EP1979598A1 - Vorrichtung zum schalten induktiver kraftstoff-einspritzventile - Google Patents

Vorrichtung zum schalten induktiver kraftstoff-einspritzventile

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EP1979598A1
EP1979598A1 EP07704077A EP07704077A EP1979598A1 EP 1979598 A1 EP1979598 A1 EP 1979598A1 EP 07704077 A EP07704077 A EP 07704077A EP 07704077 A EP07704077 A EP 07704077A EP 1979598 A1 EP1979598 A1 EP 1979598A1
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current
terminal
opening
transistor
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    • F02D2041/2079—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements the circuit having several coils acting on the same anchor

Definitions

  • the invention relates to a device for switching inductive fuel injection valves according to claim 1 or 6.
  • Characteristics of these systems are very high fuel injection pressures of more than 2000 bar (diesel) and more than 10% (gasoline), as well as the supply of fuel in several injections per injection.
  • fuel is injected at periodic intervals even in the exhaust stroke to achieve about the regeneration of a particulate filter in the exhaust system by burning off the soot particles.
  • valve switching times 100 to 500 ⁇ s are required in order to inject at the high system pressures even the smallest amounts of fuel down to a few micrograms with high accuracy and high temporal precision.
  • the piezoelectric ceramic used here responds to a change in the control voltage spontaneously with a change in volume of the injected fuel quantity, a very fast, almost lag-free actuation of the injectors mög ⁇ is Lich.
  • the classic solenoid valve first has to build up a current flow in the inductance excitation winding, which then, but only after reaching a certain current value, can actuate the valve.
  • a typical example of this is large-volume, slow-running diesel truck engines, such as 9-liter 6-cylinder engines with maximum operating speeds of around 1800 rpm.
  • the requirements for the smallest injection quantities are also reduced because of the large displacement.
  • the number of injection pulses per injection process is lower because, for example, a pre-injection to reduce the diesel-typical "Nageins" can be omitted because of the already quite high noise of the truck engine.
  • solenoid injection valves are in principle suitable for such applications, they still require some further development. Thus, for use in direct injection systems with standard solenoid valves, which have a coil (winding) for the magnetic opening and a spring for closing the valve, the closing delay must be reduced.
  • the main obstacle when closing such a standard sole- noidventils are the eddy currents in the magnetic material of Ven ⁇ tils, which decay after switching off the operating current only long ⁇ sam and prevent rapid closing of the valve. This behavior defines the minimum valve opening ⁇ time and thus increases the lowest possible fuel input injection quantity.
  • FIG. 1 shows a known basic circuit arrangement for operating a coil of a fuel injection valve with PWM (Pulse Width Modulation) operation.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • one terminal of the coil L1 is connected to the positive pole V + of a supply voltage source V by means of a first switching transistor T1, and the other terminal is connected to reference potential GND by means of a second switching transistor T2.
  • the source terminal of the first switching transistor Tl is connected to one terminal of the coil Ll, its drain terminal to the positive terminal V +.
  • the source terminal of the two ⁇ th switching transistor T2 is connected to reference potential GND verbun ⁇ the and its drain terminal to the other terminal of the coil Ll.
  • a freewheeling diode Dl of reference potential GND is arranged to conduct current to one terminal of the coil Ll and a recuperation diode D2 from the other At the end of the coil Ll, it is electrically conducted to the positive pole V + of the supply voltage source.
  • switching transistor Tl Upon reaching a predetermined upper current setpoint at which the valve opens, switching transistor Tl is switched non-conducting by means of the PWM unit PWM and the coil current now flows through the coil L1 via the freewheeling diode D1 and switching transistor T2, wherein it slowly drops. If the current now reaches a lower predetermined setpoint value, switching transistor T1 is again turned on, whereupon the coil current increases again.
  • both switching transistors Tl and T2 are simultaneously switched non-conducting, whereupon the coil Ll discharges via the freewheeling diode Dl and the recuperation diode D2 into the supply voltage source V. and the valve closes.
  • FIG. 2 shows the voltage curve in the upper trace and the current trace in the opening coil L1 during the opening duration of a standard fuel injection valve in the lower trace.
  • FIG. 3 shows the principle of a bistable fuel injection valve.
  • the valve needle 1 is mounted ver ⁇ pushed in a housing 4 and shown in the "OPEN" position. It lies on the left iron yoke 2.
  • the left iron return 2 encloses the opening coil AB (rectangles A and B with bevel). By a previous actuation current in the opening coil AB, the left iron yoke was magnetized, so that now, when the current subsides, it holds the valve needle 1 in the "OPEN" position.
  • the term "fuel” may also be a "hydraulic medium", wherein instead of a fuel circuit, a hydraulic circuit may be provided, by means of which a fuel injection valve is controlled with hydraulic pressure over ⁇ tion.
  • an actuating current is now passed through the closing coil C-D, so that the valve needle 1 moves to the right iron yoke 3.
  • the valve needle 1 is held in the "CLOSED" position by the magnetization of the right-hand iron yoke 3.
  • outlets b and c are connected to the return lines r, which are designed as a ring line, which reduce the fuel pressure between the outlets b, c and the valve nozzles, not shown, whereby the valve is closed.
  • bistable valve Since a bistable valve has two coils, namely one
  • Opening and a closing coil the circuit arrangement according to FIG. 1 is to be provided twice per valve: once for operating Ben the opening coil AB (Ll in Figure 1) and once for Be ⁇ drive the closing coil CD.
  • Such processes are also known, for example, from DE 199 21 938 A1, DE 195 26 681 A1 and DE 40 16 816 A1.
  • the object of the invention is to provide an improved device for accelerated switching of inductive fuel injection valves, which in bistable valves, the opening and the closing delay, and reduced in standard solenoid valves (with closing spring), the closing delay.
  • valve switching times are known to be reduced when in a bistable valve, the magnetic holding forces are eliminated when activating a coil by deliberately clearing the remanence of the other coil, and in a standard valve (with closing spring) - induced by the decaying eddy currents - magnetic holding forces Disabling the coil can be eliminated.
  • FIG. 1 shows a known, basic circuit arrangement for the PWM operation of an inductive fuel injection valve
  • FIG. 2 shows the voltage and current profiles during PWM operation of the fuel injection valve according to FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a detailed view of a bistable fuel injection valve
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention for the PWM operation of an inductive fuel injection valve
  • FIG. 5a shows the voltage and current profile at the current mirror of the circuit arrangement according to the invention
  • Figure 5b the timing of operating current and negative current when opening and closing a bistable valve.
  • FIG. 8 shows a circuit arrangement according to the invention for operating a plurality of valve coils
  • FIG. 9 shows the time profile of the valve switching movements, without (9a) and with degaussing current (9b),
  • FIG. 10 shows a further circuit arrangement, FIG.
