DE3214195A1 - Stromregler fuer einen elektromagnetischen verbraucher in verbindung mit einer brennkraftmaschinensteuerung - Google Patents

Stromregler fuer einen elektromagnetischen verbraucher in verbindung mit einer brennkraftmaschinensteuerung

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Description

2U . 3 . 1982 Mü/Pi
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
Stromregler für einen elektromagnetischen Verbraucher in Verbindung mit einer Brennkraftmaschinensteuerung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Stromregler für einen elektromagnetischen Verbraucher in Verbindung mit einer Brennkraftmaschinensteuerung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist aus der DE-OS 21 32 717 eine Ansteuerschaltung für Magnetventile mit einer Reihenschaltung eines Meßwiderstandes und eines als Stromsteuerorgan dienenden Transistors in Reihe zur Magnetwicklung eines Einspritzventils. Die dort offenbarte Schaltungsanordnung dient nun dazu, zu Beginn eines Einschaltimpulses dem Magnetventil einen relativ hohen Strom zu liefern und während der der Anzugsphase folgenden Haltephase des Magnetventils den sogenannten Haltestrom auf einem geringeren Niveau zu regeln. Zur Realisierung des Regelvorgangs wird die über dem Meßwider-
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stand anfallende Spannung erfaßt und mit einem Sollwert verglichen. Am Ende des gewünschten Einspritzimpulses wird bei der bekannten Schaltungsanordnung der Strom durch das Magnetventil auf Null reduziert. Im Zusammenhang mit kontinuierlich arbeitenden Benzineinsprit zsystemen zeigt die DE-OS 2.\ 37 713 ein getaktetes Elektromagnetventil, das abhängig von Korrekturgrößen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen ein- und ausschaltbar ist. Eine Stromregelung offenbart diese DE-OS 2h 37 713 nicht.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Stromregler mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erlaubt eine exakte Regelung des Stromes durch den elektromagnetischen Verbraucher und wenn er in Verbindung mit einer Kraft stoffeinspritzanlage eingesetzt wird, eine äußerst exakte-Kraftstoffzumessung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles. So erlaubt z.B. eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Stromreglers ein schnelleres und sicheres Abschalten der Kraftstoffzufuhr während des Schiebebetriebes und darüber hinaus sind Maßnahmen angegeben, mit denen die Arbeitsweise von Stromregler und Beschaltung überwachbar ist.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert. Es zeigen Figur 1 ein aus-
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führliches Schaltbild eines Stromreglers mit Schaltungseinzelheiten zum Abschalten der Kraftstoffzufuhr im Schiebebetrieb, Figur 2 ein Signaldiagramm zum Erläutern der Wirkungsweise der Schaltungsanordnung während des Schiebebetriebes und Figur 3 und k Hilfsschaltungen zum Überwachen der konkreten Arbeitsweise der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das Ausführungsbeispiel betrifft eine Schaltungsanordnung zum ergänzenden Steuern der Kraftstoffmenge bei einem kontinuierlich arbeitenden Kraft stoffzumeßsystem. Dabei steuert der elektromagnetische Verbraucher den Kraftstoffdruck, der letztlich in den kontinuierlich arbeitenden Einspritzventilen die zugemessene Kraftstoffmenge bestimmt. Der im Anspruch genannte elektromagnetische Verbraucher ist deshalb beim Ausführungsbeispiel eine elektrohydraulisches Stellwerk.
Figur 1 zeigt zwischen einer Plus-Leitung 10 und einer Minus-Leitung 11 eine Reihenschaltung von Meßwiderstand 12, elektrohydraulischem Stellwerk 13 und Transistor "\k als Steuerorgan. Die Basis des Transistors "\k ist über einen Widerstand 15 am Ausgang eines Differenzverstärkers 16 angeschlossen, dessen Plus-Eingang über einen Widerstand 17 mit der Verbindungsstelle von Stellwerk 13 und Meßwiderstand 12 gekoppelt ist. Am Minus-Eingang des Verstärkers 16 liegt eine Vergleichsspannung an, die u.a. durch das Verhältnis zweier Wider-
stände 18 und 19 zwischen den Batteriespannungsleitungen 10 und 11 bestimmt wird. Ein Kondensator 20 verleiht dem Differenzverstärker 16 die Wirkungsweise eines Integrators.
