DE3110685A1

DE3110685A1 - "einrichtung zum erzeugen bestimmter elektrischer spannungswerte fuer in verbindung mit einer brennkraftmaschine vorhandene verbraucher"

Info

Publication number: DE3110685A1
Application number: DE19813110685
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 7143 Vaihingen Eisele; Martin 7000 Stuttgart Hill; Hartmut Dipl.-Ing. 7015 Korntal Schweizer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1982-09-30
Also published as: JPS57156667A; FR2502250A1; FR2502250B1; US4435745A

Description

R. 6869

U.3.1981 Mü/Kn

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte für in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine vorhandene Verbraucher

Stand der Technik

Schon immer wurde der Spannungsversorgung für Verbraucher bei der elektronischen Brennkraftmaschinensteuerung erhöhte Aufmerksamkeit geschenkt. Dies deshalb, weil in der Regel die zur Verfugung stehende elektrische Spannung in einem Kraftfahrzeug je nach Betriebszustand stark schwankt, wobei primär der Anlaßvorgang aus tiefen Temperaturen wesentlich ist. Speziell durch den Anlaßvorgang fällt die Bordspannung auf niedrige Werte und die Fahrzeughersteller verlangen deshalb eine Auslegung der einzelnen Systeme auf diese Werte im Bereich bis zu etwa 5 oder 6 Volt bei einer normalen Spannungsversorgung von 12 Volt. Die Folge davon ist, daß bei herkömmlichen Systemen während des Betriebs die Versorgungspannung für die einzelnen Verbraucher künstlich gesenkt werden muß, was aus der Sicht der Leitungsbilanz ungünstig ist. Darüber hinaus sind bei niedriger Betriebsspannung für die einzelnen Verbraucher relativ hohe Ströme notwendig, um eine bestimmte Leistung zu erzielen und dies erfordert wiederum hohe Leitungsquerschnitte. Beispielhaft seien hier Stellwerke für die elektronische Dieseleinspritzregelung aufgeführt.

•Ü 8 6 Q

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Differenz zwischen normaler Betriebsspannung und Mindestspannung des Verbrauchers sehr klein gehalten werden kann und aufgrund der möglichen höheren Spannungsverte die Auslegung der einzelnen Verbraucher kostengünstiger ist.

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

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die prinzipielle Anordnung der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte für in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine verhandene Verbraucher, die Figuren 2 bis h Alternativlösungen bezüglich der Signalabnahme, Fig. 5 ein ausführliches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung und schließlich Fig. 6 ein detailliertes Schaltbild des Gegenstandes von Fig. 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in grober Übersicht die Bord-Elektrik eines Kraftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte. Mit 10 ist dabei die Fahrzeugbatterie bezeichnet, mit 11 der Zündschalter. Ausgangsseitig des Zündschalters 11 sind drei Leitungen 12, 13 und lh dargestellt, die mittelbar zu einer

symbolisch, dargestellten einzigen Lampe 15» zu einem Anlasser 16 und unmittelbar zur betreffenden Einrichtung 17 zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungs-werte führen. Am Ausgang der Einrichtung 17 liegt schließlich noch ein Verbraucher 18, an dem eine stabilisierte Spannung zur Verfugung steht. Erkennbar ist aus der Prinzipdarstellung nach Fig. 1, daß ein Teil der elektrischen Verbraucher eines Kraftfahrzeuges unmittelbar mit der Batterie 10 koppelbar ist, während spezielle Verbraucher über die Einrichtung 17 mit einem konstanten Spannungspegel versorgt werden. Die Einrichtung 17 zum Erzeugen eines bestimmten Spannungswertes umfaßt eine Spannungserhöhungsschaltung bestehend aus einer Spule 20 und einer Diode 21 in der Plusleitung 22 und einem Schalter 23 von der Verbindungstelle -von Spule 20 und Diode 21 zu einer Minusleitung 2.h. Angesteuert wird der Schalter 23 von Ausgangssignalen eines Reglers 25, der wiederum ein Eingangssignal vom Ausgangsanschluß 26 der Einrichtung 17 erhält. Von diesem Ausgangsanschluß 26 liegt schließlich noch ein der Energiespeicherung dienender Kondensator 27 gegen Masse.

. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Ansprechschwelle des Reglers 25 mehr oder weniger dicht unterhalb der normalen Batteriespannung liegt, so daß die Spannungserhöhungsschaltung mit den Elementen 20, 21 und 23 nur zu den relativ seltenen Zeiten erhöhten Leistungsbedarfes der Brennkraftmaschine - z.B. beim Startfall - in Aktion treten.

