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Tastverhältnis-Meßgerät, insbesondere für das
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Ansteuersignal eines elektromagnetischen Ventils bei einem Kraftstoffzumeßsystem
Stand der Technik Kraftstoffzumeßeinrichtungen müssen sehr exakt und zuverlässig
arbeiten, wenn z.B. bestimmte Abgasgrenzwerte eingehalten werden sollen. Bei den
meisten Kraftstoffzumeßeinrichtungen wird der Kraftstoff über intermittierend arbeitende
Einspritzventile in das Saugrohr der Brennkraftmaschine eingespritzt. Andererseits
gibt es mechanisch und kontinuierlich arbeitende Einspritzsysteme, bei denen dann
mittels elektromagnetisch betätigbaren Ventilen z.B. der Kraftstoffdruck zusätzlich
variiert wird. Zur Kontrolle der einzelnen Kraftstoffzumeßsysteme bedarf es Meßgeräten,
die entweder unmittelbar die z.B. eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmen, oder
mittelbar den Durchsatz durch ein solches Ventil anzugeben imstande sind. Da Nengenmeßgeräte
für flüssige Medien recht aufwendig sind, wird zweckmäßigerweise der jeweilige Durchsatz
indirekt ausgehend vom elektrischen Ansteuersignal des Magnetventils gemessen.
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Es ist eine der Aufgaben der Erfindung, ein solches Meßgerät mit einfachem
Aufbau zu schaffen, das exakt und zuverlässig arbeitet und dabei gegen Störsignale
unempfindlich ist.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Tastverhältnis-Meßgerät
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erfüllt die genannten Anforderungen. Es hat
sich gezeigt, daß auftretende Störsignale das Meßergebnis kaum beeinflussen, infolge
dessen der Durchsatz durch das Magnetventil mit guter Genauigkeit ermittelt werden
kann. Darüber hinaus ist das Meßergebnis von der Art der verwendeten Ansteuerschaltung
für das Magnetventil unabhängig, d.h. unabhängig davon, mit welcher Art von Stromregelung
das Magnetventil gesteuert wird.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 ein grobes Schaltbild des elektrischen Teils einer mechanisch arbeitenden Einspritzanlage,
bei der eine Mengenkorrektur auf elektronischem Wege möglich ist. Die Figuren 2
und 3 geben Impulsbilder bei verschiedenen Ansteuermöglichkeiten entsprechend dem
Gegenstand von Figur 1 an. Figur 4 zeigt schließlich ein Schaltbild eines Tastverhältnis-Meßgerätes.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt den elektrischen
Teil eines mechanisch arbeitenden Einspritzsystems mit elektrisch gesteuerter Korrektur.
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Dabei ist mit 10 die Magnetwicklung eines im Taktbetrieb arbeitenden
Magnetventils gezeichnet, zu dem in Reihe ein Vorwiderstand 11 sowie die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Transistors 12 angeordnet ist. Prallel zu dieser Kollektor-Emitter-Strecke
befindet sich eine in Sperrichtung gepolte Diode 13. Die Kollektor-Basis-Strecke
dieses Transistors ist mittels einer Reihenschaltung einer Diode 14 und einer Zenerdiode
15 überbrückt. Seine Ansteuerung erhält der Transistor 12 gegebenenfalls über einen
Zweipunktregler 17 aus einer Korrekturstufe 18, der einmal aus einem Oszillator
19 ein Signal konstanter Frequenz (70 Hertz) zugeführt wird und die ferner zur Bildung
eines betriebskenngrößenabhängigen Tastverhältnisses des Ausgangssignals der Korrekturstufe
18 mit einer Abgassonde 20 in Verbindung steht. Beidseitig zum Widerstand 11 in
Reihe zur Magnetwicklung 10 ist noch je ein Anschluß mit A und B bezeichnet, wobei
der Anschluß A auf der gegen den Transistor 12 liegenden Seite des Widerstandes
11 liegt.
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Die Wirkungsweise des Gegenstandes von Figur 1 ist derart, daß das
Ausgangssignal der Korrekturstufe 18 ein Tastverhältnis 1 : 2 (ti : T) für ein R
= 1 Signal aufweist. Je nach Abweichung von diesem t -Wert wird das Tastverhältnis
größer oder kleiner.