Änderbar ist der Strom durch das Stellwerk 13 über Signale an Eingängen E1 bis E3, die mit 22, 23 und 2k bezeichnet sind. Davon steht der Eingang 22 über einen Widerstand 25 und die Eingänge 23 und 2k über je eine Reihenschaltung von Widerstand 26 bzw. 27 und einer Diode 28 bzw. 29 mit dem Plus-Eingang des Verstärkers 16 in Verbindung. Ein weiterer Signaleingang E^ trägt die Bezugsziffer 32 und er ist über einen Widerstand 33 und eine Diode 3^ mit dem Minus-Eingang des Differenzverstärkers 16 gekoppelt.
Die bisher beschriebene Grundstruktur der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt:
Abhängig von verschiedenen Eingangsignalen an den Anschlußpunkten E1 bis E3, 22 bis 2k wird ein Strom durch das Stellwerk 13 erzeugt. Durch die Widerstände 18 und 19 wird eine Vergleichsspannung gebildet. Das Potential am Plus-Eingang des Verstärkers 16 entspricht im normalen Regelbetrieb dem Wert der am Minus-Eingang anliegenden Vergleichs spannung. Wird das Signal an einem der Eingänge 22 bis 2k über das Potential am Minus-Eingang des Verstärkers 16 angehoben, dann erhöht sich auch das Signal am Plus-Eingang des Verstärkers 16 und sein Ausgangs signal steigt. Infolgedessen erhöht sich auch der Strom durch den Transistor Ik. Dieser erhöhte Strom bewirkt am Meßwiderstand 12 einen höheren Span-
nungsabfall, was im Sinne einer Gegenkopplung auf den Differenzverstärker 16 virkt. Mit Hilfe des vom Plus-Eingang gegen Masse liegenden Widerstandes 36 läßt sich ein Grundstrom durch das Stellwerk 13 einstellen. Dieser Strom ist für Systeme, die lediglich eine Erhöhung der Kraft stoffzumessung und keine Abmagerung des Gemischs vorsehen, gleich KuIl. Bei Systemen mit Abmagerung wird ein positiver Grundstrom angestellt. Durch ein Absenken des Potentials an einem der Eingänge 22 bis 2H verringert sich auch der Strom durch das Stellwerk 13.
Durch Schalten des Eingangs EU, d.h. des Anschlusses 32 auf Massepotential kann je nach Festlegung des Widerstandes 33 ein Strom beliebiger Größe eingestellt werden. So kann z.B. EH mit einem Start Signalgeber verbunden sein und es erfolgt dann während der Betätigung des Start schalters ein Startanhebung.
Wesentlich erscheint, daß die Signale an den Eingängen E1 bis E3, 22 bis 2k sowohl kontinuierlich als auch getaktet sein können und entsprechend verläuft dann auch der Strom durch das Stellwerk 13, wobei bei dessen getakteter Ansteuerung die Taktfrequenz so hoch gewählt werden sollte, daß das Stellwerk selbst aufgrund seiner Trägheit dem Taktsignal nicht zu folgen vermag.
Die restliche Beschaltung des aus Figur 1 ersichtlichen Stromreglers betrifft die Steuerung des Stellwerks im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine. In diesem
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Fall soll eine Umsteuerung des Stromes durch das Stell werk 13 erfolgen, was dem sicheren Abschalten der Kraftstoffzufuhr dient.
Einem Eingang Uo für ein Drehzahlsignal folgt eine Diode h 1 . Eine Reihenschaltung von Widerstand k-2, Kondensator h3 und zwei Widerständen hh und ^5 liegt zwischen den Betriebsspannungsleitungen 10 und 11. Die Diode k~\ ist dabei zur Verbindungsstelle von Widerstand k2 und Kondensator U 3 geführt. Parallel zum Widerstand ^5 liegt eine Diode h6 und die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors h"J . Dessen Kollektor ist über einen Widerstand U8 mit der Plus-Leitung 10 gekoppelt und über einen Widerstand 1+9 mit einem Summenpunkt 50. Ein Kondensator 51 überbrückt den Transistor k"J. Ein temperaturabhängiges Signal gelangt von einem Anschlußpunkt 5^ über eine Diode 55 und einen Widerstand 56 zum Summenpunkt 50, zwischen dem und der Masse-Leitung 11 noch ein Kondensator 57 liegt. Ein aus zwei Widerständen 59 und βθ bestehender Spannungsteiler zwischen den Batteriespannungsanschlüssen 10 und 11 speist ein konstantes Potential in die Verbindungsstelle von Diode 55 und Widerstand 56 ein. Verbunden ist der Summenpunkt 50 über einen Widerstand 62 mit dem Minus-Eingang eines Operationsverstärkers 63. Dessen Plus-Eingang steht einmal über eine Reihenschaltung von Widerstand 6k und Leerlaufschalter 65 mit der Plus-Leitung 10 in Verbindung, ferner über einen Widerstand 66 mit der Minus-Leitung 11 und über eine Diode 6? mit dem Kollektor des Transistors 1k. Sein Ausgang ist über einen Widerstand 69 zur Basis eines emitter seitig an Masse
-Jf- -
liegenden Transistors TO geführt. Dessen Kollektor steht wiederum mit einem Summenpunkt 71 in Verbindung, von dem aus ein Widerstand 72 am Minus-Eingang des Operationsverstärkers 63 liegt, eine Reihenschaltung zweier Widerstände 73 und 7^ zur Plus-Leitung 10 geführt ist, eine Reihenschaltung von Diode 75 und Widerstand 76 eine Verbindung zum Meßwiderstand 12 herstellt und schließlich eine Reihenschaltung von Widerstand 77 und Diode 78 zusätzlich das Signal am Plus-Eingang des Verstärkers 16 bestimmt. An der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 73 und lh ist die Basis eines emitterseit ig an der Plus-Leitung liegenden Transistors 8o angeschlossen, dessen Kollektor über einen Widerstand 81 mit der Verbindungsstelle von Stellwerk 13 und Transistor lh gekoppelt ist. Schließlich besteht noch eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Verstärkers 63 und der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 18 und 19 über eine Reihenschaltung eines Kondensators 83 und eines Widerstandes 8k.