Unterschreitet beim Gegenstand von Fig. 1 die Spannung über dem Kondensator 27 einen bestimmten Wert, dann schaltet der Regler 25 ein und taktet den Schalter 23. Dies wiederum bewirkt in der Spule 20 Selbstinduktionspitzen, deren positive Anteile über die Diode 21 zum Speicherkondensator 27 gelangen. Je nach Häufigkeit der Betätigung des Schalters 23 läßt sich auf diese Weise das Spannungspotential am Ausgang 26 der Einrichtung "Hochpumpen". Das Ausmaß dieses

Hochpumpens ist schließlich abhängig von der Differenz der gewünschten Ausgangsspannung gegenüber der zur Verfügung stehenden Batteriespannung. In jedem Fall wird dadurch sichergestellt, daß am Verbrauch 18 ein bestimmter Spannungswert auch bei niedrigen Batteriespannungswerten nicht unterschritten wird.

Wesentliche Gesichtspunkte bei dem in Fig. 1 prinzipiell dargestellten Gegenstand der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte sind die Wahl der Ein- und Ausschaltpunkte für den Regler 25.

Die Figuren 2, 3 und h zeigen verschiedene Möglichkeiten von Abnahmestellen für das Ein/Ausschalt-Signal für den Regler 25· Auch dies sind wiederum nur prinzipielle Darstellungen, deren Realisierung als solche jedoch für den Fachmann keine Probleme mit sich bringt. Beim Gegenstand von Fig. 2 ist ein Schwellwertschalter 30 für die Abfrage der Spannung der Batterie 10 vorgesehen.. Unterschreitet diese Batteriespannung einen bestimmten Wert, dann wird der Regler 25 aktiviert und beaufschlagt den als Schalter 23 wirkenden Transistor 31 derart und solange mit Impulsen, bis über dem Kondensator 27 die gewünschte Spannung wieder erreicht ist.

Gestrichelt gezeichnet ist in Fig. 2 parallel zur Diode ein Schalter 32, der von einem Relais 33 betätigbar ist. Zweck des Schalters ist es, während des Normalbetriebs, d.h. bei genügend hoher Batteriespannung, die Diode 21 kurzzuschließen,.um einen unnötigen Leistungsverlust zu vermeiden. Das Ansteuersignal für das Relais 33 kann dabei zeitlich zusammenfallen mit dem Ausgangs signal des Schwellwertschalters 30 für den Regler 25.

Fig. 3 zeigt prinzipiell die gleiche Schaltungsanordnung wie Fig. 2 mit dem einen Unterschied, daß als Eingangsspannung für den Schwellwertschalter 30 die Spannung hinter

der Spule 20 abgegriffen wird. In diesem Fall muß der Schwellwertschalter 30 Zeitglieder mit umfassen, die die Spannungserhohungen im aktiven Betrieb der Spannungserhöhungschaltung ausgehend von der Spule 20 ausblenden.

Eine weitere Möglichkeit zeigt Fig. U. Dort wird das Eingangssignal für den Schwellwertschalter 30 vom Ausgang der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter Spannungswerte abgenommen und es entspricht dem jeweiligen Ist-Wert.

Fig. 5 zeigt eine weitere prinzipielle Darstellung der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte mit den Grundelementen Spule 20, Diode 21, Transistor 31 als Schalter 23 von Fig. 1 und Kondensator 27. In Reihe zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 31 liegt hier noch ein Strommeßwiderstand 35. Er dient der Realisierung einer Strombegrenzungsschaltung für den Kollektorstrom des Transistors 31. Der Basis dieses Transistors 31 ist ein UND-Gatter 36 mit vier Eingängen 37 bis kO vorgeschaltet. Eingangsgröße für dieses UND-Gatter 36 sind die Ausgangssignale dreier Vergleicher kl, k2 und H 3 - Während der Vergleicher kl die Eingangsspannung erfaßt und das prinzipielle Ein-Ausschaltverhalten der Einrichtung bestimmt, dient der Vergleicher k2 dem Soll-Istwertvergleich der Ausgangs spannung. Der dritte Vergleicher k3 erfaßt den Spannungsabfall über dem Widerstand 35 zur Realisierung der Strombegrenzung für den Transistor 31. An den vierten Eingang (38) des UND-Gatters 36 wird schließlich ein Signal aus einer gegebenenfalls steuerbaren Wechselsspannungsq.uelle k5 angelegt. Ihre Frequenz kann über einen Eingang k6 veränderbar sein, wobei als Einflußgröße auch das Ausgangssignal der Strombegrenzungseinrichtung (Vergleichet 3) zum Tragen kommen kann.

