DE3733091A1 - Verfahren und anordnung zum einstellen des laststroms durch eine induktive last, insbesondere durch ein kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

Verfahren und anordnung zum einstellen des laststroms durch eine induktive last, insbesondere durch ein kraftstoffeinspritzventil

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Laststromes gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine zugehörige Anordnung.
Aus der DE-OS 28 28 678 ist ein Verfahren dieser Art und eine zugehörige Anordnung bekannt, bei der der Laststrom durch eine induktive Last während eines Halteabschnitts zwischen einem oberen und einem unteren Schwellwert pendelt. Zum Umschalten zwischen den beiden Schwellwerten ist eine relativ aufwendige Schaltung notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aufwandsparende Methode zum Einstellen des Laststromes während des Halteabschnitts anzugeben.
Die erfindungsgemäße Lösung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Demnach wird zur Einstellung des Laststroms während eines Halteabschnitts ein Halteschwellwert verwendet, der eine obere Grenze für den Laststrom darstellt. Erreicht der Laststrom den Halteschwellwert während des Halteabschnitts, wird ein Schalter geöffnet, der in Serie mit der induktiven Last in einem Lastkreis liegt. Damit der Laststrom nicht zu weit abfällt, wird der Schalter während des Halteabschnitts immer dann geschlossen, wenn ein Taktimpuls von einem Taktgeber erzeugt wird. Gleichzeitig mit dem Taktimpuls beginnt der Laststrom wieder bis zum Halteschwellwert anzusteigen. Da der Taktgeber ein Taktsignal mit periodisch wiederkehrenden Taktimpulsen erzeugt, schwankt der Laststrom mit der Frequenz des Taktsignals um einen mittleren Haltestrom, der mit Sicherheit ausreicht, um z. B. das Einspritzventil während des Halteabschnitts offen zu halten.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel für einen Lastkreis,
Fig. 2 ein Diagramm zur Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Alternative zum Freilaufkreis des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
In Fig. 2 unten ist ein typischer Verlauf des Laststroms i durch eine induktive Last l gezeigt:
Eine übergeordnete Rechnereinheit berechnet aus Betriebsgrößen eines Motors ein Schließsignal SS, das die Öffnungszeiten eines Einspritzventils 1 bestimmt. In einer Startphase Ta, die mit dem Schließsignal SS beginnt, soll der Laststrom i schnell auf einen Spitzenschwellwert iS ansteigen, damit das Einspritzventil schnell geöffnet wird. In einer Haltephase Th, die sich an die Startphase Ta anschließt und bis zum Ende des Schließsignals SS andauert, soll der Laststrom i zuerst auf einen niedrigeren Stromwert absinken und dann, während eines Halteabschalts (Tt), mit geringer Amplitude um einen mittleren Haltestrom iHm schwanken, bei dem das Einspritzventil 1 mit Sicherheit noch geöffnet ist. Während der Haltephase Th darf der Laststrom einen Haltegrenzwert iHG nicht unterschreiten, da sonst das Einspritzventil 1 schließen würde.
In Fig. 1 ist ein Lastkreis gezeigt, der eine Spannungsquelle 10, die eine Betriebsspannung UB bereitstellt, ein Einspritzventil 1, einen Schalter 2 und einen Meßwiderstand 4 hat, an dem ein Spannungsabfall entsteht, der ein Maß für den Istwert (iW) des Laststroms i ist.
Zur Ansteuerung des Schalters 2 hat die Anordnung gemäß Fig. 1 einen Haltephasenregler 7, einen Startphasenregler 8, einen Taktgeber 20, zwei Schwellwertgeber 30, 40 und ein Verknüpfungsglied 6, das den Schalter 2 mit einem Einspritzsignal SE ansteuert.
Jeder Schwellwertgeber 30, 40 besteht aus einem Spannungsteiler mit einem Potentiometer 302, 402 und einem Widerstand 301, 401. Aus einer stabilisierten Spannung US erzeugen die Spannungsteiler Spannungen, die dem Spitzenschwellwert iS bzw. dem Halteschwellwert iH zugeordnet sind.