Am Anschlußpunkt ko liegt ein drehzahlabhängiges Signal an. Mit Beginn von dessen positiver Amplitude sperrt die Diode h"\ und der zuvor entladene Kondensator i+ 3 wird über die Widerstände k2 und kk sowie die Basis-Emitter-Strecke des Transistors hj aufgeladen. Dieser Transistor hj leitet und entlädt den Kondensator 51. Nach ca. 0,5 Millisekunden bei einer speziellen Beschaltung ist der zuvor genannte Aufladevorgang des Kondensators ^3 soweit beendet, daß der Transistor h'J wieder sperrt und der
Kondensator 51 über den Widerstand U8 aufgeladen wird. Der Spannungsverlauf ü"ber dein Kondensator 51 erfährt durch den Tiefpaß mit dem Widerstand ^9 und dem Kondensator 57 eine Glättung. Wesentlich ist nun, daß die Spannungsmittelwerte am Kondensator 57 mit steigender Drehzahl kleiner "werden.
Wenn nun bei höherer Drehzahl (n = nab) der Schalter (Leerlaufschalter) geschlossen wird, dann liegt Schiebebetrieb vor und die Spannung am invertierenden Eingang des Verstärkers 63 liegt unter der Vergleichs spannung am nicht invertierenden Eingang. Damit schaltet der Verstärker 63 sein Ausgangspotential auf einen hohen Wert und die Transistoren 70 und 80 leiten infolgedessen. Gleichzeitig wird auch der Plus-Eingang des Verstärkers 16 über den Widerstand 77 und die Diode 78 nach Masse geschaltet, so daß Transistor 1U sperrt. Infolgedessen ergibt sich im Stellwerk 13 eine Stromrichtungsumkehr, da nun eine leitende Verbindung von der Plus-Leitung 10 über den Transistor 80, den Widerstand 81, das Stellwerk 13, die Reihenschaltung von Widerstand 76 und Diode 75 und den Transistor 70 besteht.
Mit sinkender Drehzahl unterschreitet die Spannung über dem Kondensator 57 wieder die am Plus-Eingang des Verstärkers 63 anliegende Vergleichsspannung, so daß das ursprüngliche Signalverhalten mit dem Stromregler - u.a. mit den Merkmalen des Meßwiderstandes 12, dem Stellwerk 13 und dem Transistor 1U - wieder gegeben ist. Durch die Mitkopplung über den Widerstand 72 erhält die Schaltungsanordnung eine Hysterese, d.h.,
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daß die Abschneidedrehzahl η ab immer über der Wiedereinsetzdrehzahl nwe liegt.
Das Netzwerk mit den Widerständen 595 βθ und 56 sowie der Diode 55 bestimmt den Temperatureinfluß auf das Verhalten der Schaltungsanordnung während des Schiebebetriebs. Dabei bilden die Widerstände 59 und 60 eine Temperaturschwelle und der Widerstand 56 bestimmt das Ausmaß des Temperatureinflusses. Die Wiedereinsetzdrehzahl nwe wird bei hohen Temperaturwerten mit dem Widerstand 66 eingestellt. Dargestellt ist dieser Temperatureinfluß auf die Drehzahlschwellen des Abschneidens und Wiedereinsetzens in Figur 2. Daraus ist ersichtlich, daß die einzelnen Drehzahlwerte umso höher liegen, je tiefer die Temperatur ist. Eingetragen sind in die Darstellung von Figur 2 noch die Auswirkungen unterschiedlicher Bauelementedimensionierung, über die man in einem vorgegebenen Bereich der Motortemperatur einen gewünschten temperaturabhängigen Verlauf der Schubabschneide- und Wiedereinsetzdrehzahlen erhält.