Die Schaltschwellen vor allem der Vergleicher kl und k2 sind auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen und können eine mehr oder weniger große Hyterese aufweisen.

Ein ausführliches Beispiel für den Gegenstand von Fig. 5 zeigt Fig. 6, wobei ebenfalls gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind. Die einzelnen Vergleicher U1, 1*2 und k3 sind "beim Gegenstand von Fig. 6 in bekannter Form aufgebaut. Die Wechselspannungsquelle lj-5 ist mittels eines RC-Generators bekannter Bauart realisiert. Im Gegensatz zur Darstellung von Fig. 5 findet sich bei Fig. 6 nicht das UID-Gatter 36 in unmittelbarer Form. Es ist vielmehr aufgespalten, wobei die Ausgangs signale des Vergleichers U3 und des Oszillators U5 auf den Schnell wert des Vergleichers ^t-1 einwirken, während beide Ausgänge der Vergleicher U1 und h2 auf einen gemeinsamen Eingangsanschluß des Transistors 31 geführt sind. Einzelheiten des obenbeschriebenen Schaltungsaufbaus des in der Zeichnung in Fig. β näher dargestellten Gegenstandes sind dem Fachmann seit langem geläufig und es erübrigt sich daher ein weiteres Eingehen.

Zusammengefaßt weisen die obenbeschriebenen Einrichtungen zum Erzeugen bestimmter Spannungswerte folgende Vorteile auf:

- Die Ausgangs spannung der Einrichtung kann auf ein gewünschtes Niveau angehoben werden. Dadurch Schutz nachfolgender Verbraucher gegen Spannungseinbrüche.

- Auslegung der Verbraucher auf höhere Spannung, kleineren Strom.

- Die erforderliche Eingangsspannung, bei deren Unterschreitung die Regelung einsetzen soll, kann genau eingestellt werden.

- Von einander unabhängiges Einstellen der Regelgrößen möglich und dadurch optimaler Wirkungsgrad des Schaltreglers erreichbar.

- Kurζ zeitbetrieb bei entsprechender Auslegung.

- Geringe Verlustleistung der Einrichtung durch mögliches Kurzschließen von Diode 21 und/oder Spule 20 im nicht aktiven Betrieb.

r-λθ

- Der Spitzenstrom durch den Transistor 31 kann auf einen zulässigen Wert begrenzt -werden.

Je nach Frequenz des Oszillators ^5, der das Schaltsignal für den Transistor 31 liefert, kann die Spule 20 als gesondertes Bauelement dann entfallen, Trenn eine entsprechend hohe Frequenz gewählt wird und die Leitungsinduktivität dann bereits für die erforderliche Selbstinduktion ausreicht.

Claims

R. Ob υ 9

k.3.1981 Mü/Kn

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

/1 . !Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungs-werte für in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine vorhandene Verbraucher, die auf Mindestspannungen ausgelegt sind und mit einer Spannungserhöhungschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhungschaltung (20, 21, 23) im Bereich der Mindestspannung einschaltbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhungschaltung aus einer Reihenschaltung "von Induktivität (20) und Diode (21) in einer Spannungsversorgungsleitung (22) für den Verbaucher besteht und zwischen Induktivität (20) und Diode (21) ein Schalter (23) gegen die zweite Versorgungsleitung (2U) geschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagbar ist.
k. Einrichtung nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhungschaltung bei einer Eingangs spannung unterhalb eines bestimmten Wertes einschaltbar ist und eine Ausgangsspannungsregelung auf einen bestimmten Sollwert erfolgt.
5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schalter 23, 31 eine Strombegrenzungseinrichtung (in Verbindung mit dem Vergleicher U3) zugeordnet ist.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schalter 23, 31 ein .UND-Gatter 36 vorgeschaltet ist, das eingangsseitig mit einer Wechselspannungsquelle ^5 und wenigstens einem Vergleicher die Eingangsspannung Ui, die Ausgangs spannung ^2 und dem Strom durch den Schalter 23, 31 "verbunden ist.
T. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Induktivität (Spule 20) die Leitungsinduktivität der Zuleitung ausgenützt wird.
8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des nicht aktiven Betriebs der Einrichtung die Diode 21 und/oder die Spule 20 überbrückbar ist.