DE3905937A1

DE3905937A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines magnetventils

Info

Publication number: DE3905937A1
Application number: DE3905937A
Authority: DE
Inventors: Hans-Walter Dipl Ing Schmitt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-02-25
Filing date: 1989-02-25
Publication date: 1990-08-30

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils nach der Gattung des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnet ventils gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt. Sie dienen insbesondere der Einstellung bzw. Regelung eines Drucks in einem flüssigen oder gasförmigen Me dium. Zur Einstellung des gewünschten Drucks wird ein analoger Druckregler, beispielsweise ein Proportio nalventil herangezogen. Derartige analoge Druckregler sind kompliziert aufgebaut und damit teuer.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils mit den in Anspruch 1 genannten Merkma len hat demgegenüber den Vorteil, daß es mit einfach aufgebauten und damit preiswerten Magnetventilen rea lisierbar ist. Mit Hilfe dieses Verfahrens läßt sich ein Magnetventil so ansteuern, daß der Druck in einem gasförmigen oder flüssigen Medium einstellbar ist, wobei ein einfaches Magnetventil, beispielsweise ein Peak-and-Hold-Ventil verwendbar ist.

Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform eines Verfahrens bei dem zur Erzeugung des gewünschten Drucks lediglich ein einziges Steuersignal erforder lich ist. Mit Hilfe dieses Steuersignals wird der Strom durch das Magnetventil bzw. durch die Spule des Ventils sowie durch einen dem Ventil zugeordneten Freilaufkreis gesteuert. Bei dem Steuersignal handelt es sich um ein puls-weiten-moduliertes Signal.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den in Anspruch 5 genannten Merkmalen hat gegenüber bekannten Vor richtungen den Vorteil, daß sie einfach aufgebaut und damit preiswert ist. Der gewünschte Druck wird mit Hilfe eines getakteten Magnetventils, vorzugsweise eines Peak-and-Hold-Ventils eingestellt, das durch eine Steuereinrichtung angesteuert wird, die gleich zeitig eine dem Ventil zugeordnete Freilaufschaltung steuert.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeich nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf des Steuersignals so wie des durch das Magnetventil fließenden Stroms und

Fig. 2 eine Prinzipskizze der Vorrichtung zur An steuerung eines Magnetventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 sind übereinander zwei Diagramme angeord net, von denen das obere den zeitlichen Verlauf eines Steuersignals wiedergibt und das untere den zeit lichen Verlauf des durch ein Magnetventil bzw. durch die Erregerwicklung des Ventils fließenden Stroms.

Durch die gestrichelte Darstellung in dem oberen Dia gramm wird deutlich, daß das Steuersignal zur Ein stellung eines gewünschten Drucks mit Hilfe des ange steuerten Magnetventils einer Puls-Weiten-Modulation unterzogen wird. Bei dieser Darstellung wechselt das Steuersignal von einem niedrigen Potential, das mit L bezeichnet ist, zu einem hohen Potential, das mit H bezeichnet ist. Solange das Steuersignal das Poten tial L annimmt, fließt ein Strom durch das ange steuerte Magnetventil.

Aus dem unteren Diagramm in Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Strom durch das Magnetventil zunächst auf einen Wert I _max ansteigt, wobei der Strom I _max so ge wählt wird, daß das Ventil mit Sicherheit angezogen hat. Anschließend wird der durch das Magnetventil fließende Strom auf einen Wert herabgeregelt, bei dem das Magnetventil noch im angezogenen Zustand ver bleibt. Dieser Wert wird als Haltestrom I _H bezeich net.

Aus der Darstellung in Fig. 1 ist ersichtlich, daß der auf den Haltestrom I _H eingestellte Strom einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist. Sobald der Strom den Haltestrom unterschreitet, wird wieder für einen Anstieg gesorgt, bis ein Überschreiten des Halte stroms gegeben ist. Der durch das Magnetventil fließende Strom pendelt also um den Haltestrom herum. Der "sägezahnförmige" Verlauf entsteht durch das Prinzip der getakteten Regelung des Haltestroms.

Die Stromansteuereinrichtung kennt nur die Zustände "Ein" oder "Aus".

Wesentlicher Vorteil dieser Art der Regelung ist eine im Vergleich zur analogen Regelung, bei der der ge wünschte Stromwert eingestellt und gehalten wird, wesentlich verminderte Verlustleistung. Der relativ langsame Anstieg und Abfall des Stroms wird durch die Induktivität des Magnetventils bzw. durch die Kom bination von Magnetventil und Freilauf-Kreis verur sacht.

