EP0408962A2 - Verfahren zum Ansteuern von Stellgliedern - Google Patents

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EP0408962A2
EP0408962A2 EP90112571A EP90112571A EP0408962A2 EP 0408962 A2 EP0408962 A2 EP 0408962A2 EP 90112571 A EP90112571 A EP 90112571A EP 90112571 A EP90112571 A EP 90112571A EP 0408962 A2 EP0408962 A2 EP 0408962A2
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EP
European Patent Office
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actuator
output stage
actuators
valves
excitation
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EP90112571A
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EP0408962A3 (en
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Günter Dr.-Ing. Schmitz
Ekkehard Dr.-Ing. Schrey
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FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation

Definitions

  • an adaptable control for the inflow and outflow of the working medium is required in order to be able to optimally influence the working process in accordance with the aspects required in each case.
  • the course of the control has a great influence on various parameters, for example the states of the working medium before, in and after the working area, the working frequency and the processes in the working area.
  • the need for adaptable control is particularly given in internal combustion engines, since they operate unsteadily in very different operating states and a correspondingly variable positive control of the gas exchange valves is advantageous.
  • camshafts have essentially been used to control the gas exchange valves in internal combustion engines. Variable control is only possible with very high technical effort.
  • electromagnetic controls of gas exchange valves on internal combustion engines have become known in which the closing force is applied to the gas exchange valve by a spring, while the opening forces are generated by a correspondingly controlled electromagnet, as described, for example, in DE-OS 20 63 158.
  • circuit arrangements for controlling a plurality of actuators of the same type can be controlled one after the other in time with the combustion cycles of the individual cylinders.
  • signals are only passed on on the small signal side with the aid of multiplex technology; a separate output stage is used for each actuator after a demultiplexing process.
  • timing controls and impact detection of magnet armatures however, the effort increases in orders of magnitude which is no longer economical with a larger number of actuators.
  • Each of these actuators is usually controlled by a separate circuit. However, as soon as it is ensured that several actuators do not control more than one at the same time, a common control circuit can be used for these actuators. This is desirable because it can significantly reduce the overall component effort.
  • the object of the invention is to provide a method for actuating actuators in displacement machines, which manages with less equipment in spite of complex energy-optimal output stages and is therefore also inexpensive.
  • the current is supplied to the actuators via a thyristor assigned to each actuator, it being possible for only one thyristor to be switched through at a time.
  • Fig. 1 it is shown how four actuators are controlled or acted upon in succession depending on the time t with the currents I1, I2, I3 and I4, where I5 represents the total current over time.
  • FIG. 2 shows a circuit in which four electromagnetic consumers 1, 2, 3 and 4, for example switching magnets for one actuator each, are actuated at different times via a common circuit 12 which influences the current flow and is referred to below as the output stage .
  • the type of circuit is symbolically indicated by a transistor 5.
  • the regulation of the current flowing to the consumers 1-4 takes place in the final stage 12, the type of regulation being irrelevant.
  • the distribution of the current flow to the consumers 1-4 takes place in a multiplexer 11, which has switching elements 6, 7, 8 and 9, which are controlled by a control circuit 10 in accordance with the working cycle of the internal combustion engine. It ver it goes without saying that the arrangement of transistor and thyristor with actuator can also be interchanged.
  • redundancy can also be achieved by means of a suitable combination, so that if one of the transistors fails, the other transistor or transistors take over its task.
  • FIG. 3 A circuit arrangement of this type is shown in FIG. 3.
  • output stage 31 controls consumer group 37 via multiplexer 33
  • output stage 32 controls consumer group 38 via multiplexer 36.
  • output stage 32 takes over the function of output stage 31 via multiplexer 34 and, in addition to consumer group 37, also controls consumer group 38. There is a shorter period of time available for every consumer. However, this is not a problem in most cases, since unrestricted operation is no longer possible, but e.g. good emergency running properties can still be achieved in the case of the control of injection valves of motor vehicle engines.