  • FIG. 11 shows a control unit for the circuit arrangement according to FIG. 10,
  • FIG. 12 shows the signal curves in this control unit
  • FIG. 13 shows a control unit for the circuit arrangement according to FIG
  • FIG. 10 a schematic representation of a standard
  • Solenoid injection valve and Figure 15: the formation of transient, opposite
  • FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention for the PWM operation of a coil, for example the opening coil L1 of an inductive fuel injection valve.
  • the Steue for ⁇ tion of the valve-Be-powered current circuit part used (Tl, T2, Dl, D2) is already explained in the description of FIG. 1
  • the one terminal of the coil Ll for example, the opening coil of the valve by means of Ers ⁇ th switching transistor Tl to the positive terminal V + of the supply voltage source V and the other terminal connected by means of the two ⁇ th switching transistor T2 with reference potential GND.
  • the source terminal of the first switching transistor Tl is connected to one terminal of the coil L1 - its drain terminal to the positive terminal V +.
  • the source terminal of the second switching transistor T2 is connected to reference potential GND, its drain terminal to the other terminal of the coil Ll.
  • the free-wheeling diode Dl is arranged to conduct current from reference potential GND for a terminal of the coil Ll and disposed toward the recuperated energy peration diode D2 conducting current le from the other terminal of the Spu ⁇ Ll to the positive pole V + of the supply voltage source.
  • the circuit is extended by five transistors T3 to T7, five resistors Rl to R5, a capacitor Cl and a Di ⁇ ode D3 and to the inclusion of existing in the vehicle on-board voltage source Vbat.
  • the third transistor T3 is connected in parallel with the free-wheeling diode D1: its source terminal is connected to reference potential GND, its drain terminal to the connection point of freewheeling diode D1 and the one terminal of the coil L1. It serves to connect in the current-conducting state connected to the first switching transistor Tl terminal of the coil Ll with reference potential GND.
  • the transistors T4 to T6 together with the resistors R2 to R4 form a complementary Darlington current mirror, which supplies a negative current.
  • This current mirror T4-T6 is connected via a first resistor Rl to the positive pole V + of the supply voltage V.
  • the source terminal of the fourth transistor T4 is connected to the other terminal of the coil Ie L1, while the source terminal of the sixth transistor T6 is connected via the series circuit of the seventh transistor T7 and the fifth resistor R5 with dustspotenti ⁇ al GND.
  • the gate terminals of the third Tran ⁇ sistor T3 and the seventh transistor T7 are connected to each other and to the output of a control device, which is shown in Figure 6 or 7, for generating a control signal negative current control NSC for the negative current.
  • a capacitor Cl is connected, which is charged by the Bordthesesquel ⁇ le Vbat via a protective diode D3 and the current mirror T4-T6 supplied with energy, which by Current source switched seventh transistor T7 is controlled.
  • this transistor T3 and also the seventh transistor T7 is non-conducting, so that at the output of the current mirror, through the source terminal of the fourth transistor T4 is formed, too no electricity flows.
  • the circuit is inactive, no current flows through the coil Ll in the negative direction (in the direction from transistor T4 to transistor T3).
  • the control signal NSC to high level jumps (for example, + 5V)
  • the third transistor T3 is turned on and connects the one terminal of the coil Ll with dustspotenti ⁇ al GND.
  • the seventh transistor T7 a current whose size by the value of the fifth resistor R5 and the base voltage (+ 5V) of the seventh
  • Transistor T7 minus its base-emitter voltage (5V-0.7V ⁇ 4.3V) is determined.
  • this current also flows through the sixth transistor T6 and the third resistor R3, at which it generates a voltage drop.
  • the principle of a current mirror with emitter resistors (to negative current Kopp ⁇ lung) of the fifth transistor T5 and the second resistor R2 will develop the same voltage drop between the base terminal. If one now chooses the value of resistor R2 much lower than the value of R3, a correspondingly higher current through R3 is required for this:
  • the fifth transistor T5 forms, together with the fourth transistor T4, a complementary Darlington transistor. Accordingly, the principal portion of the current flowing through the two ⁇ th resistor R2, the current I R2 flowing through the fourth transistor T4.
  • negative current pulse capacitor Cl is connected by means of the first resistance is used Rl to the potential of the supply voltage V + (at ⁇ game as + 48V) charged.
  • V + at ⁇ game as + 48V
  • a negative current here is a current through the opening or closing coil defined in the direction of the actuating current opposite direction.
  • R1 is selected to be so high that its current flow is substantially lower than the negative current flowing through the second resistor R2 and the fourth transistor T4. However, the value of R1 must be small enough to allow the capacitor C1 to be charged to the potential V + in the pauses between two consecutive negative current pulses.
  • capacitor C1 is now discharged and its voltage becomes lower than the on-board voltage Vbat.
  • the protection diode D3 becomes conductive and capacitor Cl clamped on board voltage Vbat. This ensures that at the beginning of a negative current pulse enables high versor ⁇ supply voltage V + a rapid current build-up in the coil Ll and the further course is low enough to bring into being by no ne unnecessary power dissipation in the fourth transistor T4.
  • FIG. 5a shows the voltage and current profile at the current mirror T4-T6, wherein the upper track shows the voltage U C i at the capacitor C1.
  • the voltage U C i decreases until it is clamped at about 11.3V.
  • the voltage U C i rises again to V +.
  • the lower trace shows the negative current pulse I L1 .
  • the setpoint of 2A is already reached after 38 ⁇ s.
  • bistable valves it has been shown that the duration of the negative current pulse is set to the time period should ⁇ to which surfaces of the current in the other coil for achievement requires its operating value.
  • the control signal NSC can be obtained in a simple manner. Suffice it a flip-flop which is set at the start of valve activation and is the first achievement of the operating current turn Retired ⁇ can be.
  • Figure 6 shows a circuit of such a control device with a bistable valve for the negative current through the one coil, for example the opening coil Ll, by the closing signal of the other coil, for example the closing coil.
  • This circuit consists only of a flip-flop IClA.
  • the flip-flop IClA terminal CLK
  • the output of the PWM unit PWM (see FIGS. 2 and 4) connected to the terminal CLR-not of the flip-flop IClA receives high level at this time. Reaches the current through the closing coil its operating value, this output switches to low level and thus also clears the flip-flop ICLA, so that the output signal of NSC at the output Q to the low level reset jumps to ⁇ .
  • the base terminal of the Transisto ⁇ ren T3 and T7 of the circuit for the opening coil Ll ⁇ signal supplied NSC has high level as long as the current through the closing coil until the first achievement of its operating value.
  • a circuit according to FIG. 4 and FIG. 6 is required for generating the negative current for both the opening and closing coils.
  • the opening of the valve associated with the PWM unit controls the negative current pulse in the coil of the closing Ven ⁇ TILs and associated with the closure of the valve PWM unit controls the negative current pulse in the coil of the valve opening.
