor des Transistors angeschlossen ist. Der Emitter des gleichen Transistors 29 ist einerseits über einen Widerstand 3β mit Masse verbunden und andererseits über einen Widerstand 31 mit dem invertierten Eingang des Verstärkers 24. Schließlich liegt eine Zenerdiode 32 zwischen Kollektor und Basis des Transistors 29.
Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung unter Bezugnahme auf die Impulsdiagramme wird durch die verscniedenen Größen in Fi g. 4 erläutert. Das Irnpulsdiagramm zeigt das gleichzeitige Arbeiten von zwei Magnetventilen EV1 und EV2. Zeile 1 der Fig. 4 zeigt die Signalform am Eingang E1, wobei die Offenstellung des Magnetventils EV1 dem unteren Signalniveau entspricht. Zeile 2 gibt ebenso die Signalform am Steuereingang E2 des Magnetventils EV2 wieder. Diese Signale werden durch die zugeordneten Kreise aus Kondensator, Diode, Widerstand C1, D1, R1 bzw. C2, D2, R2 differenziert. Bei der vorgesehenen Schaltungsweise wird am Ausgang 2 des ODER-Gliedes 1 ein Impuls bei jeder Abfallflanke eines der Signale E, erzeugt. Das Signal am Ausgang 2 des ODER-Gliedes 1 ist in Zeile 3 der Fig. 4 für den beschriebenen Fall wiedergegeben. Am Ausgange der monostabilen Kippschaltung4 erscheint somit ein Signal wie in Zeile4 der Fig. 4 gezeigt. Die Dauer des erzeugten Impulses ist dem RC-Wert des Widerstandes 6 und des Kondensators 7 proportional. Die Dauer entspricht im übrigen dem Zeitintervall tA während dessen das Magnetventil mit erhöhter Stromstärke /,, arbeitet (vgl. Fig. 1). Wenn der Verstärkungseingang Fauf »1« steht, also nicht aktiv ist, ist das den Eingängen M1 der Steuerkreise zugeführte Signal die Umkehrung des Signals, das am Ausgang 8 der monostabilen Kippschaltung 4 auftritt. Dieses Signal M1 ist in Fig. 4 in Zeile 5 wiedergegeben.
Die Ausgangsschaltung des Steuerkreises A, stellt eine übliche Stromerzeugerschaltung dar. Der Kreis aus Verstärker 24, Widerstand 28, Transistor 29 erzeugt in dem Ausgangskreis (Magnetventil EVn Transistor 29, Widerstand 30) einen solchen Strom, daß die Spannung an den Anschlüssen des Widerstandes 30 gleich der Spannung am Eingang 23 des Verstärkers 24 wird. Aus diesem Grunde steuert diese Spannung U1 den Strom in dem Magnetventil nach der Beziehung
45 kv = Strom in dem Magnetventil,
= Größe des Widerstands 30.
Die Zenerdiode 32 schützt den Transistor 29 vor Überspannungen aus dem Magnetventil EVj.
Wenn das /,-Signal »1« ist (Magnetventil nicht gespeist), ist der Transistor 10 gesättigt, und seine Kollektorspannung Uc ist unabhängig von dem Zustand der bistabilen Kippschaltung 13 nahe Null. Der Strom in dem Magnetventil ist vollständig Null. Wenn das /,-Signal Null wird, wird die Abfallflanke mit einer auf den Widerstand 14 und den Kondensator 15 zurückzuführenden Verzögerung an die bistabile Kippschaltung 13 angelegt, deren Ausgang 19 auf »1«, d. h. auf V+ übergeht, weil das Λ/,-Signal seinerseits kurze Zeit zuvor ebenfalls auf »1« übergegangen ist. In entsprechender Weise führt der Übergang des Eingangssignals /, auf Null zur Durchschaltung der Transistoren 10 und 27. Der Kondensator 22 wird über die Diode 23 und die beiden in Parallelschaltung liegenden Widerstände 20 und 21 geladen, bis an dem Schwellenwert der Diode 23 die Spannung V+ als Spannung an den Anschlußklemmen erreicht wird. In diesem Fall erreicht die Spannung Uc den Wert
AV
/J36 = Größe des Widerstands 26,
R25 = Größe des Widerstands 25.
Diese Steuerungsphase entspricht dem Steuerstrom /.,, der wegen der Ladung des Kondensators 22 in exponentieller Zeitabhängigkeit geliefert wird.
Wenn das bei M, anliegende, von der monostabilen Kippschaltung 4 ausgehende und der Zeile 5 in Fig. 4 entsprechende Signa! Nuil wird, wird die bistabile Kippschaltung 13 auf Null zurückgestellt. Das entspricht dem Abfall des Steuerstroms nach dem von der monostabilen Kippschaltung 4 definierten Zeitintervall I4. Der Strom /u kann also programmiert werden. Die Spannung U1 hat nun einen kleineren Wert
A3.
A2.S "
worin A20 bzw. R21 bzw. R2h bzw. R2i die Werte der _■ Widerstände 20 bzw. 21 bzw. 26 bzw. 25 darstellen. Durch die Diode 23 wird jetzt die Wirkung des Kondensators 22 aufgehoben. Sobald das /,-Signal auf »1« übergebt, werden die Transistoren 10 und 27 gesperrt, wodurch einerseits der Strom in dem Magnetventil auf- m hört und andererseits der Kondensator 22 entladen wird.
In dem speziellen Fall haben die in Fig. 4 gezeigten Signale folgende Bedeutung:
Γι
- Zeile 6: Ausgang 19 der bistabilen Kippschaltung 13 des Steuerelements A1,
- Zeile 7: Stromslcuerspannung U1 dauernd an .4,.
