DE2932859A1

DE2932859A1 - Einrichtung zum steuern des stromes durch einen induktiven verbraucher, insbesondere ein magnetventil im kraftstoffzumesssystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2932859A1
Application number: DE19792932859
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl.-Ing. 7141 Schwieberdingen Breitling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-08-14
Filing date: 1979-08-14
Publication date: 1981-03-26
Also published as: US4345296A; JPS5634951A; JPS6315462B2

Description

R. 5 64 6

7.8.1979 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Einrichtung zum Steuern des Stromes durch einen induktiven Verbraucher, insbesondere ein Magnetventil im Kraftstoffzumeßsystem einer Brennkraftmaschine

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Steuern des Stromes durch einen induktiven Verbraucher nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist allgemein bekannt, den Stromfluß durch induktive Verbraucher, die als Schaltelemente wirken, wie z.B. Magnetventile oder Relais, in eine Stromsteuer- bzw. -regelschaltung einzubeziehen. Dies deshalb, weil während einer sogenannten Anzugsphase dem induktiven Verbraucher eine hohe Leistung zugeführt werden muß, um z.B. ein möglichst zeitexaktes Schaltverhalten zu erzielen. Während einer sich an die Anzugsphase anschließenden Haltephase kann der Stromfluß durch den Verbraucher abgesenkt werden, da keine mechanische Arbeit mehr zu verrichten ist, sondern nur die Energie zum Offenhalten z.B. des Magnetventils erforderlich ist und diese Energie sich an der Rückstellkraft des zu schaltenden Elements orientiert.

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Bekannt sind Zweipunkt-Stromregler bei induktiven Verbrauchern, wobei der Stromfluß durch diese Verbraucher in Abhängigkeit von der jeweiligen Stromstärke periodisch ein- und ausgeschaltet wird. Die jeweiligen Schaltpunkte werden ausgehend vom Spannungsabfall über einem Strommeßwiderstand bestimmt.

Bekannt sind auch Verbraucherstromregelungen analoger Art, bei denen der Stromfluß nach Ende der Anzugsphase auf einen Haltewert abgesenkt wird und dieser analoge Wert dann mittels einer Stromregelschaltung aufrechterhalten wird.

Die jeweiligen Stromgrenzwerte sowohl für den maximalen Anzugsstrom als auch für den Haltestrom werden beim Stand der Technik entweder über zwei getrennte Schwellwertschalter erfaßt, oder jedoch über einen Schwellwertschalter mit umschaltbarer Schaltschwelle. In beiden Fällen ist der Schaltungsaufwand beachtlich und es ist eine der Aufgaben der Erfindung, eine möglichst einfache Einrichtung zum Steuern des Stromes durch einen induktiven Verbraucher zu schaffen. Dabei entspricht die Steuerung des Verbraucherstromes teilweise auch einem Regelvorgang.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie einfach in ihrem Aufbau ist und mit wenig Komponenten auskommt, ohne gegenüber den bekannten Steuereinrichtungen in ihrer Wirkung schlechter zu sein.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Ihre Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Impulsdiagramm des Stromes durch einen induktiven Verbraucher und Figur 2 eine Ausführung der beanspruchten Einrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das Ausführungsbeispiel betrifft die stromgeregelte Endstufe eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine. Gerade bei elektromagnetischen Schaltelementen als induktiven Verbrauchern in sogenannten Bordnetzen wie z.B. im Kraftfahrzeug, ist es wesentlich, mit möglichst wenig Energie auszukommen, um erstens die Erwärmung der einzelnen Verbraucher gering zu halten und zweitens die jeweilige Stromquelle nicht unnötig zu belasten.

Figur 1 zeigt den Strom durch ein elektromagnetisches Einspritzventil einer Brennkraftmaschine aufgetragen über der Zeit. Erkennbar ist nach einem EinschaltZeitpunkt to ein möglichst steiler Stromanstieg bis zu einem maximalen Anzugsstrom IAmax am Ende der sogenannten Anzugsphase zum Zeitpunkt ti. Daran schließt sich die Haltephase mit einem auf den Haltestrom IH verringerten Stromfluß bis zum Ende

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der gewünschten Einspritzzeit zum Zeitpunkt t2 an. Die einzelnen Stromwerte sind dabei den Gegebenheiten des Einspritzventils angepaßt. So muß z.B. der maximale Anzugsstrom so hoch gewählt werden, daß dieses Anziehen auch in jedem Fall sicher stattfindet und der Haltestrom wird vorzugsweise so niedrig wie möglich gewählt, um die Erwärmung des Magnetventils im Hinblick auf eine unerwünschte Kraftstofferwärmung gering zu halten. Gleichzeitig muß der Haltestrom IH das Magnetventil jedoch sicher geöffnet halten.