  • the time profile of operating current and ne ⁇ negative flow for opening and closing a bistable valve is shown schematically in Figure 5b.
  • the negative current is used to delete the eddy currents that continue to flow after power-off and decay in the opening coil still in Mag ⁇ net Vietnamese of the standard valve.
  • the circuit according to FIG. 7 contains a timer (monoflop IC2) for determining the duration of the negative current pulses through the coil Ll, which is triggered by the inverted by an inverter IC4 falling edge of the signal EO.
  • a timer (monoflop IC2) for determining the duration of the negative current pulses through the coil Ll, which is triggered by the inverted by an inverter IC4 falling edge of the signal EO.
  • diode D1 can be dispensed with, the substrate diode of transistor T3 assuming its function, the freewheel.
  • the supply of the Darlington current mirror is made of a capacitor, which is first charged to the potential of the supply voltage V + to achieve a rapid increase in current in the coil inductance.
  • the negative current is controlled by a signal from the drive electronics, which controls the current flow in the respective opposite coil.
  • the negative current is controlled by the falling edge of the actuation (opening) signal.
  • the energy required for demagnetization can also be acted upon accelerated. This is useful when a mög ⁇ lichst faster onset of valve movement is required.
  • There- to the negative current is not set with a predetermined, largely constant value for a certain period of time, as shown in FIG 5a, but as an approximately triangular current pulse with a predetermined maximum value (Figure 9b).
  • the rate of current rise is doing right by the inductance of the coil and the supply voltage V be ⁇ . Also, the peak value of the current is higher than in the first embodiment because the demagnetizing energy is provided in a shorter time.
  • valve switching times without (FIG. 9a) and with the demagnetizing current (FIG. 9b) are compared with one another. There each show: - the upper track: the demagnetizing current,
  • FIG. 1 A circuit diagram for such a circuit arrangement is shown in FIG.
  • the circuit corresponds essentially to the embodiment of Figure 4, but eliminates resistor Rl, capacitor Cl, diode D3 and the connection to the on-board voltage source Vbat. Also, the resistors R2 and R3 are connected directly to the positive pole V + of the supply voltage, and between the source terminal of transistor T3 and the ground terminal GND, a resistor R7 is inserted.
  • the current source T4-T6 is now designed by selecting the value ratio of the resistors R2 and R3 for a much higher constant current - for example 8A.
  • the valve switching time determined in a measured exemplary embodiment of the circuit according to FIG. 10 is shortened, for example, from 620 ⁇ s (without degaussing current, FIG. 9a) to 504 ⁇ s (with degaussing current, FIG. 9b).
  • the current source T4-6 also has a protective function, since in case of a short circuit of the right terminal of the coil Ll to reference potential of the current from T6 is limited.
  • valve coils are located in the injector, not shown on the engine block of the internal combustion engine out ⁇ half of the electronic control unit, and a short circuit of the leads to vehicle ground is a common mistake. However, this must not lead to damage to the electronics.
  • the Steue ⁇ executed for a bistable injection valve approximation unit of Figure 11 includes a monostable multivibrator IC2, a flip-flop ICLA, a comparator Compl and an AND gate having three inputs IC3A.
  • the closing signal ES is connected to the trigger ⁇ input CK of the monostable multivibrator IC2, with an input of the AND gate IC3A and to the reset input CLR of flip-flop non ICLA.
  • the tapped at the resistor R7 in Figure 10 signal NSS (Ne ⁇ negative current sense) is connected to the non-inverting input the comparator Compl whose inverting input a reference voltage Vref is supplied.
  • the output of the comparator Compl is connected to the trigger input CLK of the flip-flop IClA.
  • the output Q of the monoflop IC2 is connected to a second input of the AND gate whose third input is connected to the inverting Q-not output of the flip-flop IClA.
  • the signal NSC negative current control
  • a signal NSD negative current diagnosis
  • the control signal already described in Figure 6, the closing signal as Example ⁇ It controls also the switching on of the negative current to the opening coil Ll.
  • the negative current is switched off on reaching a vorgege- but now surrounded current value, but has to be the smaller than the target ⁇ value of the current of the current source T4-6.
  • the signal curves of the control unit shown in FIG. 11 can be taken from FIG.
  • the closing signal ES has low levels.
  • This level is also applied to the reset input CLR-not of the flip-flop IClA, so that at its non-inverting output Q a negative-current diagnostic signal NSD is present with a low level. Accordingly, the vertierende in ⁇ output Q-Not of the flip-flop Icla high level.
  • the rising edge of the control signal ES clocks the monoflop IC2 whose output Q now assumes high levels for the duration of the monoflop time.
  • the AND gate IC3A combines the signals ES, Q of IC2 and Q-not of IClA. Since all these signals now have high levels, the signal NSC at the output of AND gate IC3A decreases with the rising edge of the control signal. nals ES also high-level. The negative current starts to increase.
  • the output of the comparator Compl has low level. If the value of NSS exceeds that of Vref, the output of the comparator Compl jumps to high level and sets the downstream flip-flop IClA. Its inverting output Q-Not jumps to low level and switches via the AND gate IC3A, the signal NSC to low level, whereby the negative current in the opening coil Ll is turned off. Similarly, the signal NSD jumps to non-inverting output Q to high level.
  • Be ⁇ is a short circuit to reference potential with one of the lines to ⁇ the coil, no current will flow through resistor R7 and the signal NSD remains at low level. This also applies to a line break.
  • the time constant of the monostable IC2 is selected so that the desired value of the negative current is reliably achieved, but a thermal overload of the power transistor T4 of the current source in the event of a short circuit to the reference potential is avoided. If the signal NSS (negative current sense) has not exceeded the value of Vref until the time constant has elapsed, then the downstream flip-flop IClA is not triggered. The Sig nal ⁇ NSD the non-inverting output Q remains at a low level. The output Q of the monostable multivibrator IC2 goes back to the low level and disables the AND gate IC3A, so that its output signal ⁇ NSC to the low level goes.
  • the control unit of Figure 11 is supplemented to the effect that the opening signal EO, be ⁇ before it the monoflop IC2, the AND gate IC3A and the flip-flop IClA is fed, is inverted by means of an inverter IC4, so that the monoflop IC2 is triggered only by the falling Flan ⁇ ke of the signal EO.
  • the circuit arrangement of Figure 4 or Figure 10 for actuating a plurality of valves, ie, all (for example, four or six) fuel injectors a Internal combustion engine can be extended without having to increase the number of circuits proportionally. This is achieved by adding additional diodes D7 to DLO in series with the drain terminal of the third transistor T3, of additional diodes D4a to D6a and D4b to D6b in series with the source terminal of the transistor T4, and / or a white ⁇ n transistor T3b, and another current mirror T4b- T7b, R2b-R5b.
  • each of the desired Current path selected by suitable control of T3, T3b, T7, T7b se ⁇ .
