DE4426021A1

DE4426021A1 - Method and device for controlling an electromagnetic consumer

Info

Publication number: DE4426021A1
Application number: DE19944426021
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Fischer; Viktor Dipl Ing Kahr; Peter Dipl Ing Dr Schmitz; Hubert Dipl Phys Dr Greif
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-01-25
Also published as: JPH0845735A; EP0693756A1

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method and a device to control an electromagnetic consumer according to the preambles of the independent claims.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zur An steuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbeson dere eines Magnetventils, ist aus der DE-OS 29 32 859 (US-A 4,345,296) bekannt. Dort ist vorgesehen, daß in einem ersten Abschnitt (Anzugsphase) dem induktiven Verbraucher eine hohe Leistung zugeführt wird, um ein möglichst gutes Schaltver halten zu erzielen. In einem sich anschließenden zweiten Ab schnitt (Haltestromphase) wird der Stromfluß durch den Ver braucher abgesenkt, da keine mechanische Arbeit mehr zu ver richten ist, sondern nur die Energie bzw. die Kraft zum Hal ten des Magnetventils aufrechterhalten werden muß. Diese Kraft orientiert sich an der Rückstellkraft des zu schalten den Magnetventils.Such a method and such an apparatus for control of an electromagnetic consumer, in particular that of a solenoid valve, is from DE-OS 29 32 859 (US-A 4,345,296). There it is provided that in a first Section (tightening phase) a high inductive load Power is supplied to the best possible Schaltver keep achieving. In a subsequent second Ab cut (holding current phase) the current flow through the Ver lower the user because there is no longer any mechanical work to be done judge, but only the energy or the force to the neck th of the solenoid valve must be maintained. These Force is based on the restoring force of the switch the solenoid valve.

Nachteilig an dieser Einrichtung ist, wenn eine Analogrege lung vorgesehen ist, daß eine hohe Verlustleistung auftritt, bzw. wenn eine getaktete Stromregelung vorgesehen ist, ein hoher Störpegel auftritt.A disadvantage of this device is when there is an analog rain is provided that a high power loss occurs, or if a clocked current control is provided, a high noise level occurs.

Object of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfah ren einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagneti schen Verbrauchers der eingangs genannten Art eine Möglich keit aufzuzeigen, wie die Schaltzeiten des Magnetventils verkürzt werden wobei nur eine geringe Verlustleistung auf tritt. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen An sprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.The invention is based, to a method ren a device for controlling an electromagnetic a possible consumer of the type mentioned at the beginning to show how the switching times of the solenoid valve can be shortened with only a low power loss occurs. This task is carried out by the independent An Characteristics marked solved.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, daß die Schaltzeiten des Magnetventils sehr kurz sind, wobei die Verlustleistung und der Störpegel sehr gering ist.The device according to the invention and the invention Methods have the advantage that the switching times of the Solenoid valve are very short, the power loss and the interference level is very low.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet.Advantageous and practical refinements and training The invention is characterized in the subclaims draws.

drawing

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert.The invention is described below with reference to the drawing illustrated embodiments explained.

Es zeigt Fig. 1 ein Blockdiagramm der wesentlichen Elemen te einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 die wesentlichen Elemente einer zweiten Ausführungsform und Fig. 3 den Stromverlauf über der Zeit aufgetragen. It shows Fig. 1 is a block diagram of the essential elemene te to a first embodiment, Fig. 2 shows the essential elements of a second embodiment, and FIG. 3 is applied the current flow over time.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Bei dem elektro magnetischen Verbraucher handelt es sich vorzugsweise um ei ne Spule 100 eines Magnetventils, das im Bereich der Kraft stoffzumessung eingesetzt wird. Die Verwendung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aber nicht auf den Einsatz bei der Kraftstoffzumessung beschränkt. Es kann bei allen elektromagnetischen Verbrau chern eingesetzt werden, bei dem es auf einen schnellen Schaltvorgang beim Ein- und Ausschalten ankommt.In Fig. 1 a first embodiment of the device according to the invention is shown schematically. The electro-magnetic consumer is preferably a coil 100 of a solenoid valve which is used in the field of fuel metering. The use of the device according to the invention and the method according to the invention is not, however, limited to use in fuel metering. It can be used with all electromagnetic consumers, where a fast switching process when switching on and off is important.