Durch eine dem Magnetventil zugeordnete Freilauf schaltung wird sichergestellt, daß der Strom nach dem Überschreiten des Haltestroms mit einer gewissen Zeitverzögerung abfällt.

Wenn der Strom durch das Magnetventil abgeschaltet werden soll, nimmt das Steuersignal den Wert H an. Sobald dies der Fall ist, fällt der durch das Magnet ventil fließende Strom jäh ab. Dieser steile Stromab fall ist dadurch gewährleistet, daß der Freilaufkreis abgeschaltet wird, sobald das Steuersignal das Poten tial H annimmt.

Die Prinzipskizze in Fig. 2 zeigt die Erreger wicklung 1 eines hier nicht näher dargestellten Magnetventils. Die Erregerspule liegt einerseits an Masse und andererseits an einer Stromansteuereinrich tung 3. In dem Strompfad zwischen der Stromansteuer einrichtung 3 und der Erregerwicklung 1 ist eine Meß einrichtung 5 zur Erfassung des durch die Erreger wicklung 1 fließenden Stroms vorgesehen. Parallel zur Erregerwicklung 1 liegt eine geschaltete Frei laufschaltung 7.

Die Stromansteuereinrichtung 3 wird von einer ersten Schalteinrichtung 9 angesteuert. Diese verbindet die Stromansteuereinrichtung in einer ersten Schaltstel lung mit Masse und in einer zweiten Schaltstellung mit einer zweiten Schalteinrichtung 11.

Die zweite Schalteinrichtung 11 verbindet die erste Schalteinrichtung 9 in einer ersten Schaltstellung mit einer Versorgungsspannung, die hier beispielshaft mit V _DD bezeichnet ist. In einer zweiten Schalt stellung verbindet die zweite Schalteinrichtung 11 die erste Schalteinrichtung 9 mit dem Ausgang einer Stromregelungseinrichtung 13. Dieser wird ein Stell signal I _H eingegeben.

Der zweiten Schalteinrichtung 11 ist eine Verglei cherschaltung bzw. ein Komparator 15 zugeordnet, dem das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 5 zugeleitet wird. Der Komparator vergleicht den momentan durch die Erregerwicklung 1 fließenden Strom mit einem ein gegebenen Grenzwert I _max. In Fig. 2 ist die Ansteue rung der hier dargestellten Schaltung, ein Mikropro zessor 17, nur angedeutet. Er weist einen analogen Eingang A auf, der mit dem Ausgang der Meßeinrichtung 5 zur Erfassung des durch die Erregerwicklung 1 fließenden Stroms verbunden ist. Der Mikroprozessor 17 ist überdies mit einem digitalen Ausgang D ver sehen, an dem das in Fig. 1 oben dargestellte Steuersignal anliegt. Der digitale Ausgang D ist mit dem Komparator 15, der ersten Schalteinrichtung 9 sowie mit dem Freilauf 7 verbunden.

Die erste Schalteinrichtung 9 wird in ihre erste Schaltstellung gebracht, sobald das am digitalen Aus gang D des Mikroprozessors 17 anliegende Steuersignal das Potential H annimmt. In diesem Fall wird die Stromansteuereinrichtung 3 mit Masse verbunden. Das heißt also, daß in diesem Betriebszustand kein Strom durch die Erregerwicklung 1 fließt. Dies ist auch aus Fig. 1 ersichtlich.

Die Darstellung in Fig. 1, insbesondere das untere Diagramm für den Stromverlauf zeigt, daß der Frei laufkreis inaktiviert ist, sobald das Steuersignal den Wert H annimmt.

Die erste Schalteinrichtung 9 wird aus ihrer ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung gebracht, sobald das am digitalen Ausgang D des Mikroprozessors 17 anliegende Steuersignal den Wert L annimmt. In diesem Fall wird die Stromansteuereinrichtung 3 mit der zweiten Schalteinrichtung 11 verbunden, die mit dem am digitalen Ausgang D des Mikroprozessors 17 an liegenden Steuersignal beaufschlagt und rückgesetzt wird und sich daher zunächst in ihrer ersten Schalt stellung befindet. In dieser Schaltstellung wird die Stromansteuereinrichtung 3 mit der Versorgungsspan nung V _DD verbunden. Der durch die Erregerwicklung 1 fließende Strom steigt, wie im unteren Diagramm gemäß Fig. 1 dargestellt, an. Durch die Meßeinrichtung 5 wird die Höhe des durch die Erregerwicklung 1 fließenden Stroms erfaßt. Die momentane Stromstärke wird in dem Komparator 15 mit einem vorgegebenen Maximalwert I _max verglichen.