Die einzelnen negativen Flanken im Impulsdiagramm von Figur 1 sind ideal gezeichnet. Bei größerer Auflösung wären natürlich Verschleifungen sichtbar. Dabei wird davon ausgegangen, daß dem Einspritzventil, zu dem das Stromflußdiagramm von Figur 1 gehört, kein Freilaufkreis zugeordnet ist,

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer stromgeregelten Endstufe mit einem Einspritzventil in einer Kraftstoff einspritzanlage .

Mit 10 ist die Magnetwicklung des Einspritzventils bezeichnet, zu der in Reihe die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 11 sowie ein Widerstand 12 liegt. Die Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 11 ist mit einer Zenerdiode 13 überbrückt. Von der Basis gegen Masse liegt eine Reihenschaltung von Zenerdiode 14 sowie eines Transistors 16. Die Verbindungsstelle von Transistor 11 und Widerstand 12 ist über einen Widerstand 17 zum Plus-Eingang eines Schwellwertschalters 18 geführt. Dessen Ausgang ist einmal über eine Reihenschaltung von Diode 19 und Widerstand 20 zum Plus-Eingang rückgekoppelt und steht über

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einen Widerstand 21 mit einer Plus-Leitung 22 in Verbindung. Ferner ist der Ausgang des Schwellwertschalters 18 über einen Widerstand 23 mit der Basis des Transistors 16 gekoppelt.

Eine Eingangsklemme der Einrichtung ist mit 25 bezeichnet. Von dieser Eingangsklemme führt ein erster Widerstand 26 zur Plus-Leitung 22 und je ein Widerstand 27 und 28 zu den Basen zweier Transistoren 29 und 3"?· Der Emitter des Transistors 29 ist unmittelbar an Masse angeschlossen; sein Kollektor erhält über einen Widerstand

30 die Betriebsspannung von der Plus-Leitung 22 zugeführt und er steht mit der Basis eines nachfolgenden Transistors

31 in Verbindung. Auch dieser Transistor 31 ist in Emitterschaltung angeordnet und sein Kollektor ist über einen veränderbaren Widerstand 32 mit der Plus-Leitung 22 sowie über einen Widerstand 33 mit der Basis des Transistors gekoppelt.

Mittels der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 34 ist ein erster Widerstand 35 eines aus zwei Widerständen 35 und 36 bestehenden Spannungsteilers zwischen der Plus-Leitung 22 und Masse überbrückbar. Die Verbindungsstelle der beiden-Widerstände 35 und 36 steht unmittelbar mit dem Minus-Eingang des Schwellwertschalters 18 in Verbindung.

Im Ruhezustand besitzt die Eingangsklemme 25 das Potential Null, infolgedessen ist der Transistor 11 gesperrt und durch die Magnetwicklung 10 fließt kein Strom. Der Plus-Eingang des Schwellwertschalter 18 liegt über die beiden Widerstände 12 und 17 an Masse, der Minus-Eingang

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auf dem Spannungspotential der Plus-Leitung 22, da der Transistor 3^ durchgeschaltet ist. Der Ausgang des Schwellwertschalters 18 liegt somit auf niederem Potential und der Transistor 16 sperrt.

Zum Zeitpunkt to entsprechend der Darstellung von Figur 1 springt das Potential an der Eingangsklemme auf einen positiven Wert. Dadurch wird der Transistor 11 lietend und der Transistor 3^ gesperrt. Der Minus-Eingang des Schwellwertschalters l8 liegt auf mittlerem Pptential, das durch das Spannungsteiler-Verhältnis abhängig von den Widerstandswerten der Widerstände 35 und 36 eingestellt wird. Der Strom durch die Magnetwicklung 10 steigt an und damit der Spannungsabfall über dem Widerstand 12. Sobald das Potential am Plus-Eingang des Schwellwertschalters das des Minus-Einganges übersteigt, kippt der Schwellwertschalter und sein Ausgangspotential geht nach oben. Aufgrund der Mitkopplung über die Diode 19 und den Widerstand 20 wird die Spannung am Plus-Eingang weiter angehoben, so daß ein Spannungsrückgang am Widerstand 12 nicht zum Zurückkippen des Schwellwertschalters führt. Durch das positive Schwellwert-Ausgangssignal wird der Transistor 16 durchgesteuert. Ab diesem Zeitpunkt arbeitet der Transistor 11 zusammen mit der Zenerdiode 1-4 und mit dem Widerstand 12 in Stromregelung, da der konstante Spannungsabfall über die in Sperrichtung betriebene Zenerdiode 14 konstant ist. Da der Haltestrom zwischen den Zeitpunkten ti und t2 nach der Darstellung von Figur 1 wesentlich niedriger als der Spitzenstrom IAraax ist, führt das Einschalten der Stromregelung zu einer angenäherten Sperrung des Transistors 11. Die Kollektorspannung des Transistors 11 steigt auf die Zenerspannung der Zenerdiode 13 an, was zu einer sehr