Der Startphasenregler 8 hat ein bistabiles Kippglied 81, das ausgangsseitig ein Startsignal SES an das Verknüpfungsglied 6 ausgibt, und einen Komparator 82. Am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 82 liegt als Istwert iW des Laststroms i der Spannungsabfall am Meßwiderstand 4 und am invertierenden Eingang der Spitzenschwellwert iS. Ausgangsseitig ist der Komparator 82 mit einem Rücksetzeingang des Kippgliedes 81 verbunden, dessen Takteingang vom Schließsignal SS angesteuert wird.
Der Haltephasenregler 7 hat ein bistabiles Kippglied 71 mit einem Rücksetz-Eingang, der mit dem Ausgang eines Komparators 72 verbunden ist. Am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 72 liegt der Istwert iW an. Der invertierende Eingang ist mit dem Abgriff des Spannungsteilers 40 verbunden. Das Kippglied 71 hat einen Takteingang, der mit dem Ausgang eines Taktgebers 20 verbunden ist, der ein Taktsignal ST mit äquidistant hintereinanderfolgenden Taktimpulsen STn erzeugt. Als Taktgeber 20 ist ein astabiles Kippglied eingesetzt. Das bistabile Kippglied 71 erzeugt ein Haltesignal SH mit äquidistant hintereinanderfolgenden Signalimpulsen SHn, die dem Verknüpfungsglied 6 zugeführt werden.
Das Verknüpfungsglied 6 hat ein ODER-Glied 62 und ein UND-Glied 61. Das ODER-Glied 62 bildet aus dem Startsignal SES und dem Haltesignal SH ein Ausgangssignal. Das UND-Glied 61 erzeugt aus dem Ausgangssignal vom ODER-Glied 62 und dem Schließsignal SS das Einschaltsignal SE zum Ansteuern des Schalters 2 im Lastkreis. An einem dritten Eingang des UND-Glieds 61 liegt ein Sperrsignal SLD an, das die Rechnereinheit erzeugt, um in einem Störfall den Lastkreis zu unterbrechen.
Der Freilaufkreis 3 hat einen Serienzweig mit einem Freilaufschalter 32 und einer Freilaufdiode 31, der parallel zum Einspritzventil 1 angeordnet ist. Eine Steuerstufe 33 steuert in Abhängigkeit vom Schließsignal SS den Freilaufschalter 32. Die Steuerstufe 33 hat ein CMOS-Gatter 331, das mit der stabilisierten Spannung US betrieben wird und einen Transistor 332 mit Emitterwiderstand 333 ansteuert. Während das Schließsignal SS auf Highpegel ist, schaltet der Transistor 332 durch und es fließt in seinem Ausgangskreis ein Konstantstrom zur Ansteuerung des Freilaufschalters 32. Der Konstantstrom ist auf einen Wert eingestellt, bei dem die Verlustleistung des Freilaufschalters 32 unabhängig von der Betriebsspannung UB minimal ist.
Bevor das Schließsignal SS zu der Kippstufe 81, der Kippstufe 71, dem Verknüpfungsglied 6 und der Steuerstufe 33 im Freilaufkreis 3 verzweigt, wird es von einem Pegelumsetzer 9 von z. B. 5 V auf 16 V verstärkt.
In einem Parallelzweig zum Schalter 2 und dem Meßwiderstand 4 liegt ein Schutzkreis 5 mit einer Diode 54 und einem Transistor 52, dem ein Widerstand 53 und eine Zenerdiode 51 parallel liegen.
Mit Beginn des Schließsignals SS (Fig. 2 oben) wird das Kippglied 81 des Startphasereglers 8 gesetzt. Gleichzeitig mit dem Startsignal SES am Ausgang des Kippgliedes 81 geht das Einschaltsignal SE am Ausgang des Verknüpfungsglieds 6 auf High- Pegel und der Schalter 2, ein MOSFET, wird geschlossen. Der Laststrom i im Lastkreis steigt an, bis er den Spitzenschwellwert iS erreicht hat. Dann erzeugt der Komparator 82 im Startphasenregler 8 ein Rücksetzsignal am Ausgang, das das bistabile Kippglied 81 zurücksetzt, womit die Startphase Ta beendet ist.