Erfindungsgemäß weist die Spule 100 des Verbrauchers drei Anschlüsse auf. Ein erster Anschluß 101 steht mit der Ver sorgungsspannung Ubat in Verbindung. Der zweite Anschluß 102 steht über ein erstes Schaltmittel 105 sowie über ein Strom meßmittel 110 mit Masse 111 in Verbindung. Der dritte An schluß 103, bei dem es sich vorzugsweise um einen Mittelab griff der Spule handelt, steht über ein zweites Schaltmittel 115 und ein weiteres Strommeßmittel 120 ebenfalls mit Masse 111 in Verbindung. Eine Steuereinheit 130 bestimmt ausgehend von verschiedenen Signalen, die von Sensoren 140 oder ande ren Steuereinheiten bereitgestellt werden, Ansteuersignale für das erste und zweite Schaltmittel.According to the invention, the coil 100 of the consumer has three connections. A first connection 101 is connected to the supply voltage Ubat. The second connection 102 is connected to ground 111 via a first switching means 105 and a current measuring means 110 . The third circuit 103 , which is preferably a Mittelab handle of the coil, is also connected to ground 111 via a second switching means 115 and a further current measuring means 120 . A control unit 130 determines, based on various signals provided by sensors 140 or other control units, control signals for the first and second switching means.

Desweiteren verarbeitet die Steuereinheit 130 ein dem durch die Strommeßmittel 110 und 120 fließenden Strom entsprechen des Signal.Furthermore, the control unit 130 processes a signal corresponding to the current flowing through the current measuring means 110 and 120 .

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgese hen, daß anstelle der beiden Strommeßmittel 110 und 120 le diglich ein Strommeßmittel 150 vorgesehen ist. In a particularly advantageous embodiment, hen hen that a current measuring means 150 is provided instead of the two current measuring means 110 and 120 le diglich.

Die ersten und zweiten Schaltmittel sind vorzugsweise als Transistoren insbesondere als Feldeffekttransistoren reali siert.The first and second switching means are preferably as Transistors reali, in particular as field effect transistors siert.

Die Strommeßmittel 110 und 120 sind vorzugsweise als ohmsche Widerstände realisiert, wobei der Spannungsabfall an den beiden Anschlüssen der Widerstände als Signal bezüglich des durch die Verbraucher fließenden Ströme verwendet wird. Ins besondere ist vorgesehen, daß die Steuereinheit 130 den durch die Spulen fließenden Strom auf vorgegebene Werte ein regelt. Besonders vorteilhaft ist die eingezeichnete Reali sierung, daß jedem Schaltmittel ein Strommeßwiderstand zuge ordnet ist. Dadurch ist es möglich, den Strom durch beide Teilspulen jeweils auf vorgegebene Werte zu regeln.The current measuring means 110 and 120 are preferably implemented as ohmic resistors, the voltage drop at the two terminals of the resistors being used as a signal with respect to the currents flowing through the consumers. In particular, it is provided that the control unit 130 regulates the current flowing through the coils to predetermined values. The drawn Reali is particularly advantageous that each switching means is assigned a current measuring resistor. This makes it possible to regulate the current through both partial coils to predetermined values.

Eine weitere Ausgestaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Be reits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind hier mit glei chen Bezugszeichen bezeichnet. Anstelle einer Spule mit ei nem Mittelabgriff sind bei dieser Ausführungsform zwei Spu len vorgesehen. Eine Spule 100a entspricht von ihren Eigen schaften der gesamten Spule bei Fig. 1. Eine Spule 100b entspricht der Spule zwischen dem Anschluß 101 und dem Mit telabgriff 103 bei der Fig. 1.Another embodiment is shown in FIG. 2. Be already described in Fig. 1 elements are designated here with the same reference numerals. Instead of a coil with a center tap, two coils are provided in this embodiment. A coil 100 a corresponds to its own properties of the entire coil in FIG. 1. A coil 100 b corresponds to the coil between the connection 101 and the center tap 103 in FIG. 1st

Die beiden Spulen stehen mit ihrem einen Anschluß jeweils mit der Versorgungsspannung Ubat in Verbindung. Der andere Anschluß der Spule 100a steht mit dem ersten Schaltmittel 105 und der andere Anschluß der zweiten Spule 100b steht mit dem zweiten Schaltmittel 115 in Verbindung.The two coils are each connected to the supply voltage Ubat with their one connection. The other connection of the coil 100 a is connected to the first switching means 105 and the other connection of the second coil 100 b is connected to the second switching means 115 .