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schnellen Abnahme des Stromes durch die Magnetwicklung 10 von IAmax auf IH führt.

Der Haltestrom IH wird so lange gehalten, bis das Eingangspotential an der Eingangsklemme 25 wieder auf Null zurückgeht . Dann sorgt die Wirkung der Zenerdiode 13 für eine äußerst schnelle Stromabnahme. Mit dem Zurückschalten des Potentials an der Eingangsklemme 25 wird auch der Transistor 3<p wieder leitend, womit der Minus-Eingang des Schwellwertschalters 18 auf das Potential der Plus-Leitung 22 angehoben wird und infolgedessen das Ausgangspotential des Schwellwertschalters 18 wieder sicher auf Null zurückgeht. Damit ist der Ausgangs zustand wieder erreicht.

Der Gegenstand von Figur 2 erlaubt ein äußerst schnelles Schalten von induktiven Stellgliedern im allgemeinen, stellvertretend für viele Anwendungsmöglichkeiten ist obenstehend die Magnetwicklung eines Einspritzventils genannt. Dabei sind die einzelnen Stromwerte in weiten Grenzen unabhängig voneinander einstellbar. Während der Schwellwert für den maximalen Anzugsstrom IAmax über die Wahl der Werte der beiden Widerstände 35 und 36 erfolgt, ist die Höhe des Haltestromes IH abhängig von der Wahl der Zenerdiode parallel zur Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 11 sowie des Widerstandes 12.

Hauptmerkmal des Gegenstandes von Figur 2 ist die sogenannte Klammerung des Basispotentials des Transistors mittels einer im beschriebenen Beispiel durch eine Zenerdiode realisierten Konstantspannungsquelle. Ferner ist wesentlich, daß das Ausführungsbeispiel mit nur einem

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Schwellwertschalter ohne Schwellwertumschaltung auskommt und die genannte Klammerung abhängig vom Erreichen des maximalen Anzugsstromes IAmax einschaltet.

Anstelle der Zenerdiode Ik kann auch eine Mehrzahl von in Durchlaßrichtung geschalteten Dioden verwendet werden.

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Claims

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Ansprüche

,1Λ Einrichtung zum Steuern des Stromes durch einen induktiven Verbraucher, insbesondere ein Magnetventil Im Kraftstoffzumeßsystem einer Brennkraftmaschine mit einem Stroinschalt- und -meßorgan in Reihe zum Verbraucher und zwischen den Betriebsspannungsleitungen, sowie einem mit dem Strommeßorgan gekoppelten Schwellwertschalter zum Bestimmen des Übergangs zwischen der sogenannten Anzugs- und Haltephase, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromschaltorgan (11) mittels wenigstens eines Transistors (11) realisiert ist und während der Haltephase parallel zur Reihenschaltung von wenigstens einer Basis-Emitter-Strecke und eines Widerstandes (12) als Strommeßorgan eine steuerbare Gleichspannungsquelle (lh) schaltbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihenschaltung von einer Zenerdiode (lh) oder mehreren Dioden sowie einem Transistor (16) die steuerbare Spannungsquelle darstellt.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (18) mit seinem Plus-Eingang am Meßwiderstand (12) angeschlossen ist und sein Minus-Eingang mit einem vom Eingangssignal der Einrichtung steuerbaren Spannungsteiler (15, 36) in Verbindung steht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Dauer des Signals an einer Eingangsklemme (25) der Minus-Eingang des Schwellwertschalters (18) auf mittlerem Potential liegt.

5· Einrichtung nach Anspruch 3_} dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (18) mitgekoppelt ist.

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