Gleichzeitig mit dem Startsignal SES geht auch das Einschaltsignal SE auf Low-Pegel zurück, wodurch das MOSFET 2 gesperrt wird und die Freilaufdiode 31 leitend wird. Der Laststrom i sinkt ab und unterschreitet den Halteschwellwert iH. Damit nimmt der Komparator 72 im Haltephasenregler 7 das Rücksetzsignal am Ausgang zurück. Anschließend wird das Kippglied 71 von der positiven Flanke des ersten Taktimpulses ST 1 des Taktsignals ST gesetzt. Am Ausgang des Kippgliedes 71 erscheint der erste Signalimpuls SH 1 des Haltesignals SH, der über das Verknüpfungsglied 6 den MOSFET 2 schließt. Damit steigt der Laststrom i wieder an, bis er den Halteschwellwert iH erreicht. Dann gibt der Komparator 72 ein Rücksetzsignal an das Kippglied 71 aus, das daraufhin den Signalimpuls SH 1 am Ausgang zurücknimmt. Gleichzeitig geht das Einschaltsignal SE auf Low-Pegel und der Schalter 2 ist geöffnet. Die Freilaufdiode 31 leitet und der Laststrom i durch das Einspritzventil 1 nimmt wieder ab, bis der nächste Taktimpuls STn das bistabile Kippglied 71 wieder setzt. Dieses zyklische Schließen und Öffnen des MOSFET 2 wird bis zum Ende des Halteabschnitts Tt fortgesetzt. Damit schwingt der Laststrom i durch die induktive Last l mit der Periode T des Taktsignals ST um einen mittleren Haltewert iHm.
Um während des Halteabschnitts Tt ein Schließen des Einspritzventils 1 zu verhindern, ist die Periode T kleiner als ein Zeitabschnitt Tz. Dieser ist gleich der Zeit, die der Laststrom i nach Unterschreiten des Halteschwellwerts iH benötigen würde, um auf einen Haltegrenzwert iHG abzusinken, bei dem das Einspritzventil 1 schließen würde.
Zur Steuerung von n Lastkreisen werden im wesentlichen n Anordnungen nach Fig. 2 verwendet, mit dem Unterschied, daß ein zentraler Taktgeber 20 und zwei zentrale Schwellwertgeber 30, 40 für alle n Anordnungen vorgesehen sind.
Um eine Diagnose des Lastkreises durchführen zu können, wird das Startsignal SES ausgewertet, das im Normalfall während der Startphase Ta High-Pegel annimmt und während der nachfolgenden Haltephase Th auf Low-Pegel ist. Die Auswertung des Startsignals SES zur Diagnose des Lastkreises ist in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung "Verfahren zur Überwachung einer induktiven Last", Erfinder Manfred Glehr, beschrieben.
In Fig. 3 ist ein Freilaufkreis 3.1 gezeigt, der im Vergleich zum Freilaufkreis 3 nach Fig. 1 einen MOSFET als Freilaufschalter 32 hat, dessen Gate-Source-Spannung durch einen Widerstand 34 eingestellt und durch eine Zenerdiode 35 begrenzt wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Einstellen eines Laststroms (i) durch eine induktive Last (l), insbesondere durch ein Kraftstoffeinspritzventil, die in einem Lastkreis mit einer Spannungsquelle (10), einem Schalter (2) und einem Meßwiderstand (4) liegt und zu der ein Freilaufkreis (3, 3.1) parallel angeordnet ist, wobei der Schalter (2) mit Beginn eines Schließsignals (SS) geschlossen und wieder geöffnet wird, wenn der Laststrom (i) einen Spitzenschwellwert (iS) erreicht hat, worauf der Laststrom (i) unter einen Halteschwellwert (iH) absinkt, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß ein Taktsignal (ST) mit äquidistant hintereinanderfolgenden Taktimpulsen (STn) erzeugt wird, und
  • - daß der Schalter (2) während eines Halteabschnitts (Tt), der mit dem Unterschreiten eines Halteschwellwertes (iH) durch den Laststrom (i) beginnt und bis zum Ende des Schließsignals (SS) andauert, immer dann geschlossen wird, wenn ein Taktimpuls (STn) auftritt, und geöffnet wird, wenn der Laststrom (i) den Halteschwellwert (iH) erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Taktsignal (ST) eine Periode (T) hat, die kleiner als ein Zeitabschnitt (Tz) ist, der bestimmt ist durch das Absinken des Laststromes (i) bei offenem Schalter (2) von dem Halteschwellwert (iH) auf einen Haltegrenzwert (iHG).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilaufkreis (3, 3.1) während der Dauer des Schließsignals (SS) parallel zur Last (l) geschaltet wird.
4. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
  • - einen Taktgeber (20), der das Taktsignal (ST) erzeugt,
  • - einen Startphasenregler (8), der den Istwert (iW) des Laststromes (i) mit dem Spitzenschwellwert (iS) vergleicht und ein Startsignal (SES) ausgibt, das mit dem Schließsignal (SS) beginnt und endet, wenn der Laststrom (i) den Spitzenschwellwert (iS) erreicht,
  • - einen Haltephasenregler (7), der den Istwert (iW) mit dem Halteschwellwert (iH) vergleicht und ein Haltesignal (SH) mit äquidistant hintereinanderfolgenden Signalimpulsen (SHn) erzeugt, wobei jeder Signalimpuls (SHn) mit einem Taktimpuls (STn) des Taktsignals (ST) anfängt und endet, wenn der Laststrom (i) den Halteschwellwert (iH) erreicht, und
  • - ein Verknüpfungsglied (6) zur Ansteuerung des Schalters (2), das aus dem Startsignal (SES) und dem Haltesignal (SH) ein Einschaltsignal (SE) erzeugt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Startphasenregler (8) eine bistabile Kippstufe (81) und einen Komparator (82) hat, der ein Rücksetzsignal an die Kippstufe (81) ausgibt, wenn der Istwert (iW) den Spitzenschwellenwert (iS) erreicht, und
  • - daß die Kippstufe (81) durch das Schließsignal (SS) gesetzt und durch das Rücksetzsignal zurückgesetzt wird und zwischen Setzen und Rücksetzen das Startsignal (SES) ausgibt.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Haltephasenregler (7) eine bistabile Kippstufe (71) und einen Komparator (72) hat,
  • - daß die Kippstufe (71) von jedem Taktimpuls (STn) des Taktsignals (ST) des Taktgebers (20) gesetzt und durch ein Rücksetzsignal wieder zurückgesetzt wird und dazwischen ausgangsseitig einen Signalimpuls (SHn) des Haltesignals (SH) erzeugt, wobei der Komparator (72) ein Rücksetzsignal an die Kippstufe (71) ausgibt, wenn der Istwert (iW) den Halteschwellwert (iH) erreicht.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzkreis (5) vorgesehen ist, der den Schalter (2) vor Überspannungen schützt, wenn der Freilaufkreis (3, 3.1) nicht wirksam ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Schutzkreis (5) die Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors (52) und eine Diode (54) in Serie enthält und einen Parallelzweig zu dem Schalter (2) bildet,
  • - daß der Serienzweig mit einem Widerstand (53) und einer Zenerdiode (51) parallel zur Kollektoremitterstrecke des Transistors (52) angeordnet ist, und
  • - daß der Abgriff zwischen Widerstand (53) und der Zenerdiode (51) mit der Basis des Transistors (52) verbunden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilaufkreis (3, 3.1) einen Freilaufschalter (32), der mit einer Freilaufdiode (31) in Serie liegt, und eine Steuerstufe (33) hat, die den Freilaufschalter (32) abhängig vom Schließsignal (SS) ansteuert.
DE19873733091 1987-09-30 1987-09-30 Verfahren und anordnung zum einstellen des laststroms durch eine induktive last, insbesondere durch ein kraftstoffeinspritzventil Withdrawn DE3733091A1 (de)

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