  • Figure 14 shows a schematic representation of a standard solenoid injector with coil S4 and closing spring S3.
  • the coil S4 is surrounded by the iron yoke S5.
  • the valve needle S7 and its associated armature S6 is pressed by the closing spring S3 against a valve seat, not shown, and thus blocks the valve opening ⁇ not shown.
  • the armature S6 is attracted against the force of the closing spring S3 and thus the valve is opened.
  • FIG. 14 the solid field lines 14a (left) with the valve open and the dashed field lines 14b (right) in the closing process during the temporarily occurring field reversal are shown.
  • FIG. 15 shows, in principle, the formation of transient, opposite field directions between iron yoke S5 and armature S6.
  • the lower diagram shows the time course of the applied to the coil negative current pulse during the closing of the injector.
  • the upper diagram shows the field strengths or holding forces resulting from eddy currents.
  • the respective value of the eddy current is associated with a magnetic field strength and thus a holding force.
  • the upper curve 15 shows the course of the armature S6 - wel ⁇ cher consists of material having the highest possible electrical conductance - effective field strength, while the lower curve 15b the course of the iron yoke S5 - of material of low electrical conductivity - is effective field strength.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum beschleunigten Schalten von induktiven Kraftstoff-Einspritzventilen, wobei die durch Remanenz bei einem bistabilen Ventil (mit Öffnungs- und Schliessspule) oder durch Wirbelströme bei einem Standard-Ventil mit Öffnungsspule und Schließfeder bewirkten magnetischen Halte- kräfte durch einen durch die Spule in zur Richtung des Betriebsstroms entgegengesetzter Richtung fließenden ,,negativen' Strom eliminiert werden. Zum noch schnelleren Schließen des Ventils werden zusätzlich Eisenrückschluss und Anker aus Materialien mit unterschiedlichen elektrischen Leitwerten verwendet.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Schalten induktiver Kraftstoff-Einspritzven- tile
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten induktiver Kraftstoff-Einspritzventile gemäß Anspruch 1 oder 6.
Schärfere gesetzliche Emissionsvorgaben und der Zwang zu immer besserer Kraftstoffausnutzung haben in den vergangenen Jahren die Einführung von Hochdruck-Direkt-Einspritz-Systemen für Diesel- und Benzinmotoren entscheidend vorangetrieben, da hierdurch die Qualität der Gemischaufbereitung wesentlich verbessert wird.
Merkmale dieser Systeme sind sehr hohe Kraftstoffeinspritzdrücke bis über 2000Bar (Diesel) und über lOOBar (Benzin) , sowie die Zuführung des Kraftstoffs in mehreren Teileinsprit- zungen je Einspritzvorgang.
Durch diese Anpassung der Kraftstoffzumessung an die Dynamik des Verbrennungsvorgangs lassen sich eine Fülle von Funkti¬ onsverbesserungen erzielen: beim Benzinmotor: besserer Wirkungsgrad, weniger Rohemissionen; beim Dieselmotor: weniger Motorgeräusche (Klopfen), weniger Rußpartikel, geringere NOx-Erzeugung, besseres Kaltstartverhalten.
Beim manchen Dieselmotoren wird in periodischen Abständen sogar im Auslasstakt noch Kraftstoff eingespritzt, um etwa die Regeneration eines Partikelfilters im Abgasstrang durch Ab- brand der Rußpartikel zu erreichen.
Die Fülle dieser Funktionen, die mit modernen Direkt-Ein- spritzsystemen möglich sind, haben in der Folge eine enormen Verschärfung der Anforderungen an Präzision und Dynamik der Einspritzventile nach sich gezogen. So werden nunmehr Ventilschaltzeiten von 100 bis 500μs gefordert, um bei den hohen Systemdrücken auch kleinste Kraftstoffmengen bis herunter zu wenigen μg mit hoher Genauigkeit und hoher zeitlicher Präzision einspritzen zu können.
Dies hat letztlich der Piezotechnologie den Durchbruch ermög¬ licht, da sie eine wesentlich schnellere und präzisere Ven- tilbetätigung im Vergleich zur klassischen Solenoidtechnik erlaubt. Sie ist mittlerweile für Diesel-PKW-Motoren Standard geworden .
Da die hier verwendete Piezokeramik auf eine Änderung der Steuerspannung spontan mit einer Volumensänderung der eingespritzten Kraftstoffmenge reagiert, ist ein sehr schnelles, fast verzögerungsfreies Betätigen der Einspritzventile mög¬ lich. Im Gegensatz dazu muss beim klassischen Solenoidventil zuerst ein Stromfluss in der induktivitätsbehafteten Erreger- wicklung aufgebaut werden, der dann, aber erst nach Erreichen eines bestimmten Stromwertes, das Ventil betätigen kann.
Allerdings gehen die Vorzüge der Piezotechnologie für Hoch¬ druck-Einspritzventile mit erheblichen Kosten einher, so dass der dringende Bedarf besteht, für weniger anspruchsvolle
Hochdruck-Direkt-Einspritz-Systeme auch weiterhin Solenoid- Einspritzventile einzusetzen.
Ein typisches Beispiel dafür sind großvolumige, langsam lau- fende Diesel-LKW-Motoren, wie etwa 6-Zylinder-Motoren mit 9 Litern Hubraum und maximalen Betriebsdrehzahlen von etwa 1800 U/min. Neben der geringen Drehzahl sind wegen des großen Hubraumes auch die Anforderungen an kleinste Einspritzmengen reduziert. Auch die Anzahl der Einspritzimpulse je Einspritz- Vorgang ist geringer, da z.B. eine Voreinspritzung zur Reduzierung des dieseltypischen "Nageins" wegen des ohnehin recht hohen Laufgeräusches des LKW-Motors entfallen kann. Untersuchungen haben nun gezeigt, dass Solenoid-Einspritzven- tile für solche Anwendungen zwar prinzipiell geeignet sind, jedoch einiger Weiterentwicklungen bedürfen. So muss für den Einsatz in Direkt-Einspitzsystemen bei Standard-Solenoidven- tilen, welche eine Spule (Wicklung) zur magnetischen Öffnung und eine Feder zum Schließen des Ventils aufweisen, die Schließverzögerung verringert werden.
Haupthindernis beim Schließen eines derartigen Standard-Sole- noidventils sind die Wirbelströme im Magnetmaterial des Ven¬ tils, die nach Ausschalten des Betätigungsstromes erst lang¬ sam abklingen und ein schnelles Schließen des Ventils verhindern. Dieses Verhalten definiert die minimale Ventilöffnungs¬ zeit und vergrößert somit die kleinstmögliche Kraftstoff-Ein- spritzmenge.
Bei bistabilen Einspritzventilen mit zwei Wicklungen und Fixierung des Ventils in der jeweiligen Endposition durch Remanenzkräfte ist eine Verringerung sowohl der Einschaltzeit zum Öffnen des Ventils als auch der Ausschaltzeit zum Schließen des Ventils gefordert.