Diese beiden Einrichtungen arbeiten wie folgt. Ausgehend von verschiedenen Signalen berechnet die Steuereinheit 130 Signale zur Ansteuerung der ersten und zweiten Schaltmittel. These two facilities work as follows. Starting from different signals, the control unit 130 calculates signals for actuating the first and second switching means.

In Fig. 3 ist der Verlauf des Stroms I über der Zeit t auf getragen. In einem ersten Zeitabschnitt, zwischen den Zeit punkten T1 und T2, der sogenannten Anzugsphase, wird ein schneller Kraftaufbau im Magnetventil gewünscht. Ein schnel ler Kraftaufbau bewirkt eine schnelle Bewegung des Ankers des Magnetventils und damit eine kurze Schaltzeit des Magnetventils.In Fig. 3 the course of the current I is plotted against the time t. In a first period, between the times T1 and T2, the so-called tightening phase, a quick build-up of force in the solenoid valve is desired. A quick build-up of force causes the armature of the solenoid valve to move quickly and thus the solenoid valve to switch for a short time.

In einem zweiten Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 wird dagegen eine hohe Kraft aber eine kleine Ände rung der Kraft gewünscht. Dies ist erforderlich, damit sich der Anker des Magnetventils bei den herrschenden Drücken, insbesondere bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen, nicht bewegt.In a second period between times T3 and T4 becomes a high force but a small change desired strength. This is necessary for yourself the armature of the solenoid valve at the prevailing pressures, especially with self-igniting internal combustion engines, not emotional.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß in dem ersten Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 das Schalt mittel 115 derart angesteuert wird, daß es den Stromfluß le diglich durch die Spule 100b bzw. durch den Anteil der Spule zwischen den Abgriffen 101 und dem Mittelabgriff 103 ermög licht. Bei diesem Ansteuerpfad weist die wirksame Spule le diglich einen kleinen ohmschen Widerstand und eine kleine Windungszahl bzw. eine kleine Induktivität auf. Dies be wirkt, daß der Strom durch die Spule und damit, die von der Spule aufgebrachte Kraft schnell ansteigt.According to the invention it is therefore provided that in the first period between the times T1 and T2 the switching means 115 is controlled such that it diglich the current flow through the coil 100 b or by the proportion of the coil between the taps 101 and the center tap 103rd enables light. With this control path, the effective coil only has a small ohmic resistance and a small number of turns or a small inductance. This causes the current through the coil and thus the force applied by the coil to increase rapidly.

In dem zweiten Zeitabschnitt zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 wird dann das erste Schaltmittel 105 derart angesteuert, daß es den Stromfluß durch die Spule 100a bzw. durch die Ge samtspule 100 ermöglicht. Die Spule zwischen den Anschlüssen 101 und 102 bzw. die Spüle 100a besitzen eine große Win dungszahl und damit eine große Induktivität und einen größe ren ohmschen Widerstand. Dies bewirkt, daß der Strom auf ei nem kleineren Wert, den sogenannten Haltestrom, absinkt. In dieser Phase ist ein schneller Kraftauf- oder -abbau nicht erforderlich, dagegen wird durch die hohe Wicklungszahl eine hohe Haltekraft mit geringem Haltestrom erzielt.In the second period between the times T3 and T4, the first switching means 105 is then controlled such that it enables the current to flow through the coil 100 a or through the entire coil 100 . The coil between the connections 101 and 102 or the sink 100 a have a large number of winings and thus a large inductance and a larger ohmic resistance. This causes the current to drop to a smaller value, the so-called holding current. In this phase, a quick build-up or breakdown of force is not necessary, on the other hand, the high number of windings achieves a high holding force with a low holding current.