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Figur 2a zeigt das Signal am Meßausgang A, d.h. am Kollektor des Transistors
12. Vor dem Zeitpunkt tO ist der Transistor 12 gesperrt, so daß an seinem Kollektor
das Betriebsspannungspotential anliegt. Nach dem Schalten des Transistors 12 zum
Zeitpunkt tO sinkt das Kollektorpotential auf einen Wert dicht über dem Massepotential
ab.
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Schaltet der Transistor 12 wieder in seinen Sperrzustand zurück, dann
ergibt sich aufgrund der Selbstinduktion in der Magnetwicklung 10 ein positiver
Spannungsimpuls, der nach festgelegter Zeitkonstante abklingt. Zum Zeitpunkt t2
beginnt der beschriebene Vorgang von neuem.
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Figur 2b zeigt den Potentialverlauf an der Verbindungsstelle von Widerstand
11 und Magnetwicklung 10. Im Gegensatz zum Signalverlauf von Figur 2a ergibt sich
zum Zeitpunkt tO beim Durchschalten des Transistors 12 ein kurzer Spannungseinbruch
an dieser Verbindungsstelle von Widerstand 11 und Magnetwicklung 10, da nach dem
Einschalten des Stromflusses dieser erst langsam durch die Magnetwicklung 10 zu
fließen beginnt. Nach Ablauf des Einschaltvorganges, d.h., wenn der in Figur 2b
wiedergegebene Spannungsverlauf in eine horizontale Gerade übergeht, fällt ein Großteil
der Betriebsspannung am Vorwiderstand 11 ab.
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Die Differenzspannung zur Betriebs spannung ergibt sich dann aus dem
Produkt des ohm'schen Widerstandes der Magnetwicklung 10 und der Stromstärke.
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Nach der Darstellung von Figur 2a wird der Transistor 12 jeweils für
die gesamte Zeitdauer des Ansteuerimpulses ti durchgesteuert. Im Hinblick auf eine
möglichst geringe Verlustleitung im Transistor 12 als Schaltelement und damit im
Hinblick auf eine möglichst geringfügige Erwärmung wird ein Impulsbetrieb dieses
Schaltelements vorgezogen. Diese Ansteuerungsart ist prinzipiell bekannt und sie
zeichnet sich dadurch aus, daß zu Beginn eines Einschaltimpulses ti der Stromfluß
durch eine Magnetwicklung bis zu einem maximalen Anzugswert zugelassen wird und
anschließend dieser Stromfluß auf den sogenannten Haltewert zurückgenommen wird
bis zum Ende der gewünschten Erregungszeit zum Zeitpunkt t!.
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Das dann geltende Signalbild am Meßpunkt B ist in Fig. 3a dargestellt.
In Fig. 3b ist der Stromfluß durch das Ventil 10 und den Transistor 12 während der
Dauer des Impulses ti ersichtlich, wobei auf eine erste längere Einschaltphase kürzere
Einschaltphasen folgen.
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Die Regelfrequenz ergibt sich aus den Spulendaten (L,R) und der Zeitkonstante
eines im Zweipunktregler 17 enthaltenen RC-Gliedes.
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Figur 3a verdeutlicht auch das Problem, wenn die zunge des durch das
Magnetventil fließenden Mediums indirekt über das elektrische Ansteuersignal des
Ventils ermittelt werden soll. Problem deshalb, weil die einzelnen Signalflanken
im Hinblick auf das Meßergebnis unterschiedlich zu werten sind.
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Gelöst wird dieses Problem mittels einer umschaltbaren Schaltschwelle
eines den Stromfluß durch die Magnetwicklung 10 erfassenden Meßgeräts. Eine Realisierungsmöglichkeit
eines solchen Meßgeräts findet sich in Figur 4.
