DE3511966A1

DE3511966A1 - Stromregelung fuer einen elektromagnetischen verbraucher in verbindung mit brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3511966A1
Application number: DE19853511966
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 7143 Vaihingen Gässler; Wolfgang Dipl.-Ing. 7141 Möglingen Kosak; Peter Dipl.-Ing. 7135 Wiernsheim Werner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1986-10-09
Anticipated expiration: 2005-04-03
Also published as: JPS61231617A; DE3511966C2

Description

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IU.3.1985 Sr/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO Stuttgart 1

Stromregelung für einen elektromagnetischen Verbraucher in Verbindung mit Brennkraftmaschinen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stromregelung für einen elektromagnetischen Verbraucher nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 32 1k 195 ist ein Stromregler bekannt, bei dem ein Meßwiderstand, der elektromagnetische Verbraucher und ein Stromsteuerorgan eine Reihenschaltung bilden. Mit dieser Reihenschaltung werden die positiven Ströme durch den elektromagnetischen Verbraucher geregelt. Damit auch negative Ströme durch den elektromagnetischen Verbraucher fließen können, ist bei der bekannten Schrift ein weiterer Strompfad mit geschalteten Transistoren vorgesehen. Dies hat zur Folge, daß die negativen Ströme nur bestimmte Werte annehmen können, also nicht regelbar sind. Sin weiterer Nachteil des bekannten Stromreglers ist der hohe Bauteileaufwand, sowie die nicht vorhandene Möglichkeit der Messung des negativen Stroms.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stromregelung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs erlaubt demgegenüber eine exakte Regelung des Stroms durch den elektromagnetischen Verbraucher, und zwar des positiven wie des negativen Stromes durch den Verbraucher. Dies wird dadurch erreicht, daß eine erste Serienschaltung aus einem Meßwiderstand, dem elektromagnetischen Verbraucher und einem gesteuerten und/ oder geregelten Stromsteuerorgan an einer ersten Spannung anliegt und daß eine zweite Serienschaltung aus einem weiteren Widerstand und dem gesteuerten und/oder geregelten Stromsteuerorgan an einer zweiten, größeren Spannung anliegt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, sowie aus den Unteransprüchen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert. Figur 1 zeigt ein ausführliches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Stromregelung, Figur 2 ein Schaltbild des bekannten Stromreglers, sowie Figur 3 ein Schaltungsteil der Figuren 1 und 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei den Ausführungsbeispielen handelt es sich um Stromregelungen, die in Verbindung mit Brennkraftmaschinen, insbesondere mit der Zumessung von Kraftstoff in die Brennräume von Brennkraftmaschinen mit Hilfe von elektromagnetisch betätigbaren Einspritzventilen oder Stellgliedern, besonders vorteilhaft eingesetzt werden können.

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Figur 1 zeigt eine Schaltung einer derartigen Stromregelung. Insgesamt besteht dabei die gesamte Stromregelung aus dem Stromregler 50, der Wandlung 56, dem Notlauf 57 und der Schubabschaltung 58. Angesteuert wird die gesamte Stromregelung von dem Taktsignal TV, von dem Notlaufsignal NL und dem Signal für die Schubabschaltung SAS

Bei der Wandlung 56 wird das Taktsignal TV über einen Widerstand 6θ dem Schaltungspunkt D zugeführt, von dem aus des weiteren eine Diode 61 und ein Widerstand 62 mit einer stabilisierten Spannung US verbunden sind. Zuletzt ist an dem Schaltungspunkt D die Basis eines Transistors 63 angeschlossen, dessen Kollektor-Emitterstrecke von der stabilisierten Spannung US über einen Widerstand 6k nach Masse führt. Der Kollektor des Transistors 63 ist über einen Widerstand 65 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 6j verbunden, der des weiteren über eine Kapazität 66 an Masse liegt. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 6¹J ist schließlich einerseits mit den Ausgang des Operationsverstärkers 67 verbunden", andererseits über einen Widerstand 68 mit dem Schaltungspunkt A.

Bei dem Taktsignal TV handelt es sich um ein pulsbreiten moduliertes Signal mit fester Frequenz. Die Wandlung hat nun die Aufgabe, dieses Taktsignal TV in eine entsprechende Gleichspannung umzuwandeln, wobei diese unabhängig sein soll von den Schwankungen der Bordnetzspannung, sowie von den Toleranzen des elektromagnetischen Verbrauchers und der sonstigen Bauelemente. Dies wird dadurch erreicht, daß das Taktsignal TV zuerst den Transistor 63 ansteuert, um danach mit der sich ergebenden Rechteckspannung über den aus dem Widerstand 65 und der Kapazität 66 bestehenden Tiefpaß und dem aus dem Opera-

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tionsverstärker βΤ "bestehenden Impedanzwandler eine dem Pulsbreitenverhältnis entsprechende Gleichspannung am Schaltungspunkt A zur Verfugung zu stellen. Wichtig ist dabei, daß es sich bei der Versorgungsspannung der Wandlung 56 um eine stabilisierte Spannung handelt. Weiter ist noch zu erwähnen, daß die Impedanzwandlung nicht unbedingt notwendig ist.