In Figur 1 ist eine bekannte, prinzipielle Schaltungsanord¬ nung zum Betrieb einer Spule eines Kraftstoff-Einspritzven- tils mit PWM- (Pulsweiten-Modulations ) -Betrieb dargestellt.
Dort ist der eine Anschluss der Spule Ll mittels eines ersten Schalttransistors Tl mit dem Pluspol V+ einer Versorgungs- Spannungsquelle V und der andere Anschluss mittels eines zweiten Schalttransistors T2 mit Bezugspotential GND verbun- den. Der Source-Anschluss des ersten Schalttransistors Tl ist mit dem einen Anschluss der Spule Ll verbunden, sein Drain- Anschluss mit dem Pluspol V+ . Der Source-Anschluss des zwei¬ ten Schalttransistors T2 ist mit Bezugspotential GND verbun¬ den und sein Drain-Anschluss mit dem anderen Anschluss der Spule Ll. Außerdem ist eine Freilaufdiode Dl von Bezugspotential GND stromleitend zum einen Anschluss der Spule Ll hin angeordnet und eine Rekuperationsdiode D2 vom anderen An- Schluss der Spule Ll stromleitend zum Pluspol V+ der Versor- gungs-Spannungsquelle hin angeordnet .
Die Schaltung nach Figur 1 funktioniert folgendermaßen: vor Beginn eines Einschaltvorganges seien beide Schalttransisto¬ ren Tl, T2 nichtleitend. Bei Einschaltbeginn (Öffnungssignal EO, ansteigende Flanke) werden beide Schalttransistoren Tl, T2 stromleitend geschaltet. Dadurch wird an die Spuleninduk¬ tivität die Versorgungsspannung V angelegt, beispielsweise V = 48V. Es fließt ein Strom durch die Spule Ll, welcher schnell ansteigt.
Bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Stromsollwerts, bei welchem das Ventil öffnet, wird mittels der PWM-Einheit PWM Schalttransistor Tl nichtleitend geschaltet und der Spulenstrom fließt nun durch die Spule Ll über die Freilaufdiode Dl und Schalttransistor T2, wobei er langsam absinkt. Erreicht der Strom nun einen unteren vorgegebenen Sollwert, so wird Schalttransistor Tl wiederum leitend geschaltet, woraufhin der Spulenstrom abermals ansteigt.
Durch wiederholtes Leitend- und Nichtleitendschalten von Schalttransistor Tl kann so der Spulenstrom während der Einschaltdauer des Ventils auf einem annähernd konstanten Wert gehalten werden. Am Ende der Einschaltdauer (abfallende Flanke des Öffnungssignals EO) werden (bei einem Standard-Ventil mit Schließfeder) beide Schalttransistoren Tl und T2 gleichzeitig nichtleitend geschaltet, worauf sich die Spule Ll über die Freilaufdiode Dl und die Rekuperationsdiode D2 in die Versorgungs-Spannungsquelle V entlädt und das Ventil schließt .
Figur 2 zeigt, wie oben beschrieben, in der oberen Spur den Spannungsverlauf und in der unteren Spur den Stromverlauf in der Öffnungsspule Ll während der Öffnungsdauer eines Stan- dard-KraftStoff-Einspritzventils . Figur 3 zeigt das Prinzip eines bistabilen Kraftstoff-Einspritzventils. Die Ventilnadel 1 ist in einem Gehäuse 4 ver¬ schiebbar gelagert und in der Position "OFFEN" dargestellt. Sie liegt am linken Eisenrückschluss 2 an. Der linke Eisen- rückschluss 2 umschließt die Öffnungsspule A-B (Rechtecke A und B mit Abschrägung) . Durch einen vorangegangenen Betätigungsstrom in der Öffnungsspule A-B wurde der linke Eisenrückschluss magnetisiert, so dass er jetzt, wenn der Strom abklingt, die Ventilnadel 1 in der Position "OFFEN" hält.
In dieser Stellung ist der Weg frei für den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff vom Einlass a (in Pfeilrichtung) zu den Auslässen b und c und weiter zu den nicht dargestellten Ventildüsen, die dadurch geöffnet werden. Im Folgenden kann es sich bei dem Begriff „Kraftstoff" auch um ein „Hydraulik- Medium" handeln, wobei anstelle eines Kraftstoff-Kreislaufs ein Hydraulik-Kreislauf vorgesehen sein kann, mittels welchem ein Kraftstoff-Einspritzventil mit hydraulischer Drucküber¬ setzung gesteuert wird.
Zum Schließen des Ventils wird nun ein Betätigungsstrom durch die Schließspule C-D geleitet, so dass sich die Ventilnadel 1 zum rechten Eisenrückschluss 3 bewegt. Nach Abschalten des Schließstromes wird die Ventilnadel 1 durch die Magnetisie- rung des rechten Eisenrückschlusses 3 in der Position "GESCHLOSSEN" gehalten.
Dadurch wird der Weg vom Einlass a zu den Auslässen b und c gesperrt. Gleichzeitig werden die Auslässe b und c mit den als Ringleitung ausgeführten Rücklaufleitungen r verbunden, welche den Kraftstoffdruck zwischen den Auslässen b, c und den nicht dargestellten Ventildüsen abbauen, wodurch das Ventil geschlossen wird.
Da ein bistabiles Ventil zwei Spulen besitzt, nämlich eine
Öffnungs- und eine Schließspule, ist die Schaltungsanordnung nach Figur 1 zweimal je Ventil vorzusehen: einmal zum Betrei- ben der Öffnungsspule A-B (Ll in Figur 1) und einmal zum Be¬ treiben der Schließspule C-D.
Aus DE 100 18 175 Al ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Hubanker-Aktors für ein Gaswechsel-Ventil bekannt, bei welchem am Ende des Betätigungsvorgangs ein zum Betätigungs¬ strom gegensinniger Strom durch die Spule geschickt wird, um einen schnelleren Wechsel des Schaltzustandes zu initiieren.
Derartige Verfahren sind beispielsweise auch aus DE 199 21 938 Al, DE 195 26 681 Al und DE 40 16 816 Al bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum beschleunigten Schalten induktiver Kraftstoff-Einspritz- ventile zu schaffen, welche bei bistabilen Ventilen die Öffnungs- und die Schließverzögerung, und bei Standard-Solenoidventilen (mit Schließfeder) die Schließverzögerung verringert .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung ge¬ mäß den Merkmalen von Anspruch 1 oder 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Ventilschaltzeiten werden bekannterweise verringert, wenn bei einem bistabilen Ventil die magnetischen Haltekräfte beim Aktivieren einer Spule durch gezieltes Löschen der Remanenz der anderen Spule eliminiert werden, und bei einem Standard- Ventil (mit Schließfeder) die - durch die abklingenden Wirbelströme induzierten - magnetischen Haltekräfte beim Deaktivieren der Spule eliminiert werden.
