DE3327393A1

DE3327393A1 - Steuereinrichtung zum schnelleren schalten eines elektromagnetischen verbrauchers, insbesondere in verbindung mit brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3327393A1
Application number: DE19833327393
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Jundt; Wolfgang Dipl.-Ing. 7141 Möglingen Kosak; Peter Dipl.-Ing. 7135 Wiernsheim Werner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-07-29
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1985-02-14
Also published as: JPS6045002A; GB2144280B; US4559483A; GB2144280A; GB8413349D0

Description

R. i5S35

15.7.1983 Sr/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Steuereinrichtung zum schnelleren Schalten eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere in Verbindung mit Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. In der DE-OS 26 20 I8I ist eine Schaltung beschrieben, bei der mit Hilfe einer Kapazität eine Spannungsüberhöhung an einem elektromagnetischen Verbraucher erzeugt wird. Diese Spannungsüberhöhung bewirkt nun ein schnelleres Einschalten des elektromagnetischen Verbrauchers. Bei der offenbarten Schaltung ist es jedoch nicht möglich, den Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher zu Null zu machen, den Verbraucher also vollkommen abzuschalten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß einerseits ebenfalls mit Hilfe einer Kapazität und mittels Schalteinrichtungen eine Spannungsüberhöhung an einem

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elektromagnetischen Verbraucher erzeugt und dadurch der Einschaltvorgang des Verbraucher beschleunigt wird, und daß andererseits der Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher zu Null gemacht und damit der Verbraucher vollkommen abgeschaltet werden kann. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung besteht dabei aus wenig Bauelementen, besitzt einen einfachen Schaltungsaufbau, und kann bei geringeren Anforderungen an die Einschaltzeit des Verbrauchers noch weiter vereinfacht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung, Figur 1 und Figur 2, dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt den Schaltungsaufbau einer Steuereinrichtung zum schnelleren Schalten eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere in Verbindung mit Brennkraftmaschinen. Die Schaltung besteht dabei aus einem elektromagnetischen Verbraucher V 40, einer Kapazität C 11, einer Schalteinrichtung Sk 12, einem Widerstand R 13, den Schalteinrichtungen S1 1U, S2 15 und S3 16, einer Einrichtung zur Ansteuerung der Schalteinrichtungen 17, der Kapazität C_

und'dem Widerstand R_ 19·

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Die gesamte Schaltung hat die Form einer Brückenschaltung.' Der eine Zweig dieser Brückenschaltung umfaßt dabei die

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folgenden Bauelemente: einer der beiden Anschlüsse des Verbrauchers V ist an die Batteriespannung U₇, angeschlossen. Der andere Anschluß des Verbrauchers V führt zum Verknüpfungspunkt 22. Zwischen diesem Verknüpfungspunkt und einem Verbindungspunkt 20 liegt die Schalteinrichtung

51. Vom Verbindungspunkt 20 führt dann die Schalteinrichtung Sh nach Masse. Der zweite Zweig der Brückenschaltung beinhaltet die folgenden Schaltelemente: der Widerstand R ist mit seinem einen Anschluß an die Versorgungsspannung U_ und mit seinem anderen Anschluß an

die Schalteinrichtung S2 angeschlossen. Ein Verbindungspunkt 21 ist zum einen mit dieser Schalteinrichtung S2 und zum anderen mit einer weiteren Schalteinrichtung S3, die nach Masse führt, verbunden. Die Brücke zwischen den beiden Verbindungspunkten 20 und 21 wird von der Kapazität C gebildet. Desweiteren führt noch eine Serienschaltung aus

der Kapazität C_n, und dem Widerstand R_ vom Verknüpfungss a

punkt 22 nach Masse. Die Schalteinrichtungen S1, S2, S3 und S^ werden von der Einrichtung zur Ansteuerung dieser Schalteinrichtungen 17 angesteuert. ·