Das Notlaufsignal NL ist an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 70 angeschlossen, dessen invertierender Eingang mit dem Mittelabgriff eines aus den Widerständen 71 und 72 bestehenden Spannungsteilers verbunden ist, der an der stabilisierten Spannung US gegen Masse liegt. Gleichzeitig ist der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 70 mit dem Schaltungspunkt F verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 70 führt nun einerseits über eine Diode 75 zum Schaltungspunkt Ξ sowie andererseits über einen Widerstand 7^· und eine Diode 73 zum schon erwähnten Schaltungspunkt D. Zuletzt bildet ein Widerstand 77 und eine Diode f6 eine Serienschaltung von der stabilisierten Spannung US zum Ausgang des Operationsverstärkers 70, wobei der Mittelabgriff dieser Serienschaltung über eine Diode 78 an den ebenfalls schon erwähnten Schaltungspunkt A angeschlossen ist.

Im Normalbetrieb nimmt das Notlauf signal NL einen niederen Wert ein, so daß aufgrund der Werte der Widerstände 71 und 72 das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 70 ebenfalls einen niederen Wert aufweist. Dies bewirkt, daß in diesem Betriebszustand die Schaltungspunkte D, A und E in keiner Weise beeinflußt werden. Tritt hingegen eine Fehlfunktion der zum Beispiel das Taktsignal TV bildenden Einrichtung auf, so wird das Notlaufsignal NL auf einen hohen Wert gesetzt. Dies hat zur Folge, daß

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auch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers TO einen hohen Wert annimmt, Dadurch wird über den Widerstand Tk und die Dioden 73 und 61 die Wandlung 56 gesperrt, sowie gleichzeitig mit Hilfe des Widerstands 77 und der Diode 78 eine definierte Spannung am Schaltungspunkt A eingestellt. Zuletzt wird mit Hilfe der Diode über den Schaltungspunkt E auch die noch zu erläuternde Schubabschaltung 58 gesperrt. Insgesamt bewirkt also das Auftreten eines Notlaufsignals das Abschalten der normalen Funktionen und das Einstellen eines definierten Zustande.

Das Signal für die Schubabschaltung SAS wird über einen Widerstand 80 dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 81 zugeführt, wobei dieser Eingang des weiteren mit dem Schaltungspunkt Ξ verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 81 ist an den Schaltungspunkt F angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 81 ist einerseits mit dem Schaltungspunkt C, sowie andererseits über die Widerstände 83 und 82 mit einer Batteriespannung UB verbunden, die größer ist als die stabilisierte Spannung US. Am Mittelabgriff des aus den beiden Widerständen 82 und 83 bestehenden Spannungsteilers liegt die Basis eines Transistors 8U₅ dessen Kollektor-Emitterstrecke von der Batteriespannung UB über einen Widerstand 85 zum Schaltungspunkt B führt. Parallel zu dieser Transistorschaltung liegt ein Widerstand 86 ebenfalls zwischen der Batteriespannung UB und dem Schaltungspunkt B.

Ohne Schubabschaltung weist das Signal SAS einen hohen Wert auf, so daß der Ausgang des Operationsverstärkers 31 ebenfalls auf einem hohen Wert liegt. Dadurch sperrt der Transistor Qk, so daß insgesamt, wie später noch

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genauer gezeigt werden -wird, vom Schaltungspunkt C aus keine Beeinflussung der Stromregelung stattfindet. Es fließt nur ein Strom von der Batteriespannung UB über den Widerstand 86 zum Schaltungspunkt B. Liegt hingegen der Betriebszustand der Schubabschaltung vor, so weist das Signal SAS einen niederen Wert auf, was zur Folge hat, daß auch das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 81 auf einem derart niederen Wert liegt. Dies bewirkt jetzt, wie später noch erläutert werden wird, caß mit Hilfe des Schaltungspunktes C die Stromregelung abgeschaltet, und daß mit Hilfe des jetzt leitenden Transistors Sk ein bestimmter, definierter Strom zum Schaltungspunkt B fließt.

Figur 2 zeigt einen Stromregler, wie er aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik bekannt ist. Die Bezugszeichen des in der Figur 2 dargestellten Stromreglers 50 entsprechen dabei den im Stand der Technik verwendeten Bezugsζeichen.