In beiden Fällen ist dazu die Einprägung eines negativen Strompulses in die jeweilige Spule erforderlich, dessen Stromhöhe und zeitlicher Verlauf möglichst genau den magneti¬ schen Erfordernissen des Ventils entsprechen müssen.
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Figur 1: eine bekannte, prinzipielle Schaltungsanordnung zum PWM-Betrieb eines induktiven Kraftstoff-Ein- spritzventils, Figur 2: die Spannungs- und Stromverläufe bei PWM-Betrieb des Kraftstoff-Einspritzventils nach Figur 1,
Figur 3: die Detailansicht eines bistabilen Kraftstoff-Ein- spritzventils,
Figur 4 : eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum PWM- Betrieb eines induktiven Kraftstoff-Ein- spritzventils,
Figur 5a: Spannungs- und Stromverlauf am Stromspiegel der er- findungsgemäßen Schaltungsanordnung,
Figur 5b: den zeitlichen Verlauf von Betriebsstrom und negativem Strom beim Öffnen und Schließen eines bistabilen Ventils.
Figur 6: eine Steuerungseinrichtung für den negativen Strom bei einem bistabilen Kraftstoff-Einspritzventil,
Figur 7: eine Steuerungseinrichtung für den negativen Strom bei einem Standard-Einspritzventil mit Öffnungs¬ spule und Schließfeder,
Figur 8 : eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Be- trieb mehrerer Ventilspulen,
Figur 9: den zeitlichen Verlauf der Ventilschaltbewegungen, ohne (9a) und mit Entmagnetisierungsstrom (9b), Figur 10: eine weitere Schaltungsanordnung,
Figur 11: eine Steuerungseinheit zur Schaltungsanordnung nach Figur 10,
Figur 12: die Signalverläufe in dieser Steuerungseinheit, Figur 13: eine Steuerungseinheit zur Schaltungsanordnung nach
Figur 10. Figur 14: eine prinzipielle Darstellung eines Standard-
Solenoid-Einspritzventils, und Figur 15: die Entstehung vorübergehender, entgegengesetzter
Feldrichtungen .
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum PWM-Betrieb einer Spule, beispielsweise der Öffnungsspule Ll eines induktiven Kraftstoff-Einspritzventils. Der zur Steue¬ rung des Ventil-Be-triebsstroms verwendete Schaltungsteil (Tl, T2, Dl, D2) ist in der Beschreibung zu Figur 1 bereits ausgeführt .
Wie dort beschrieben, ist der eine Anschluss der Spule Ll , beispielsweise der Öffnungsspule des Ventils mittels des ers¬ ten Schalttransistors Tl mit dem Pluspol V+ der Versorgungs- Spannungsquelle V und der andere Anschluss mittels des zwei¬ ten Schalttransistors T2 mit Bezugspotential GND verbunden. Der Source-Anschluss des ersten Schalttransistors Tl ist mit dem einen Anschluss der Spule Ll verbunden - sein Drain-An- schluss mit dem Pluspol V+ . Der Source-Anschluss des zweiten Schalttransistors T2 ist mit Bezugspotential GND verbunden, sein Drain-Anschluss mit dem anderen Anschluss der Spule Ll.
Die Freilaufdiode Dl ist stromleitend von Bezugspotential GND zum einen Anschluss der Spule Ll hin angeordnet und die Reku- perationsdiode D2 stromleitend vom anderen Anschluss der Spu¬ le Ll zum Pluspol V+ der Versorgungs-Spannungsquelle hin an- geordnet .
Zusätzlich ist die Schaltung um fünf Transistoren T3 bis T7, fünf Widerstände Rl bis R5, einen Kondensator Cl und eine Di¬ ode D3 sowie um die Einbeziehung der im Fahrzeug vorhandenen Bordspannungsquelle Vbat erweitert. Der dritte Transistor T3 ist parallel zur Freilaufdiode Dl geschaltet: sein Source-Anschluss ist mit Bezugspotential GND verbunden, sein Drain-Anschluss mit dem Verbindungspunkt von Freilaufdiode Dl und dem einen Anschluss der Spule Ll. Er dient dazu, im stromleitenden Zustand den mit dem ersten Schalttransistor Tl verbundenen Anschluss der Spule Ll mit Bezugspotential GND zu verbinden.
Die Transistoren T4 bis T6 bilden zusammen mit den Widerstän- den R2 bis R4 einen komplementären Darlington-Stromspiegel, welcher einen negativen Strom liefert. Dieser Stromspiegel T4-T6 ist über einen ersten Widerstand Rl mit dem Pluspol V+ der Versorgungsspannung V verbunden. Der Source-Anschluss des vierten Transistors T4 ist mit dem anderen Anschluss der Spu- Ie Ll verbunden, während der Source-Anschluss des sechsten Transistors T6 über die Reihenschaltung des siebenten Transistors T7 und des fünften Widerstandes R5 mit Bezugspotenti¬ al GND verbunden ist. Die Gate-Anschlüsse des dritten Tran¬ sistors T3 und des siebenten Transistors T7 sind miteinander und mit dem Ausgang einer Steuerungseinrichtung, welche in Figur 6 bzw. 7 dargestellt ist, zur Erzeugung eines Steuersignals Negative-Strom-Control NSC für den negativen Strom verbunden .
Zwischen dem mit dem Stromspiegel T4-T6 verbundenen Anschluss des ersten Widerstandes Rl und Bezugspotential GND ist ein Kondensator Cl geschaltet, welcher von der Bordspannungsquel¬ le Vbat über eine Schutzdiode D3 aufgeladen wird und den Stromspiegel T4-T6 mit Energie versorgt, welcher durch den als Stromquelle geschalteten siebenten Transistor T7 gesteuert wird.
Solange das Steuersignal NSC am Gate-Anschluss des dritten Transistors T3 Low-Pegel (OV) hat, ist dieser Transistor T3 und auch der siebente Transistor T7 nichtleitend gesteuert, so dass am Ausgang des Stromspiegels, der durch den Source- Anschluss des vierten Transistors T4 gebildet wird, ebenfalls kein Strom fließt. Die Schaltung ist inaktiv, durch die Spule Ll fließt kein Strom in negativer Richtung (in Richtung von Transistor T4 nach Transistor T3) .
Springt das Steuersignal NSC auf High-Pegel (beispielsweise +5V) , so wird der dritte Transistor T3 leitend geschaltet und verbindet den einen Anschluss der Spule Ll mit Bezugspotenti¬ al GND. Zugleich beginnt durch den siebenten Transistor T7 ein Strom zu fließen, dessen Größe durch den Wert des fünften Widerstandes R5 und die Basisspannung (+5V) des siebenten
Transistors T7 abzüglich seiner Basis-Emitter-Spannung (5V- 0,7V ~ 4,3V) bestimmt wird.