Sobald der durch die Erregerwicklung fließende Strom den Maximalwert erreicht hat, das heißt also wenn das Magnetventil mit Sicherheit angezogen hat, schaltet der Komparator 15 die zweite Schalteinrichtung um, so daß diese sich in ihrer zweiten Schaltstellung befin det. In der zweiten Schaltstellung wird die Stroman steuereinrichtung über die erste Schalteinrichtung 9 und die zweite Schalteinrichtung 11 mit der Strom regelungseinrichtung 13 verbunden.

Die Stromregelungseinrichtung 13, die ihrerseits mit der Meßeinrichtung 5 verbunden ist, gibt ein Steuer signal ab, mit dem die Stromansteuereinrichtung 3 be aufschlagt wird. Diese gibt ein puls-weiten-modulier tes Signal, den Strom ab, der auf den Haltestrom I _H geregelt ist. Der Wert des Haltestroms wird durch einen Signaleingang, der mit I _H bezeichnet ist, vor gegeben. Die Regelung des durch die Erregerwicklung 1 fließenden Stroms kann beispielsweise ebenfalls durch eine Puls-Weiten-Modulation erfolgen. Ein zu rascher Stromabfall wird dabei durch den Freilaufkreis 7 ver hindert, der eingeschaltet ist, solange an seinem Eingang das Steuersignal den Wert L annimmt.

Aus dem oben Gesagten ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein einziges Steuersignal, das am digitalen Aus gang D des Mikroprozessors 17 anliegt, ausreicht, um die Erregerwicklung 1 des nicht dargestellten Magnet ventils so anzusteuern, daß sich mit Hilfe des Mag netventils ein gewünschter Druck einstellen läßt. Das Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils ist auf diese Weise besonders einfach durchführbar. Die dazu nötige Schaltung bzw. Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist einfach und damit preiswert realisierbar.

Die Umschaltung des durch die Erregerwicklung 1 fließenden Stroms auf den Haltestrom I _H erfolgt auto matisch durch den Komparator 15 und die mit dem Kom parator verbundene zweite Schalteinrichtung 11.

Es ist ersichtlich, daß anstelle eines analogen Druckreglers ein preiswertes Magnetventil eingesetzt werden kann, wobei der Ansteuerungsaufwand relativ gering bleibt.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- der durch das Magnetventil fließende Strom wird auf einen maximalen Wert gesteigert, bei dem das Magnet ventil sicher angezogen hat,
- nach dem Anziehen des Magnetventils wird der durch die Spule des Magnetventils fließende Strom auf einen Wert, den Haltestrom, gesenkt, bei dem das Magnetven til noch nicht abfällt,
- der Strom wird bis zum Ausschalten des Magnetventils auf den Haltestrom eingestellt,
- zumindest während dieser Einstellung wird ein Frei laufkreis eingeschaltet, der den Abfall des Stromes verlangsamt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einstellung des Haltestroms mittels einer Puls-Weiten-Modulation durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilaufkreis inaktiviert wird, sobald der durch die Spule des Magnetventils fließende Strom abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Aktivierung und In aktivierung des Freilaufkreises mittels eines puls weiten-modulierten Steuersignals durchgeführt wird, wobei dieses Steuersignal auch der Ein- und Ausschal tung des durch das Magnetventil fließenden Stroms dient.

5. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils, gekennzeichnet durch folgende Elemente:

- eine Einrichtung (5) zur Erfassung des durch das Magnetventil (1) fließenden Stroms,
- eine Stromansteuereinrichtung (3) zur Ansteuerung des Magnetventils (1),
- eine dem Magnetventil (1) zugeordnete Freilaufschal tung (7),
- eine erste Schalteinrichtung (9) zur Ansteuerung der Stromansteuereinrichtung (3) und
- eine Steuereinrichtung (17) zur Beaufschlagung der Freilaufschaltung (7) und der ersten Schalteinrich tung (9) mit einem Steuersignal.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Kompa ratorschaltung (15), die den durch das Magnetventil (1) fließenden Strom mit einem vorgebbaren Maximal wert (I _max) vergleicht, und durch eine zweite Schalt einrichtung (11), die bei Erreichen des Maximalwerts die erste Schalteinrichtung (9) mit einer Strom regelungseinrichtung (13) verbindet.