DE3344662C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteue­ rung eines Magnetventils, insbesondere für Kraftstoff- Einspritzventile, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung geht von einer bekannten Schaltungsanordnung mit den wesentlichen Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-OS 26 12 914) aus, bei der die Ansteuerung eines Magnet­ ventils über einen Transistor und eine Treiberstufe erfolgt, der eine Impulsfolge mit variabler Impulsbreite als Sollwert zugeführt wird, wobei die Impulsbreite die Einschaltdauer des Transistors und damit des Magnetventils bestimmt. Es ist ein Zweipunktregler vorgesehen, der den im Magnetventil fließenden Strom als Istwert und ein vom Sollwert abhängiges Signal erhält, das in einer Schaltstufe umgeformt wird, um einen bestimmten Stromverlauf für das Magnetventil zu erzielen. Das Ausgangssignal des Zweipunktreglers wird auf die Treiberstufe geführt.

Es ist auch bekannt (DE-OS 33 22 006), der Basis eines Transi­ stors zum Ansteuern eines elektromagnetischen Stellgliedes die Ausgangssignale eines Computers zuzuführen, mit denen das Taktverhältnis des Transistors bestimmt wird. An einem Meßwiderstand wird eine dem Istwert des Stromes durch das Stellglied entsprechende Meßspannung erzeugt, die digitali­ siert und an den Computer als Istwert zurückgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsan­ ordnung der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß sie einfach aufgebaut und zuverlässig wirksam ist, daß sie das dynamische Regelverhalten verbessert und eine Tempera­ turkompensation vorsieht.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Entsprechend dem Tastgrad des Rechtecksignals ergibt sich eine Amplitude des Analogsignals, das mit dem Rechtecksignal getaktet wird, so daß der Vergleichsstufe ein Sollwert für den Strom zugeführt wird, der den gleichen Tastgrad aufweist wie das Rechtecksignal, aber eine entsprechend der Ein- und Ausschaltzeit des Transistors entsprechende Amplitude.

Es läßt sich die Frequenz des Rechtecksignals verändern, da das Rechtecksignal in das getaktete Analogsignal umgesetzt wird. Das Magnetventil läßt sich mit einer Frequenz ansteu­ ern, mit der nach Art einer Chopperfrequenz die Lagerreibung der beweglichen Teile des Ventils verringert wird. Schließ­ lich ergibt sich die Temperaturkompensation dadurch, daß die dem Strom durch das Magnetventil proprotionale Spannung als Istwert der Vergleichsstufe zugeführt wird und dort mit dem getakteten Analogsignal verglichen wird, so daß der Transi­ stor so angesteuert wird, daß der effektive Strom in der Magnetwicklung unabhängig von Temperaturänderungen konstant bleibt.

Als weiterer Vorteil wird angesehenen, daß zunächst zu Beginn eines Impulses des Rechtecksignals die volle Betriebsspannung an die Magnetwicklung angelegt wird, wor­ auf dann abhängig vom Amplitudenvergleich das Schaltsignal zur Regelung der Spannungsamplitude früher oder später ein­ setzt und damit der Mittelwert der Betriebsspannungsampli­ tude verringert wird. Die volle Betriebsspannung ist vor­ teilhaft, um das Magnetventil schnell zu öffnen, während anschließend zum Offenhalten des Ventils ein kleinerer Strom ausreicht.

Die Treiberschaltung für das Magnetventil zusammen mit der temperaturabhängigen Regelung des Magnetstroms kann unmit­ telbar am Gehäuse des Magnetventils angeordnet werden. Es entfallen damit Temperaturmeßfühler und entsprechende Lei­ tungen, die zur Istwertübertragung des Magnetstroms er­ forderlich sind, wenn beispielsweise in einem Rechner der Tastgrad des Rechtecksignals temperaturabhängig geändert werden sollte.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Schal­ tung zeichnet sich durch einen sehr geringen Aufwand aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der Treiberstufe zur Ansteuerung eines Magnetventils und

Fig. 2 die Darstellung von Signalen, die das Verständnis der in Fig. 1 dargestellten Schaltung erleichtern.