Des weiteren fließt dieser Strom auch durch den sechsten Transistor T6 und den dritten Widerstand R3, an denen er einen Spannungsabfall erzeugt. Gemäß dem Funktionsprinzip eines Stromspiegels mit Emitterwiderständen (zur Stromgegenkopp¬ lung) wird sich zwischen dem Basis-Anschluss des fünften Transistors T5 und dem zweiten Widerstand R2 derselbe Span- nungsabfall entwickeln. Wählt man nun den Wert von Widerstand R2 wesentlich geringer als den Wert von R3, so ist dazu ein entsprechend höherer Strom durch R3 erforderlich:
Der fünfte Transistor T5 bildet zusammen mit dem vierten Transistor T4 einen komplementären Darlingtontransistor. Entsprechend wird der hauptsächliche Anteil des durch den zwei¬ ten Widerstand R2 fließenden Stromes IR2 durch den vierten Transistor T4 fließen.
Zur statischen Ansteuerung des vierten Transistors T4, der als MOS-Fet ausgebildet ist, ist kein Stromfluss erforder¬ lich, sondern es muss eine dem Drainstrom und der Steuerkenn- linie entsprechende Gate-Source-Spannung eingestellt werden. Wählt man den Wert des vierten Widerstandes R4 so, dass ID (T4) = IR2 (Drainstrom durch T4 = Strom durch den zweiten Widerstand R2 ) die Bedingung gilt:
mit UGs(τ4) = Gate-Source-Spannung des vierten Transistors T4 und IR3 = Strom durch den dritten Widerstand R3, dann fließen durch die beiden Transistoren T5 und T6 annähernd gleiche Ströme. Dies verbessert die Genauigkeit des Stromüberset- Zungsverhältnisses IR2/IR3 beim Stromspiegel soweit, dass auch große Übersetzungen von beispielsweise >1000:l stabil und re¬ produzierbar dargestellt werden können. Im ausgeführten Beispiel wird mit einem Steuerstrom von beispielsweise 2mA durch Transistor T7 ein Ausgangsstrom von 2A durch Transistor T4 kontrolliert. Die Versorgung des Stromspiegels erfolgt aus dem Kondensator Cl .
Zu Beginn eines durch das Signal NSC eingeleiteten negativen Strompulses ist Kondensator Cl mittels des ersten Widerstan- des Rl auf das Potential der Versorgungsspannung V+ (bei¬ spielsweise +48V) aufgeladen . Als negativer Strom ist hier ein Strom durch die Öffnungs- oder Schließspule in zur Richtung des Betätigungsstroms entgegengesetzter Richtung definiert.
Der Wert von Rl ist dabei so hoch gewählt, dass sein Strom- fluss wesentlich geringer ist als der durch den zweiten Widerstand R2 und den vierten Transistor T4 fließende negative Strom. Der Wert von Rl muss jedoch klein genug sein, um ein Aufladen des Kondensators Cl auf das Potential V+ in den Pau- sen zwischen zwei aufeinander folgenden negativen Strompulsen zu erlauben.
Durch den durch den zweiten Widerstand R2 und den vierten Transistor T4 durch die Spule Ll und den dritten Transistor T3 fließenden (negativen) Strom wird nun Kondensator Cl entladen und seine Spannung wird kleiner als die Bordspannung Vbat . Dadurch wird die Schutzdiode D3 leitend und Kondensator Cl auf die Bordspannung Vbat geklemmt. Dadurch wird erreicht, dass zu Beginn eines negativen Strompulses die hohe Versor¬ gungsspannung V+ einen schnellen Stromaufbau in der Spule Ll ermöglicht und im weiteren Verlauf niedrig genug ist, um kei- ne unnötige Verlustleistung im vierten Transistor T4 entstehen zu lassen.
Figur 5a zeigt den Spannungs- und Stromverlauf am Stromspie¬ gel T4-T6, wobei die obere Spur die Spannung UCi am Kondensa- tor Cl zeigt. Mit wachsendem negativem Strompuls IL1 sinkt die Spannung UCi, bis sie bei ca 11,3V geklemmt wird. Nach Beendigung des negativen Strompulses steigt die Spannung UCi wieder auf V+ an. Die untere Spur zeigt den negativen Strompuls IL1. Der Sollwert von 2A wird bereits nach 38μs er- reicht .
Bei bistabilen Ventilen hat es sich gezeigt, dass die Dauer des negativen Strompulses auf die Zeitdauer eingestellt wer¬ den sollte, welche der Strom in der anderen Spule zum Errei- chen seines Betriebswertes benötigt. Dadurch lässt sich auf einfache Weise das Steuersignal NSC gewinnen. Es genügt ein Flip-Flop, das zu Beginn der Ventilaktivierung gesetzt und beim ersten Erreichen des Betriebsstromes wiederum zurückge¬ setzt werden kann.
Figur 6 zeigt eine Schaltung einer solchen Steuerungseinrichtung bei einem bistabilen Ventil für den negativen Strom durch die eine Spule, beispielsweise die Öffnungsspule Ll, durch das Schließsignal der anderen Spule, beispielsweise der Schließspule.
Diese Schaltung besteht lediglich aus einem Flip-Flop IClA. Mit der ansteigenden Flanke beispielsweise des Schließsignals ES für die nicht dargestellte Schließspule wird das Flip-Flop IClA (Anschluss CLK) gesetzt, so dass sein Ausgang Q, an wel¬ chem das Signal NSC erscheint, High-Pegel annimmt. Der mit Anschluss CLR-Nicht des Flip-Flops IClA verbundene Ausgang der PWM-Einheit PWM (siehe Figuren 2 und 4) erhält zu diesem Zeitpunkt High-Pegel. Erreicht der Strom durch die Schließspule seinen Betriebswert, so schaltet dieser Ausgang auf Low-Pegel und löscht damit auch das Flip-Flop IClA, so dass dessen Ausgangssignal NSC am Ausgang Q auf Low-Pegel zu¬ rückspringt. Damit hat das dem Basisanschluss der Transisto¬ ren T3 und T7 der Schaltung für die Öffnungsspule Ll zuge¬ führte Signal NSC solange High-Pegel, wie der Strom durch die Schließspule bis zum ersten Erreichen seines Betriebswertes benötigt .
Für ein bistabiles Ventil ist zur Erzeugung des negativen Stromes sowohl für die Öffnungs- als auch für die Schließspu- Ie je eine Schaltung nach Figur 4 und Figur 6 erforderlich. Zu beachten ist, dass die zum Öffnen des Ventils gehörige PWM- Einheit den negativen Strompuls in der Schließspule des Ven¬ tils steuert und die zum Schließen des Ventils gehörige PWM- Einheit den negativen Strompuls in der Öffnungsspule des Ven- tils steuert. Der zeitliche Verlauf von Betriebsstrom und ne¬ gativem Strom zum Öffnen und Schließen eines bistabilen Ventils ist in Figur 5b schematisch dargestellt.