Bei einem Defekt in der Schaltungsanordnung von Figur 1 , z.B. beim sogenannten Durchlegieren der Transistoren kj TO, einem Masseschluß der Kondensatoren U3, 51 und 57, kann ein ständiges Abschalten der Kraft stoffzufuhr auftreten, da dann fortlaufend Schiebebetrieb simuliert wird. Dieser Fall ist sehr kritisch, weil der Motor dann ausgeht und auch nicht mehr gestartet werden kann. Im folgenden werden deshalb zwei Möglichkeiten der
Vf ί~ I *Τ IV
Schaltungsüberwachung aufgezeigt. Möglichkeit 1 (Figur 3):
Grundvoraussetzung für aas Absperren der Kraftstoffzufuhr im Schiebebetrieb ist ein geschlossener Leerlaufschalter 65. Dem Gegenstand von Figur 3 liegt nun der Gedanke zugrunde, das Potential am Ausgang des Schalters 65 mit dem Potential am Kollektor des Transistors TO additiv zu verknüpfen. Die Schaltungsanordnung nach Figur 3 weist einen Operationsverstärker 100 auf, dessen Plus-Ausgang über eine Parallelschaltung von Diode 101 und Widerstand 102 an der Plus-Leitung 1o und über eine Parallelschaltung von Widerstand 103 und Kondensator IOU mit der Masseleitung 11 verbunden ist. Je ein Widerstand 105, I06 führt vom Minus-Eingang des Verstärkers 100 zur Verbindungsstelle a von Schalter 65 und Widerstand Gh bzw. zum Verknüpfungspunkt 71 als einer Anschlußstelle c. Ausgangsseitig steht der Verstärker 100 über einem Widerstand 108 und eine Diode 109 mit der Basis des Transistors 80 in Verbindung (Anschluß b). Schließlich weist der Verstärker 100 noch eine Mitkopplung auf, die den ausgangsseitigen Widerstand I08 mit umfaßt.
Liegt nun der unzulässige Fall vor, daß bei geöffnetem Schalter 65, d.h. tiefem Potential am Anschluß a, auch der Transistor 70 durchgeschaltet ist, und damit am Verknüpfungspunkt 71 (c) ebenfalls tiefes Potential herrscht, dann springt der Ausgang des Operations-
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Verstärkers 100 von Figur 3 auf einen hohen Wert und sperrt den Transistor 8θ. Damit diese Verriegelung beim Einschalten des Geräts nicht ungewollt erfolgt, wird der Spannungsanstieg am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 100 durch den Kondensator 1Qk verzögert. Die Diode 101 schützt die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8θ. Beim Auftreten dieses beschriebenen unzulässigen Falles wird das Stellwerk 13 weder in der einen noch in der anderen Richtung erregt, weil sowohl der Transistor λ^\ , als auch der Transistor 8θ sperrt. Die Auslegung der Kraftstoff zumessung hat bei diesem Beispiel folglich so zu erfolgen, daß im nicht erregten Zustand des Stell werks 13 zumindest noch Not fahrbetrieb möglich ist.
Zweite Möglichkeit (Figur h):
Mit der in Figur 3 gezeigten Schaltungsanordnung kann der Transistor 80 nicht abgesichert werden. Figur k zeigt daher eine Schaltungsmöglichkeit, mit der auch dieser Fall berücksichtigt werden kann. Im einzelnen ergibt sich folgenden Aufbau. Der Minus-Eingang eines Operationsverstärkers 110 steht über einen Widerstand 111 mit dem Kollektor des Transistors 80 in Verbindung (Anschlußpunkt b'). Der Plus-Eingang ist einmal über eine Parallelschaltung von Widerstand 112 und Kondensator 113 mit der Plus-Leitung 10 gekoppelt und ferner über je einen Widerstand 11U und 115mit der Verbindungsstelle von Widerstand 81 und Stellwerk 13 sowie der Verbindungs stelle von Schalter 65 und Widerstand 6h (siehe An-
I Τ IWW
schlußpunkte c' und a). Mitgekoppelt ist der Operationsverstärker 110 mittels eines Widerstandes 116. Er steht ausgangs seitig mit dem Anschlußpunkt 32 der Figur 1 in Verbindung und außerdem über eine Diode 118 mit einem bei Bedarf beaufschlagbaren Anschlußpunkt 119-
Die Widerstände 76, 81, 112, 111, 11h und 115 werden derart ausgelegt, daß bei Stromfluß durch den Widerstand 81 und geöffnetem Schalter 65 das sich am Plus-Eingang des Operationsverstärkers 110 ergebende Potential dasjenige am Minus-Eingang unterschreitet. Dadurch springt das Ausgangspotential des Operationsverstärkers 110 auf einen tiefen Wert und über die Diode 3*+ wird der Transistor TO gesperrt. Die Hysterese - bestimmt durch den Widerstand II6 - wird so stark ausgelegt, daß auch bei geschlossenem Leerlaufschalter 65 der Transistor TO nicht mehr leitend werden kann. Dadurch wird sichergestellt, daß bei durchlegiertem, d.h. ständig leitendem Transistor 80 und geschlossenem Leerlaufschalter 65 sowie bei niedriger Drehzahl kein Absperren der Kraft stoffzufuhr erfolgt.