- Zeile 8: Ausgang 19 der bistabilen Kippschal
tung 13 des Steuerkreises A2,
- Zeile 9: Stromsteuerspannung Uc dauernd an A2.
Da die monostabile Kippschaltung 4 beiden Steuerkreisen gemeinsam ist und die Magnetventile gleichzeitig gesteuert werden können, kann es sein, daß ein Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 4 bei M1 beispielsweise im Augenblick der Auslösung des Magnetventils 2 auftritt. Da in diesem Augenblick aber kein Signal bei E1 anliegt, wird die bistabile Kippschaltung 13 nicht auf »1« gebracht, und das Nullrückstellsignal Mx ist wirkungslos. Die Arbeitsweise ist die gleiche bei einer großen Zahl von Magnetventilen, die sich demnach nicht gegenseitig beeinflussen.
Die beiden Ströme I4 und 1M sind über U1 proportional der Spannung V, die allen Steuerkreisen A1 gemeinsam sein kann.
Eine gemeinsame monostabile Kippschaltung 4 und eine gemeinsame Bezugsspannung sind zwei wichtige Faktoren, die Genauigkeit und einfachen Aufbau gleichzeitig herbeiführen.
Wenn das Verstärkungssignal F, d. h. Null, zugeführt wird, befinden sich die Eingänge M1 derSleuerkreise A1 ständig auf» 1«, was der Nichtnullstellung der bistabilen Kippschaltungen 13 entspricht, womit U, ständig den oben definierten, dem Steuerstrom I4 entsprechenden Wert(i/,)4 hat.
Die Art der Spannungs-Strom-Umwandlung (Verstärker 24, Transistor 29, Widerstände 28,30,31 und Zenerdiode 32), die zur Umformung von U1 in Strom //.-, im Magnetventil eingesetzt wird, ist ohne Bedeutung. Für diese Umformung existieren zahlreiche sonstige Einrichtungen, und ihre Anwendung ändert den Charakter der Erfindung nicht.
Die beschriebene Schaltungsanordnung kann zur Steuerung der Einspritzventile einer Brennkraftmaschine verwendet werden.
Hierzu 4 Bhiii Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mehrzahl von Magnetventilen, insbesondere Ein-· spritzventilen, einer Brennkraftmaschine, mit einer der Anzahl der Magnetventile entsprechenden Zahl an Steuerkreisen zur Steuerung des Stroms durch die Magnetventile, wobei jeder Steuerkreis einen mit dem jeweiligen Magnetventil in Reihe liegenden Stromverstärker aufweist und mit einem Ansteuersignal beaufschlagt wird, dessen betriebsparameterabhängige Länge die Öffnungsdauer des jeweiligen Magnetventils bestimmt, und mit einer einzigen monostabilen Kippschaltung, doren Eingang die Ansteuersignale aller Steuerkreise zugeführt werden, deren Ausgang mit allen Steuerkreisen verbunden ist und die mit Beginn eines Ansteuersignals für einen bestimmten Steuerkreis einen Impuls erzeugt, während dessen Dauer der bestimmte Steuerkreis in dem mit seinem Stromverstärker in Reihe liegenden Magnetventil einen hohen Einschaltstrom erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Steuerkreis (A1) eine bistabile Kippschaltung (13) vorgesehen ist, die mit Beginn des an ihren Takteingang (12) angelegten Ansteuersignals (E1) gesetzt wird und mit Ende des an ihren Nullrückstelleingang (18) angelegten Impulses (M1) der monostabilen Kippschaltung (4) wieder zurückgesetzt wird und deren Normalausgang (19) mit dem Eingang des Stromverstärkers (24, 28-32) verbunden ist, an den auch ein Kondensator (22) angeschlossen ist, der im gesetzten Zustand der bistabilen Kippschaltung, und zwar bei spannungsführendem Normalausgang (19), aufgeladen wird und am Ende des Ansteuersignals (E1) wieder entladen wird, wobei die während des Ladevorgangs exponentiell ansteigende Kondensatorspannung (U1) über den Stromverstärker (24, 28-32) den hohen, exponentiell ansteigenden Einschaltstrom hervorruft und wobei in der Zeitspanne zwischen dem Zurücksetzen der bistabilen Kippschaltung und dem Ende des Ansteuersignals (E1) bei spannungsfreiem Normalausgang (19) der bistabilen Kippschaltung am Eingang des Stromverstärkers (24, 28-32) eine konstante Spannung anliegt, die niedriger ist als die maximale Ladespannung des Kondensators (22) und die einen Haltestrom (IM in Fig. 1) in dem mit dem Stromverstärker (24,28-32) in Reihe liegenden Magnetventil (EV1) hervorruft.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuersignal (E1) über einen Verzögerungskreis (14,15) an den Takteingang (12) der bistabilen Kippschaltung (13) angelegt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Kippschaltung (4) mit den Takteingängen (12) aller Steuerkreise (A,) über ein NUND-Glied (9) in Verbindung steht, das über ein Verstärkungssignal (F) durchgeschaltet wird.
4. Schallungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Steuerkreis (A1) parallel zu der bistabilen Kippschaltung (13) ein erster Transistor (10) mit seiner Basis-Kollektor-Strecke geschaltet ist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen Masse und Bezugsspannung (V+) liegt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kondensator (22) eine Diode (23) in Reihe geschaltet ist und daß der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (22) und der Diode (23) mit einem Entladetransistor (27) verbunden ist, der gleichzeitig mit dem ersten Transistor (10) angesteuert wird.
DE2749737A 1976-11-05 1977-11-07 Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Mehrzahl von Magnetventilen, insbesondere Einspritzventilen, einer Brennkraftmaschine Expired DE2749737C2 (de)

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