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Wesentlichste Bausteine des Gegenstandes von Figur 4, eines Tastverhältnis-Meßgerätes,
sind drei Differenzverstärker 25, 26 und 27, wobei der erste als Inpedanzwandler
wirkt, der zweite der Schwellenumschaltung dient und der dritte als Stromquelle
geschaltet ist. Von einer
Eingangsklemme 28 führt ein Widerstand
29 zum Minuseingang des Verstärkers 25, von dem aus eine in Sperrichtung gepolte
Diode 30 mit einer Plus leitung 31 gekoppelt ist, sowie eine Verbindung über eine
Reihenschaltung zweier Widerstände 32 und 32«zu einer Masseleitung 33 besteht.
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Die Koppelstelle der beiden Widerstände 32 und 32¢ist über eine Diode
324 mit dem Ausgang des Verstärkers 26 verknüpft. Beide Plus-Eingänge der Verstärker
25 und 26 sind miteinander verbunden und über je einen Widerstand 35, 36 und 37
mit der Masseleitung 33, der Plusleitung 31, sowie dem Ausgang des Verstärkers 25
verknüpft. Ausgangsseitig ist der Ausgang dieses Verstärkers 25 über einen Widerstand
38 mit der Masseleitung, über einen Widerstand 39 mit dem Minus-Eingang des Verstärkers
26 sowie über einen Widerstand 40 mit der Plus-Leitung des weiteren Verstärkers
27 verbünden. Zwischen diesem Eingang und der Masseleitung 33 ist noch eine Zenerdiode
41 sowie gegebenenfalls ein Kondensator 42 angeordnet. Nachgeschaltet ist dem Verstärker
27 über einen Widerstand 44 die Basis eines Transistors 45, dessen Emitter über
einen Widerstand 46 mit der Masseleitung 33 und über einen Widerstand 47 mit dem
Minus-Eingang des Verstärkers 27 verbunden ist. Zwischen Kollektor des Transistors
45 und der Plusleitung 31 liegt ein Strommeßinstrument 48.
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Schließlich ist die Basis des Transistors 45 noch über einen Widerstand
49 mit der Minusleitung 33 gekoppelt.
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Wesentlich beim Gegenstand von Figur 4 ist das Umschalten des Schwellenwerts
nach Über- bzw. Unterschreiten eines ersten Wertes. Dies wird zweckmäßigerweise
anhand der Diagramme von Figur 2b sowie Figur 3 erläutert. Unterschreitet das Spannungssignal
am Anschlußpunkt B der
Figur 1 den Spannungspegel P1 entsprechend
der Eintragung im Linienzug von Figur 2b, dann gibt der Verstärker 25 ein positives
Ausgangs signal ab und schaltet den Verstärker 26 um. Als neuer Schwellwert gilt
nun ein der Höhe des Punktes P2 entsprechender Spannungspegel und das Ausgangssignal
des Verstärkers 25 fällt erst dann wieder ab, wenn dieser Pegel P2 überschritten
wird.
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Die dem Verstärker 25 nachgeschaltete Stromquelle mit dem Verstärker
27 sorgt für eine gute Linearität des Meßwerts bei gleichzeitiger weitgehender Unabhängigkeit
von der Versorgungsspannung.
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Durch Wahl einer geeigneten Referenzdiode 11 ist die Anzeige in einem
großen Temperaturbereich auch weitgehend temperaturunabhängig.
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Die Frequenz des am Eingang 28 anliegenden Eingangssignales ist beim
gewählten Beispiel 70 Hertz. Bei dieser Frequenz sorgt die Trägheit des elektromagnetisch
arbeitenden Anzeigeinstruments 48 für ein zitterfreies Meßergebnis. Bei tieferen
Frequenzen empfiehlt sich die Verwendung eines Kondensators 42 parallel zur Diode
41 am Plus-Eingang des Verstärkers 27 zur Glättung des Eingangssignals. Wesentlich
beim Gegenstand der Figur 4 ist noch, daß bei einer Messung des Tastverhältnisses
an einem der Meßpunkte A oder B von Figur 1 keine Belastung der Endstufe auftritt.
Außerdem ist der Abgleich äußerst einfach, da sich mit einem Kurzschließen der Eingangsklemme
28 gegen Masse die Anzeige für ein Tastverhältnis 1,0 ergibt.