Ausgehend von der stabilisierten Spannung US bildet eir. Meßwiderstand 12, ein elektromagnetischer Verbraucher und ein Transistor lh eine Serienschaltung nach Masse. Die Basis des Transistors lh wird dabei über einen Widerstand 15 von einem Operationsverstärkers 16 angesteuert. Gleichzeitig liegt die Basis des Transistors 1U über einen Widerstand 31 auf Masse. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 16 ist zum einen über einen Widerstand 17 mit dem Verbindungspunkt des Meßwiderstands 12 und des Verbrauchers 13 sowie zum anderen direkt mit dem Schaltungspunkt A und indirekt über eine Diode 30 mit dem Schaltungspunkt C verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 16 hingegen liegt auf einer Spannung, die durch einen Spannungstei-

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ler bestehend aus den Widerständen 18 und 19 an deren Verbindungspunkt zur Verfügung steht. Der zuletzt genannte Spannungsteiler ist dabei zwischen die stabilisierte Spannung US und Masse geschaltet. Der Ausgang des Operationsverstärkers 16 ist über eine Kapazität 20 mit dem invertierenden Eingang desselben rückgekoppelt. Der Verbindungspunkt des elektromagnetischen Verbrauchers 13 und des Transistors 1U entspricht dem Schaltungspunkt B.

Es sei nun angenommen, daß dem Schaltungspunkt B ein beliebiger Strom zugeführt wird und daß der Schaltungspunkt C auf einem hohen Potential sich befindet. Dieser Betriebszustand ist genau dann vorhanden, wenn das Signal SAS für die Schubabschaltung einen hohen Wert aufweist, d. h. also, wenn die Schubabschaltung nicht aktiv ist. In dem beschriebenen Betriebszustand wird dann der Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher 13 einzig und allein mit Hilfe des Transistors 1k in Abhängigkeit von der am Schaltungspunkt A anliegenden Spannung beeinflußt. Ändert sich die Spannung am Schaltungspunkt A, verändert sich auch der Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher 13, wobei diese Änderung mit Hilfe des Meßwiderstands 12 und des Widerstands 17 geregelt vonstatten geht.

Im Betriebszustand der Schubabschaltung liegt der Schaltungspunkt C, wie schon ausgeführt wurde, auf einem niederen Wert, wodurch der Transistor "\h abgeschaltet wird. Gleichzeitig fließt während der Schubabschaltung, wie ebenfalls schon erläutert wurde, ein konstanter Strom zum Schaltungspunkt B, was zur Folge hat, daß dieser Strom als negativer Strom über den elektromagnetischen Verbraucher 13 weiterfließt.

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Tritt nun der Betriebszustand des Notlaufs ein, so wird, •wie gesagt, die Wandlung 56 und die Schubabschaltung 58 gesperrt, was bedeutet, daß am Schaltungspunkt C ein hoher Wert anliegt und in den Schaltungspunkt B ein beliebiger Strom fließt. Gleichzeitig wird vom Notlauf 57 eine definierte Spannung an den Schaltungspunkt A angelegt, so daß insgesamt mit Hilfe des Transistors 1^ ein bestimmter, definierter Strom über den elektromagnetischen Verbraucher während des Notlaufs eingestellt ist.

Figur 3 zeigt einen speziellen Schaltungsteil der Figuren 1 und 2. Insbesondere zeigt Figur 3 die Serienschaltung des Meßwiderstands 12, des elektromagnetischen Verbrauchers und des Transistors 1k von der stabilisierten Spannung US nach Masse, sowie die Serienschaltung des Widerstands So und des Transistors 1^ von der Batteriespannung UB nach Masse. Der Verbindungspunkt des elektromagnetischen Verbrauchers 13, des Transistors 1 ^ und des Widerstands 86 ist der Schaltungspunkt B. Vom Verbindungspunkt des Meßwiderstands 12 und des Verbrauchers 13 wird die am Meßwiderstand 12 liegende Spannung zur weiteren Verarbeitung weggeführt. Die strichlierte Verbindung dieser Abzweigung zur Basis des Transistors lh soll die Abhängigkeit dieses Transistors Ik -von der am Widerstand 12 anliegenden Meßspannung andeuten. Wichtig ist bei der in der Figur 3 dargestellten Schaltung, daß die Batteriespannung UB größer ist als die stabilisierte Spannung US.