In Fig. 1 dient ein Leistungstransistor 10 zur Ansteuerung eines Magnetventils 11, dessen Wicklung zwischen einer Betriebsspannung +U_B und den Kollektor des Transistors 10 geschaltet ist. Zwischen den Emitter des Transistors und Masse ist ein Meßwiderstand 12 geschaltet, an dem ein Span­ nungsabfall auftritt, der proportional dem in der Magnet­ wicklung fließenden Strom ist, wenn der Transistor 10 durchgeschaltet ist. Das Öffnen und Schließen des Magnet­ ventils wird durch ein Führungssignal bestimmt, das als tastgradmoduliertes Rechtecksignal auf eine Eingangslei­ tung 14 gegeben wird. Während der Impulsdauer des Recht­ ecksignals soll das Ventil geöffnet und während der Pause zwischen den Impulsen geschlossen werden. Das Rechtecksi­ gnal wird von einem nicht dargestellten Rechner geliefert, dem alle erforderlichen Daten zur Bestimmung des Tastgra­ des des Rechtsecksignals eingegeben werden. Bei einer Wi­ derstandsänderung der Magnetspule des Ventils 11, die bei Temperaturänderungen auftritt, verändert sich der Strom­ fluß im Magneten und damit die vom Magnet ausgeübte Kraft, die z. B. das Öffnen der Ventile bei einem bestimmten Druck bewirkt. Um den ef­ fektiven Strom in der Wicklung konstant zu halten, ist eine Temperatur­ kompensationseinrichtung vorgesehen, bei der das Rechtecksignal von der Eingangsleitung 14 auf den Transistor 10 und damit auf das Magnetventil 11 durchgeschaltet wird, ohne den Tastgrad zu ändern, so daß die Genauigkeit des vorgegebenen Soll­ wertes erhalten bleibt. Um den effektiven Strom durch die Magnetwicklung temperaturunabhängig konstant zu regeln wird dagegen die Amplitude der Betriebsspannung U_B über den Transistor 10 geregelt. Dies wird in folgender Weise durchgeführt:

Eine Vergleichsstufe 15 wird der Magnetstrom, der im Meß­ widerstand 12 gemessen wird, über eine Schaltung 16 zur Anpassung der Spannung als Istwert über die Leitung 17 zu­ geführt. Dieses Istwertsignal ist in Fig. 2d dargestellt und weist denselben Tastgrad wie das Eingangsrechtecksignal auf, das in Fig. 2a dargestellt ist.

Dem anderen Eingang der Vergleichsstufe 15 wird über die Leitung 18 eine getaktete Analogspannung zugeführt, die in Fig. 2c dargestellt ist und deren Amplitude proportional dem Tast­ grad des Eingangsrechtecksignals ist. Das Analogsignal wird in einem Digital/Analog-Wandler 20 aus dem Rechteck­ signal auf der Leitung 14 erzeugt. Hierzu dient eine be­ kannte und im einzelnen nicht näher beschriebene RC-Schal­ tung, die aus den Widerständen 21, 22 und dem Kondensator 23 besteht. Dem Wandler 20 ist ein Widerstand 24 und eine Diode 25 vorgeschaltet, die als Spannungsbegrenzung für die Amplitude des Rechtecksignals dient. Damit wird die Ampli­ tude des Rechtecksignals konstant gehalten. Die Amplitude des vom Wandler 20 erzeugten Analogsignals (Fig. 2b) ist somit dem Tastgrad, also dem Impuls/Pausen-Verhältnis des Rechtecksignals proportional.

Dieses Analogsignal wird von dem Eingangsrechtecksignal getaktet. Dies erfolgt in dem Transistor 26, desen Kol­ lektor-Emitterpfad zwischen die Leitung 18 und Masse ge­ schaltet ist und an dessen Basis über einen Transistor 29 das Rechtecksignal vom Eingang 14 ansteht. Damit steht am Eingang der Vergleichsstufe 15 das in Fig. 2c dargestell­ te getaktete Analogsignal als Sollwert an.