Erfindungsgemäß besitzt der Verbraucher eine variable Induk tivität. Dabei sind in wenigstens zwei Zeitabschnitten je weils unterschiedliche Induktivitäten einstellbar. In dem ersten Zeitabschnitt der Ansteuerphase einer Zumessung ist eine kleine Induktivität wirksam. Die kleine Induktivität wird durch eine Spule mit kleiner Windungszahl erreicht. In dem zweiten Zeitabschnitt der Ansteuerphase einer Zumessung ist eine große Induktivität wirksam. Die große Induktivität wird durch eine Spule mit großer Windungszahl erreicht. Die verschiedenen Induktivitäten sind durch das Ansteuern von Schaltmitteln, die den Teilspulen zugeordnet sind, reali sierbar. Hierdurch ist es möglich, die Spulen entsprechend den Anforderungen in den verschiedenen Abschnitten geeignet zu dimensionieren.According to the invention, the consumer has a variable induct activity. There are in at least two periods each because different inductances can be set. By doing is the first period of the control phase of a metering a small inductance is effective. The small inductor is achieved by a coil with a small number of turns. In the second period of the control phase of a metering a large inductance is effective. The great inductance is achieved by a coil with a large number of turns. The different inductances are due to the control of Switching means, which are assigned to the partial coils, reali sizable. This makes it possible to adjust the coils accordingly the requirements in the different sections to dimension.

Erfindungsgemäß sind die Spulen so dimensioniert, daß wäh rend der Anzugsphase der Strom schnell auf den erforderli chen Wert ansteigt und in der Haltestromphase der Strom durch die entsprechende Dimensionierung der Wicklungswider standes nahezu den gewünschten Wert für den Haltestrom er reicht. Während der Haltestromphase ist damit gegebenenfalls lediglich eine Regelung eines geringen Stromanteils erfor derlich.According to the coils are dimensioned so that wah During the tightening phase, the electricity quickly reaches the required Chen value increases and in the holding current phase the current through the appropriate dimensioning of the winding resistance It was almost the desired value for the holding current enough. This is during the holding current phase if necessary only a regulation of a small amount of electricity is required such.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird in der Hal testromphase und in der Anzugsstromphase der durch die Spule fließende Strom auf den Haltestrom eingeregelt. Hierzu wird der Strom mittels des Strommeßmittels 110 erfaßt. Die Steu ereinheit 130 vergleicht diesen Wert mit einem Sollwert und steuert das Schaltmittel 105 entsprechend an. Hierbei kann vorgesehen sein, daß mittels eines Transistors eine Ana logregelung bzw. eine getaktete Stromregelung erfolgt. Be sonders vorteilhaft ist hierbei, daß sich der größte Teil der Absenkung des Stroms auf das Haltestromniveau auf Grund des größeren Widerstand der in der Haltestromphase wirksamen Spule ergibt. Dadurch müssen die Schaltmittel, insbesondere in der Haltestromphase, nur eine sehr geringe Verlustlei stung aufnehmen.In a preferred exemplary embodiment, the current flowing through the coil is adjusted to the holding current in the holding current phase and in the starting current phase. For this purpose, the current is detected by means of the current measuring means 110 . The control unit 130 compares this value with a target value and controls the switching means 105 accordingly. It can be provided that an ana log control or a clocked current control takes place by means of a transistor. Be particularly advantageous here is that the largest part of the lowering of the current to the holding current level results from the greater resistance of the coil acting in the holding current phase. As a result, the switching means, especially in the holding current phase, only have to absorb a very small loss of power.

Claims

1. A method for controlling an electromagnetic consumer, by means of at least one series connection be standing from the consumer and a switching means, characterized in that the consumer has a variable inductance, wherein different inductances are adjustable in at least a first and a second time period.

2. The method according to claim 1, characterized in that in a small period of time and a small inductance in a large inductance in a second period is adjustable.

3. The method according to any one of the preceding claims, since characterized in that in the first period a small ne number of turns and a big win in the second period number is effective.

4. The method according to any one of the preceding claims characterized in that in the second period the by current flowing to the electromagnetic consumer on egg NEN holding current is adjustable.

5. Device for controlling an electromagnetic Consumer, by means of at least one series connection standing from the consumer and a switching means, thereby characterized in that the consumer has a variable inductance act, whereby means are provided which in little least a first and a second period under set different inductances.

6. The device according to claim 5, characterized in that the consumer with a first connection with supply voltage is related to the consumption of one second connection via a first switching means with ground in Connection is that a consumer tap is connected to ground via a second switching means.

7. The device according to claim 5, characterized in that the consumer comprises a first coil with an on end with supply voltage and with a second on circuit in connection with ground via a first switching means stands that the consumer comprises a second coil with one connection with supply voltage and with a second Connection via a second switching device with earth in connection manure stands.