Die Schalteinrichtungen S1, S2, S3 und SU werden nun von der Einrichtung zur Ansteuerung dieser Schalteinrichtungen so angesteuert, daß immer entweder die Schalteinrichtungen S2 und Sk geschlossen und die beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 geöffnet sind, oder der umgekehrte Zustand auftritt. Sind nun die Schalteinrichtungen S2 und SU geschlossen und damit die beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 geöffnet, so besteht ein Strompfad von der Versorgungsspannung U₁₃ über den Widerstand R, die Schalteinrichtung rs

52, die Kapazität C und die Schalteinrichtung SU nach Masse. Es wird also dadurch die Kapazität C so auf eine positive Spannung aufgeladen, daß der Verbindungspunkt

Λ Γ! Ci "7 C

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ein höheres Potential besitzt als der Verbindungspunkt Im anderen Zustand der Schalteinrichtungen, wenn aiso die Schalteinrichtungen S2.und Sk offen und die beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 geschlossen sind, dann besteht ein Strompfad von der Versorgungsspannung LL, über den Verbracher V, die Schalteinrichtung S1 zum Verbindungspunkt 20, und von dort über die Kapazität C und die Schalteinrichtung S3 nach Masse. Es fließt also jetzt ein Strom über den Verbraucher V und die Kapazität C. Besaß nun der Verbindungspunkt 21 vor dem Umschalten in den momentanen Zustand der Schalteinrichtungen ein Potential, das größer als lull war, so wird im Umschaltzeitpunkt dieses Potential des Verbindungspunktes 21 auf Masse gezogen. Diese Absenkung des Potentials am Verbindungspunkt 21 bewirkt auch eine Absenkung des Potentials des Verbindungspunktes 20. War z.B. die Kapazität auf die positive Spannung U„ aufgeladen, besaß also der Verbindungspunkt 21 das Potential U^, so wird im Umschaltzeitpunkt der Verbindungspunkt 20 auf das Potential -U_ abgesenkt. Dadurch liegt jetzt am Verbraucher V die Spannung 2.U_ an, es wurde also im Umschaltzeitpunkt eine Spannungsüberhöhung am Verbraucher bewirkt. Diese Spannungsüberhöhung hält jedoch nur eine gewisse Zeit an, da die Kapazität C sich umlädt und die •Absenkung des Potentials am Verbindungspunkt 20 dadurch gegen Hull geht. Die kurzzeitige Spannungsüberhöhung am Verbraucher V reicht jedoch- aus, die Einschaltzeit des Verbrauchers deutli_wch zu verkürzen. Bezeichnet man den Widerstand des Verbrauchers V mit IL. und benutzt man als Kapazität C einen Elektrolytkondensator, so sollte diese Kapazität C so gewählt werden, daß die Zeitkonstante R„, C genügend groß wird, um dadurch eine sinnvolle Verbesserung des Einschaltverhaltens des elektromagnetischen Verbrauchers zu erreichen. Wird der elektromagnetische Verbraucher V wieder abgeschaltet, sind also die Schalteinrichtungen S1 und S3 geöffnet und die Schalteinrichtungen S2 und Sk

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geschlossen, so wird wieder die Kapazität C über den Widerstand R so auf eine positive Spannung aufgeladen, daß der Verbindungspunkt 21 ein positives Potential besitzt. Dadurch entsteht beim nächsten Einschaltvorgang des elektromagnetischen Verbrauchers V wieder eine Spannungsüberhöhung an diesem Verbraucher V, wodurch wieder eine kürzere Einschaltzeit erreicht wird. Die Serienschaltung von Kapazität Cp, und Widerstand R_ vom Verknüpfungspunkt nach Masse dient dem Freilauf des elektromagnetischen Verbrauchers V. Beim Abschalten des Verbrauchers V wird die Kapazität C_n, von Ausgleichsströmen des Verbrauchers V aufgeladen, beim Einschalten des Verbrauchers V wird die Kapazität C_n, wieder entladen. Es ist nun möglich, die Schalteinrichtung Sk durch eine mit Durchlaßrichtung nach Masse gepolte Diode 23 zu ersetzen. Dadurch kann einerseits eine Schalteinrichtung eingespart werden, andererseits .hat dies jedoch zur Folge, daß die Kapazität C nicht mehr auf die volle Batteriespannung U aufgeladen werden kann, und daß damit auch nicht mehr die maximal mögliche Spannungsüberhöhung am Verbraucher Y erzeugt wird.