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Abstract

Ein Verfahren zum Ansteuern von Stellgliedern in Verdrängungsmaschinen, insbesondere von Einspritzpumpen, Ventilen oder Flachschiebern in Brennkraftmaschinen, die durch elektromagnetische Erregung oder Entregung sequentiell betätigt werden, wird derart verbessert, daß es trotz aufwendiger energie-optimaler Endstufen mit geringerem apparativen Aufwand auskommt. Dies wird dadurch erreicht, daß jedem Stellglied (1-4) der Erregerstrom von einer gemeinsamen Endstufe (12) über ein Schaltelement (6-9) zugeführt wird, welches jeweils das zu betätigende Stellglied wählt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern von Stellgliedern in Verdrängungsmaschinen, insbesondere von Ein­spritzpumpen, Ventilen oder Flachschiebern in Brennkraftmaschi­nen, die durch elektromagnetische Erregung oder Entregung sequen­tiell betätigt werden.
  • Bei Verdrängungsmaschinen ist eine anpassungsfähige Steuerung zum Ein- und Ausströmen des Arbeitsmediums erforderlich, um den Ar­beitsprozeß nach den jeweilig erforderlichen Gesichtspunkten optimal beeinflussen zu können. Der Ablauf der Steuerung hat dabei großen Einfluß auf verschiedene Parameter, beispielsweise die Zustände des Arbeitsmediums vor, im und nach dem Arbeitsraum, die Arbeitsfrequenz und die Vorgänge im Arbeitsraum. Die Notwen­digkeit einer anpassungsfähigen Steuerung ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen gegeben, da sie bei sehr unterschiedlichen Betriebszuständen instationär arbeiten und eine entsprechend variable Zwangssteuerung der Gaswechselventile vorteilhaft ist.
  • Zur Steuerung der Gaswechselventile in Brennkraftmaschinen wurden bisher im wesentlichen Nockenwellen verwendet. Eine variable Steuerung ist hier nur mit sehr hohem technischen Aufwand mög­lich. Daneben sind elektromagnetische Steuerungen von Gaswechsel­ventilen an Brennkraftmaschinen bekannt geworden, bei denen die Schließkraft auf das Gaswechselventil von einer Feder aufgebracht wird, während die Öffnungskräfte von einem entsprechend angesteu­erten Elektromagneten erzeugt werden, wie es beispielsweise in DE-OS 20 63 158 beschrieben ist.
  • Bei Maschinen dieser Art sind Schaltungsanordnungen zum Ansteu­ern von mehreren gleichartigen Stellgliedern erforderlich, die nacheinander im Takt der Verbrennungszyklen der einzelnen Zylin­der angesteuert werden. In herkömmlichen Schaltungen werden Sig­nale allenfalls auf der Kleinsignalseite mit Hilfe der Multiplex­technik weitergegeben; für jeden Aktuator wird nach einem Demul­tiplex-Vorgang eine getrennte Endstufe verwendet. Bei aufwendig aufgebauten Endstufen mit Stromregeleinrichtungen, Taktungsrege­lungen und Auftrefferkennung von Magnetankern steigt jedoch der Aufwand in Größenordnungen, die bei einer größeren Anzahl von Stellgliedern nicht mehr wirtschaftlich ist.
  • Üblicherweise wird jedes dieser Stellglieder durch eine separate Schaltung angesteuert. Sobald jedoch gewährleistet ist, daß von mehreren Stellgliedern nicht mehr als eines gleichzeitig ange­steuert wird, kann für diese Stellglieder eine gemeinsame An­steuerschaltung verwendet werden. Dies ist wünschenswert, da so der gesamte Bauteileaufwand deutlich reduziert werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Ansteuern von Stell­gliedern in Verdrängungsmaschinen zu schaffen, das trotz aufwen­diger energie-optimaler Endstufen mit geringerem apparativen Auf­wand auskommt und daher auch kostengünstig ist.
  • Dies wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art da­durch erreicht, daß jedem Stellglied der Erregerstrom von einer Endstufe über ein Schaltelement zugeführt wird, welches jeweils das zu betätigende Stellglied wählt.