Bei durchlegiertem Transistor 80 und angesteuertem Transistor 1H (er bestimmt das Ausmaß der Anreicherung beim betreffenden Ausführungsbeispiel) kann der Transistor lh durch den hohen zusätzlichen Strom durch den Transistor 80 überlastet und ebenfalls durchlegiert werden. Dies könnte zu einem fortdauernden hohen Anreicherungsstrom durch das Stellwerk führen, wodurch unter Umständen die Brennkraftmaschine
wegen Überfettung des Benzin-Luft-Gemisches ausgehen könnte. Über die Diode 118 kann zu diesem Zweck der Vergleichswert an einem Anschlußpunkt II9 so stark erniedrigt werden, daß dann keine Anreicherung mehr erfolgen kann. Durch diesen Eingriff wird dann die Schaltungsanordnung vollständig außer Betrieb gesetzt, jedoch läuft die Brennkraftmaschine aufgrund der Notlaufeigenschaften der mechanischen kontinuierlichen Einspritzung weiter.
Beide in den Figuren 3 und k angegebene Schutzschaltungen können auch miteinander kombiniert werden.

Claims (1)

  1. 32U195
    R. J7764
    2*4.3.1982 Mü/Pi
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
    Ansprüche
    1./Stromregler für einen elektromagnetischen Verbraucher in Verbindung mit einer Brennkraftmaschinensteuerung mit einem Meßwiderstand (12) und einem Stromsteuerorgan (iU) in Reihe zum Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromsteuerorgan ( 1 h ) ein Differenzverstärker (i6) vorgeschaltet ist, dessen Plus-Eingang mit Steuergrößen sowie mit einem Signal vom Meßwiderstand (12) beaufschlagbar ist und an dessen Minus-Eingang ein vorzugsweise steuerbares Vergleichssignal anliegt.
    2. Stromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (16) als Integrator beschaltet ist.
    3. Stromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichtung im Verbraucher (13) umsteuerbar ist.
    U. Stromregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische
    Ψϊ «7
    Verbraucher (13) ein elektromagnetisches Stellwerk für die Kraftstoff zumessung bei einer Brennkraftmaschine ist.
    5. Stromregler nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellwerk (13) der Steuerung der Kraftstoff zumessung "bei einem kontinuierlich arbeitenden Benzineinspritzsystem dient.
    6. Stromregler nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit ihm während des Schiebebetrieb das elektromagnetische Stellwerk (13) auf Nullmenge einstellbar ist.
    7. Stromregler nach wenigstens einem der Ansprüche
    1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromrichtungsumkehr die beiderseitigen Anschlüsse des Stellwerks (13) mit den jeweils anderen Betriebsspannungsleitungen über elektronische Schalter (TO und 8o) verbindbar sind.
    8. Stromregler nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß zum Steuern der Kraftstoffzufuhr während des Schiebebetriebes eine den elektronischen Schaltern (TO und 8o) vorgeschaltete Schaltungsanordnung mit einem Verstärker (83) Signale bezüglich Drehzahl, Drosselklappenstellung und vorzugsweise auch der Temperatur verarbeitet.
    9. Stromregler nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Signale des Leerlaufsschalters (65) und des Stromschaltorganes (70) additiv miteinander verknüpft werden und bei auf einen unzulässigen Betrieb hindeutende gleiche Potentialwerte das Stellwerk (13) stromlos gesteuert wird.
    10. Stromregler nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 j dadurch gekennzeichnet, daß bei einer unzulässigen Kombination von Signalwerten am Leerlaufschalter (65) und den Stromschaltorganen (TO, 80) das Stromsteuerorgan (1U) gesperrt wird.
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