Figur 2 zeigt das Schaltbild einer vereinfachten Steuereinrichtung zum schnelleren Schalten eines elektromagnetischen Verbrauchers, bei der der R-,-C -Freilauf des Ver-

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brauchers aus Figur 1 gleichzeitig zur Einschaltstromunterstützung durch Spannungsüberhöhung benutzt wird. Die Schaltung besteht dabei aus einem elektromagnetischen Verbraucher V 30, einer Kapazität C 31, einer Diode D 32, einem Widerstand R 33, einer Schalteinrichtung S1 3^, einer weiteren Diode D₀₀ 35, einer Schalteinrichtung S3 36, und einer Einrichtung zum Ansteuern der Schalteinrichtungen 37·

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Der elektromagnetische Verbraucher V liegt mit seinem einen Anschluß an der Versorgungsspannung U_, sein anderer Anschluß ist mit dem Verknüpfungspunkt ItO verbunden. Von diesem Verknüpfungspunkt U0 führt zum einen ein Weg über die Schalteinrichtung S1 zum Verbindungspunkt 38 und von dort über die in Durchlaßrichtung gepolte Diode D nach Masse, zum anderen führt ein zweiter Zweig über den Widerstand R und die in Durchlaßrichtung gepolte Diode D₃₃ zum Verbindungspunkt 39 und von dort über die Schalteinrichtung S3 ebenfalls nach Masse. Zwischen den Verbindungspunkten 38 und 39 liegt die Kapazität C. Die Schalteinrichtungen S1 und S3 werden von der Einrichtung zur Ansteuerung dieser Schalteinrichtungen 37 angesteuert.

Die Schalteinrichtungen S1 und S3 werden von der Einrichtung zur Ansteuerung dieser Schalteinrichtungen so angesteuert, daß entweder diese beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 geöffnet oder daß sie geschlossen sind. Sind die beiden Schalteinrichtungen geöffnet, so besteht ein Strompfad von der Versorgungsspannung U_ über den Verbraucher V, den Widerstand R, die Diode D ₂, die Kapazität C und die Diode D nach Masse. Dadurch wird die Kapazität C so auf eine positive Spannung aufgeladen, daß der Verbindungspunkt 39 ein höheres Potential besitzt als der Verbindungspunkt 38. Werden die beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 geschlossen, so wird das Potential des Verbindungspunktes 39 auf Masse gezogen. Dadurch wird auch das Potential des Verbindungspunktes 38 abgesenkt. Dies bewirkt eine Spannungsüberhöhung am elektromagnetischen Verbraucher V. Aufgrund dieser Spannungüberhöhung fließt ein erhöhter Strom durch den Verbraucher V, was eine Verkürzung der Einschaltzeit des Verbrauchers V zur Folge hat. Da die Kapazität C sich umlädt, geht auch die Absenkung des Potentials des Verbindungspunktes 38 gegen Null, so daß'nach einer gewissen Zeit am Verbraucher V nur noch die Versorgungsspannung U

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anliegt. Wird der elektromagnetische Verbraucher V wieder abgeschaltet, werden also die beiden Schalteinrichtungen S1 und S3 wieder geöffnet, so wird die Kapazität C-wieder auf eine positive Spannung so aufgeladen, daß der Verbindungspunkt 39 ein positives Potential besitzt. Dieser Aufladevorgang der Kapazität C stellt gleichzeitig auch den Freilauf des elektromagnetischen Verbrauchers V dar. Es wird also bei geöffneten Schalteinrichtungen S1 und S3 die Energie des elektromagnetischen Verbrauchers V auf die Kapazität C umgeladen.