  • Das bedeutet, daß das Problem der Ansteuerung des jeweils rich­tigen Stellgliedes dadurch gelöst ist, daß jedem Stellglied ein Schaltelement zugeordnet ist, über das die Auswahl eines bestimm­ten Stellgliedes möglich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Zuführung des Stromes zu den Stellgliedern über je einen jedem Stellglied zugeordneten Thyristor erfolgt, wobei vorgesehen werden kann, daß jeweils nur ein Thyristor durchgeschaltet wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei Vorhandensein mehrerer Endstufen und mehrerer Schaltele­mente bei Ausfall einer Endstufe die Ansteuerung durch eine ande­re Endstufe zusätzlich übernommen wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt im Diagramm den Stromverlauf für vier Stellglieder in Abhängigkeit von der Zeit.
    • Fig. 2 zeigt eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
    • Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche eine Redundanz in der Ansteuerung der Stellglieder ermöglicht.
  • In Fig. 1 ist gezeigt, wie vier Stellglieder zeitlich nacheinan­der in Abhängigkeit von der Zeit t mit den Strömen I1, I2, I3 und I4 angesteuert bzw. beaufschlagt werden, wobei I5 den Gesamtstrom über der Zeit darstellt.
  • In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, in der vier elektromag­netische Verbraucher 1, 2, 3 und 4, beispielsweise Schaltmagnete für je ein Stellglied, über eine gemeinsame, den Stromfluß beein­flussende Schaltung 12, die nachfolgend als Endstufe bezeichnet wird, zeitlich versetzt angesteuert werden. Die Art der Schaltung ist durch einen Transistor 5 symbolisch angedeutet. Die Regelung des zu den Verbrauchern 1-4 fließenden Stromes erfolgt in der Endstufe 12, wobei die Art der Regelung unerheblich ist.
  • Die Verteilung des Stromflusses auf die Verbraucher 1-4 erfolgt in einem Multiplexer 11, welcher Schaltelemente 6, 7, 8 und 9 aufweist, die entsprechend dem Arbeitszyklus der Brennkraftma­schine durch eine Steuerschaltung 10 angesteuert werden. Es ver­ steht sich von selbst, daß die Anordnung von Transistor und Thy­ristor mit Stellglied auch vertauscht werden kann.
  • Wenn mehrere der in Fig. 2 dargestellten Schaltungen vorhanden sind, kann durch eine geeignete Verknüpfung auch eine Redundanz erzielt werden, so daß bei Ausfall eines der Transistoren der oder die anderen Transistoren dessen Aufgabe übernehmen.
  • Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist in Fig. 3 dargestellt. Es sind hier zwei Endstufen 31 und 32 vorhanden, denen Multiplexer 33, 34, 35 und 36 zugeordnet sind. Im Normalfall steuert Endstufe 31 über Multiplexer 33 Verbrauchergruppe 37 an, während Endstufe 32 über Multiplexer 36 Verbrauchergruppe 38 ansteuert.
  • Im Fehlerfall von Endstufe 31 übernimmt Endstufe 32 über den Multiplexer 34 die Funktion der Endstufe 31 und steuert zusätz­lich zu der Verbrauchergruppe 37 auch die Verbrauchergruppe 38 an. Dabei steht für jeden Verbraucher ein geringerer Zeitraum zur Verfügung. Dies ist jedoch in den meisten Fällen unproblematisch, da dann zwar kein uneingeschränkter Betrieb mehr möglich ist, aber z.B. im Fall der Ansteuerung von Einspritzventilen von Kraftfahrzeugmotoren noch gute Notlaufeigenschaften erzielt wer­den.
  • Auch bei Schaltungsanordnungen der in Fig. 3 dargestellten Art ergibt sich ein erheblicher Kostenvorteil gegenüber der Verwen­dung von acht getrennten Endstufen, die zur Erzielung einer Re­dundanz auf konventionellem Wege erforderlich wären.

Claims (4)

1. Verfahren zum Ansteuern von Stellgliedern in Verdrängungsma­schinen, insbesondere von Einspritzpumpen, Ventilen oder Flach­schiebern in Brennkraftmaschinen, die durch elektromagnetische Erregung oder Entregung sequentiell betätigt werden, dadurch ge­kennzeichnet, daß jedem Stellglied der Erregerstrom von einer gemeinsamen Endstufe über ein Schaltelement zugeführt wird, wel­ches jeweils das zu betätigende Stellglied wählt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­führung des Stromes zu den Stellgliedern über je einen jedem Stellglied zugeordneten Thyristor erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur ein Thyristor durchgeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich­net, daß bei Vorhandensein mehrerer Endstufen und mehrerer Schaltelemente bei Ausfall einer Endstufe die Ansteuerung durch eine andere Endstufe zusätzlich übernommen wird.
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