In der Vergleichsstufe wird zwischen den beiden synchron und im gleichen Tastgrad anstehenden Sollwert- und Istwert­ signalen ein Amplitudenvergleich durchgeführt. Abhängig von dem Amplitudenvergleich wird in der Vergleichsstufe 15 ein Schaltsignal erzeugt, das eine wesentlich höhere Fre­ quenz als das Rechtecksignal aufweist. Mit diesem Schalt­ signal wird die Basis des Transistors 10 beaufschlagt, der somit beim Einsetzen des Schaltsignals mit der Frequenz des Schaltsignals zwischen dem Sperrzustand und Durchschal­ ten hin- und hergeschaltet wird. Damit wird die an der Ma­ gnetwicklung 11 anliegede Betriebsspannung U_B zerhackt, wie dies in Fig. 2f dargestellt ist. Damit steht an der Magnetwicklung der in Fig. 2f dargestellte geregelte Mit­ telwert der Spannungsamplitude der Betriebsspannung U_B an, der einen unabhängig von der Temperatur der Magnetwicklung konstanten effektiven Strom zur Folge hat. Der sich beim Regeln ergebende Mittelwert für die Amplitude der Betriebs­ spannung ist davon abhängig, zu welchem Zeitpunkt das Schaltsignal während der Impulsdauer erzeugt wird und da­ mit die Regelung einsetzt. Je größer die Regelgröße ist, also je größer der Unterschied zwischen dem Istwertstrom und dem Sollwert, desto früher muß die Regelzeit be­ ginnen, um den erforderlichen Mittelwert zu bilden. Der zur Magnetspannung in Fig. 2f gehörende Strom­ verlauf ist in Fig. 2e dargestellt.

Die Vergleichsstufe 15 ist als Operationsverstärker aufgebaut, der aus dem Amplitudenvergleich abhängig von dem Unterschied in den Amplituden zwischen Soll- und Istwert das zeitabhängig einsetzende Schaltsignal zur Ansteuerung des Transistors 10 erzeugt.

Die negative Betriebsspannung für den Operationsver­ stärker wird in einer an sich bekannten Schaltung 28 in Verbindung mit einem Transistor 29 erzeugt, deren einzelnen Komponenten nicht beschrieben werden. Der Tastgrad des Rechtecksignals auf der Leitung 14 wird durch den Transistor 29 nicht verändert.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse für zwei Eingangs­ rechtecksignale von unterschiedlichem Tastverhältnis dargestellt.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Magnet­ ventils, insbesondere für Kraftstoff-Einspritzventile, mit wenigstens einem Leistungstransistor, der abhängig von einem an seine Basis angelegten tastgradmodulierten Rechtecksignal das Magnetventil an eine Betriebsspannung schaltet, wobei der Tastgrad des Rechtecksignals die Ein- bzw. Ausschaltzeiten des Leistungs­ transistors bestimmt, und einer Vergleichsstufe, der eine an einem Meßwiderstand abgegriffene Spannung, die dem Strom durch das Magnetventil proportional ist, als Istwert und ein von dem Rechtecksignal abhängiger Sollwert zugeführt werden und die als Ausgangssignal ein Schaltsignal zur Ansteuerung des Leistungstransistors erzeugt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Digital/Analog-Wandler (20) vorgesehen ist, in dem aus dem Rechtsignal ein Analogsignal erzeugt wird, dessen Amplitude dem Tastgrad des Rechtecksignals proportional ist, daß eine Schaltstufe (26) vorgesehen ist, von der das Analogsignal von dem Rechteck­ signal getaktet wird und daß das getaktete Analogsignal als Sollwert der Vergleichsstufe (15) zugeführt wird, in der ein Amplitudenvergleich zum Erzeugen des Schaltsignals durch­ geführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analog-Wandler (20) aus einer RC-Schaltung besteht, der eine Spannungsbegrenzungs­ schaltung (24, 25) für die Amplitude des tastgradmodulierten Rechtecksignals vorgeschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitterpfad eines Transistors (26) an die Verbindung zwischen dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers (20) und dem Sollwerteingang der Vergleichsstufe (15) angeschlossen ist und an die Basis des Transistors (26) das tastgradmodulierte Rechtecksignal angelegt ist.