Vergleicht man das Ausführungsbeispiel der Figur 1 mit dem Ausführungsbeispiel der Figur 2, so besteht der Unterschied, daß in Figur 1 die Kapazität C in jedem Fall auf den Wert der Versorgungsspannung U_, aufgeladen wird, während in Figur 2 die Spannung auf die die Kapazität C aufgeladen wird, vom Strom abhängt, der vom elektromagnetischen Verbraucher V beim Abschalten geliefert wird. Es wird dabei in der Schaltung der Figur ^, so sein, daß die Kapazität C vom elektromagnetischen Verbraucher V auf eine geringere Ladung aufgeladen wird als im Ausführungsbeispiel der Figur 1, was eine geringere Spannungsüberhöhung am elektromagnetischen Verbraucher V und damit auch eine geringere Schaltzeitverkürzung des Verbrauchers V beim Einschalten zur Folge hat.

Die Schaltung der Figur 2 liefert also bei einem einfacheren Aufbau eine gewisse Verbesserung der Einschaltzeit eines elektromagnetischen Verbrauchers.

Wesentliche Verbesserungen dieser Einschaltzeit werden aber nur von der Schaltung der Figur 1 erreicht, wobei insbesondere bei kleinen Batteriespannungen Einschaltzeiten erreicht werden können, die sonst nur bei Steuergeräten mit schaltgeregelten Endstufen möglich sind.

Die Wahl der zu benutzenden Schaltung hängt also stark von den Anforderungen an die Einschaltzeit des elektromagnetischen Verbrauchers V ab.

Bei dem Einsatz dieser beiden Schalteinrichtungen in Verbindung mit Brennkraftmaschinen können als elektromagnetische Verbraucher z.B. Magnetventile eines Kraftstoff zumeßsystems angesteuert werden. Dadurch ist es dann möglich, die Ventil-anzugszeiten dieser Magnetventile zu verkürzen, was kürzere Einspritzzeiten des Kraftstoff zumeßsystems und damit höhere Drehzahlen der Brennkraftmaschine zur Folge hat.

- Leerseite -

Claims

15.7.1983 Sr/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

Steuereinrichtung zum schnelleren Schalten eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere in Verbindung mit Brennkraftmaschinen, mit einer Spannungsüberhöhung am Verbraucher mit Hilfe einer Kapazität und einer Schalteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt von Verbraucher, Kapazität und Schalteinrichtung um

eine Spannung abgesenkt wird,.die einem negativen Spannungswert entspricht, auf den die Kapazität aufgeladen war.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch'1, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die Kapazität über einen Widerstand und die Schalteinrichtung so auf einen positiven Spannüngswert aufgeladen wird," daß der dem Verbindungspunkt abgewandte Anschluß der Kapazität ein höheres Potential besitzt als der Verbindungspunkt von Verbraucher, Kapar zität und Schalteinrichtung.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von weiteren Schalteinrichtungen zuerst durch das Aufladen der Kapazität der dem Verbindungspunkt abge'wandte Anschluß der Kapazität ein hohes Potential erhält und dann dieser dem Verbindungspunkt abgewandte Anschluß der Kapazität auf ein niedereres Potential abgesenkt wird.

k. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schalteinrichtung zwischen dem Verbraucher und dem Verbindungspunkt angeordnet ist, eine zweite Schalteinrichtung in Reihe zum Widerstand geschaltet ist und eine dritte Schalteinrichtung parallel zur Kapazität und zur vierten Schälteinrichtung liegt, wobei die vierte Schalteinrichtung sich zwischen dem Verbindungspunkt des Verbrauchers und der Kapazität und Masse befindet.

5'· Steuereinrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen von einem einzigen Ansteuersignal und dessen inversem Signal geschaltet werden.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Schalteinrichtung durch eine Diode ersetzt wird.

7· Steuereinrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung von zweiter Schalteinrichtung und Widerstand an die Versorgungsspannung angeschlossen ist.»

8. Steuereinrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung von zweiter Schalteinrichtung und Widerstand mit dem der Versorgungsspannung abgewandten Anschluß des Verbrauchers verbunden ist.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schalteinrichtung durch eine Diode ersetzt wird.

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10. Steuereinrichtung nach wönigst-ens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,· daß der Freilauf des elektromagnetischen Verbrauchers zur Spannungsüberhöhung verwendet wird, indem beim Abschalten des Verbrauchers dessen Energie gespeichert wird, tim dann beim Wiedereinschalten des · Verbrauchers zur Spannungsüberhöhung benutzt zu werden.