Soll nun ein großer positiver Strom über den elektromagnetischen Verbraucher 13 fließen, so wird der Transistor lh so angesteuert, daß am Meßwiderstand 12 ein dem gewünschten Strom entsprechender Spannungsabfall entsteht. In diesem Betriebszustand fließt dann der gewünschte Strom

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über den Verbraucher 13 und den Transistor 1^, sovie zusätzlich ein vom Widerstand 86 abhängiger Strom über diesen Widerstand und den Transistor \\. Soll hingegen ein kleiner positiver Strom über den elektromagnetischen Verbraucher 13 fließen, so wird der Transistor 1U so eingestellt, daß er einen entsprechend hohen Widerstand darstellt, und daß sich dadurch über die Regelschleife der gewünschte Strom einstellt. Soll gar kein Strom über den elektromagnetischen Verbraucher 13 fließen, so muß die Spannung am Schaltungspunkt B genau gleich groß sein der stabilisierten Spannung US. Dies wird dadurch erreicht, daß der Transistor 1U gerade so eingestellt wird, daß am Verbindungspunkt B des Transistors lh und des Widerstands 86 eine Spannung sich ergibt, die der stabilisierten Spannung US entspricht. Dies ist deshalb möglich, weil die Batteriespannung UB größer ist als die stabilisierte Spannung US. Soll schließlich ein negativer Strom über den elektromagnetischen Verbraucher 13 fließen, so wird der Transistor 1U noch weiter in der Richtung verstellt, daß er einen noch größeren Widerstand darstellt, und daher die Spannung am Schaltungspunkt B größer wird als die stabilisierte Spannung US- Dies ist wiederum dadurch möglich, daß die Batteriespannung UB größer ist als die stabilisierte Spannung US, so daß dadurch ein Strom vom Schaltungspunkt B über den elektromagnetischen Verbraucher 13 und dem Meßwiderstand 12 zur stabilisierten Spannung US fließen kann.

Insgesamt ist es also mit Hilfe der in der Figur 3 dargestellten Schaltung möglich, positive und negative Ströme durch den elektromagnetischen Verbraucher fließen zu lassen. Die Größe dieser Ströme kann dabei durch den Transistor lh geregelt werden. Die Regelung ist dabei bei positiven wie auch bei negativen Strömen abhängig von der Spannung am MeiBwiderstand 12, so daß also in allen Betriebsbereichen

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eine echte Stromregelung stattfindet. Voraussetzung dazu ist, daß die Batteriespannung UB größer ist als die stabilisierte Spannung US.

Mit Hilfe der gesamten, in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Schaltung ist es möglich, ein pulsbreitenmoduliertes Signal, das z. B. von einem Rechengerät oder einer sonstigen Einrichtung erzeugt wird, in einen kontinuierlichen Strom durch einen elektromagnetischen Verbraucher umzuwandeln. Dabei kann dieser Strom positive und negative Werte annehmen. Weiter ist es möglich mit Hilfe der Schubabschaltung einen bestimmten, vorgebbaren und definierten negativen Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher fließen zu lassen. Schließlich kann mittels des Notlaufs die Stromregelung und die Schubabschaltung gesperrt werden, um während dieses Betriebszustands des Notlaufs einen bestimmten, vorgebbaren Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher fließen zu lassen.

Insgesamt werden für all diese Funktionen nur wenige Bauelemente benötigt. Ebenso kann im normalen Betrieb der Schaltung, also außerhalb der Schubabschaltung und des Notlaufs der Strom fortwährend geregelt werden. Schließlich können mit Hilfe der Schaltung geregelte positive und negative Ströme durch den Verbraucher fließen.

- Leerseite -

Claims

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Ansprüche

1. Stromregelung für einen elektromagnetischen Verbraucher in Verbindung mit Brennkraftmaschinen, mit einer ersten, an einer ersten Spannung liegenden Serienschaltung aus einem Meßwiderstand, dem elektromagnetischen Verbraucher und einem gesteuerten und/oder geregelten Stromsteuerorgan, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, an einer zweiten Spannung liegende Serienschaltung aus einem weiteren Widerstand und dem gesteuerten und/oder geregelten Stromsteuerorgan besteht.

2. Stromregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannung größer ist als die erste Spannung.

3. Stromregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromsteuerorgan in Abhängigkeit von dem durch den Meßwiderstand fließenden Strom gesteuert und/oder geregelt wird.

h. Stromregelung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß positive und negative Ströme durch den elektromagnetischen Verbraucher gesteuert und/oder geregelt werden.

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5· Stromregelung nach. Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromsteuerorgan in Abhängigkeit von einem Eingangs signal, das den gewünschten Strom durch den elektromagnetischen Verbraucher angibt, gesteuert und/oder geregelt wird.

6. Stromregelung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein pulsbreitenmoduliertes Signal ist.

7· Stromregelung" nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten besonderen Betriebszustand, nämlich dem Betriebszustand der Schubabschaltung, ein vorbestimmbarer negativer Strom über den elektromagnetischen Verbraucher fließt·.

8. Stromregelung nach einem der Ansprüche 1 bis T, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten besonderen Betriebszustand, nämlich dem Betriebszustand des Notlaufs, ein vorbestimmter positiver Strom über den elektromagnetischen Verbraucher fließt.

9. Stromregelung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem elektromagnetischen Verbraucher um ein elektromagnetisch betätigbares Einspritzventil oder Stellglied zur Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine handelt.