Für ein Standard-Ventil mit Öffnungsspule und Schließfeder muss die Steuerung des negativen Stromes der einzigen Spule Ll am Ende des Öffnungssignals EO, wie in Figur 7 darge¬ stellt, erfolgen.
Bei der Steuerungseinheit nach Figur 7 dient der negative Strom zum Löschen der Wirbelströme, die nach dem Ausschalten und Abklingen des Stromes in der Öffnungsspule noch im Mag¬ netkreis des Standard-Ventils weiterfließen. Dazu soll unmit¬ telbar nach Beendigung der Ventilaktivierung (abfallende Flanke des Betätigungs- (Öffnungs) Signals EO ein negativer Strom durch die Öffnungsspule Ll geleitet werden.
Die Schaltung nach Figur 7 enthält dazu ein Zeitglied (Mono- flop IC2) zur Bestimmung der Zeitdauer des negativen Strom- pulses durch die Spule Ll, welches von der mittels eines In- verters IC4 invertierten fallenden Flanke des Signals EO ge- triggert wird.
Für ein Standard-Ventil ist nur jeweils eine Schaltung nach Figur 4 und Figur 7 erforderlich.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltung nach Figur 4 kann Diode Dl entfallen, wobei die Substratdiode von Transistor T3 deren Funktion, den Freilauf, übernimmt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung nach Figur 4 sind folgende :
- es ergibt sich eine zeitlich variable Versorgungsspannung, wodurch die Verlustleistung in der Stromquelle gering gehalten werden kann;
- die Versorgung des Darlington-Stromspiegels erfolgt aus einem Kondensator, der zunächst auf das Potential der Versorgungsspannung V+ aufgeladen wird, um einen raschen Stromanstieg in der Spuleninduktivität zu erreichen.
Für bistabile Ventile mit zwei Betätigungswicklungen erfolgt die Steuerung des negativen Stromes durch ein Signal aus der Antriebselektronik, die den Stromverlauf in der jeweils gege- nüberliegenden Spule steuert .
Für Standard-Ventile mit Schließfeder erfolgt die Steuerung des negativen Stromes durch die fallende Flanke des Betäti- gungs- (Öffnungs-) Signals .
Im weiteren Verlauf des negativen Stromes erfolgt eine Klem¬ mung der Kondensatorspannung auf die Bordspannung Vbat .
In einem weiteren, vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die zur Entmagnetisierung erforderliche Energie auch beschleunigt beaufschlagt werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn ein mög¬ lichst schneller Beginn der Ventilbewegung gefordert ist. Da- zu wird der negative Strom nicht mit einem vorgegebenen, weitgehend konstanten Wert für eine bestimmte Zeitdauer, wie Figur 5a zeigt, sondern als annähernd dreieckförmiger Strompuls mit vorgegebenem Maximalwert festgelegt (Figur 9b) .
Die Geschwindigkeit des Stromanstieges wird dabei durch die Induktivität der Spule und die Versorgungsspannung V be¬ stimmt. Auch ist der Spitzenwert des Stromes höher als bei der ersten Ausführungsform, da die Entmagnetisierungsenergie in kürzerer Zeit erbracht wird.
In Figur 9 werden die Ventilschaltzeiten ohne (Figur9a) und mit Entmagnetisierungsstrom (Figur 9b) miteinander verglichen. Dort zeigen jeweils: - die obere Spur: den Entmagnetisierungsstrom,
- die mittlere Spur: die Ventilbewegung, und
- die untere Spur: das Steuersignal (fallende Flanke).
Ein Schaltplan für eine solche Schaltungsanordnung ist in Fi- gur 10 dargestellt. Die Schaltung entspricht im wesentlichen der Ausführung nach Figur 4, jedoch entfallen Widerstand Rl, Kondensator Cl, Diode D3 und die Anbindung an die Bordspannungsquelle Vbat . Auch sind die Widerstände R2 und R3 direkt mit dem Pluspol V+ der Versorgungsspannung verbunden und zwi- sehen dem Source-Anschluss von Transistor T3 und dem Massean- schluss GND ist ein Widerstand R7 eingefügt.
Des weiteren wird nun die Stromquelle T4-T6 durch die Auswahl des Werteverhältnisses der Widerstände R2 und R3 für einen wesentlich höheren Konstantstrom ausgelegt - beispielsweise 8A.
Bei Aktivierung des Signals Negative-Strom-Control NSC durch das Schließsignal wird - wie bei Figur 4 beschrieben - der der Öffnungsspule zugeordnete Transistor T3 leitend geschal¬ tet, gleichzeitig mittels Transistor T7 die Stromquelle T4 bis T6. Entsprechend der Induktivität der Spule Ll (Öffnungs- spule) wird der Strom durch sie nun zeitlich ansteigen (Figur 9b, obere Spur) . Dieser Strom ist am Widerstand R7 als Spannung Negative-Strom-Sense NSS beobachtbar. Hat diese Spannung NSS einen vorgegebenen Wert erreicht, so wird das Signal Ne- gative-Strom-Control NSC auf OV gesteuert und der Stromfluss damit beendet .
Die bei einem gemessenen Ausführungsbeispiel der Schaltung nach Figur 10 ermittelte Ventilschaltzeit wird beispielsweise von 620μs (ohne Entmagnetisierungsstrom, Figur 9a) auf 504μs (mit Entmagnetisierungsstrom, Figur 9b) verkürzt. Die Stromquelle T4-6 besitzt auch eine Schutzfunktion, da bei einem Kurzschluss des rechten Anschlusses der Spule Ll nach Bezugspotential der Strom aus T6 begrenzt wird.
Die Ventilspulen befinden sich in dem nicht dargestellten Einspritzventil am Motorblock der Brennkraftmaschine außer¬ halb des elektronischen Steuergerätes, und ein Kurzschluss der Zuleitungen nach Fahrzeugmasse ist ein häufiger Fehler. Dies darf aber nicht zu einer Beschädigung der Elektronik führen .
Die Auswertung der Spannung Negative-Strom-Sense NSS sowie die Steuerung des Signals Negative-Strom-Control NSC erfolgt mit einer geeigneten Steuerungseinheit, welche in Figur 11 beschrieben ist.
Die für ein bistabiles Einspritzventil ausgeführte Steue¬ rungseinheit nach Figur 11 enthält ein Monoflop IC2, ein Flip-Flop IClA, einen Komparator Compl und ein UND-Glied IC3A mit drei Eingängen. Das Schließsignal ES ist mit dem Trigger¬ eingang Ck des Monoflops IC2, mit einem Eingang des UND- Gliedes IC3A und mit dem Reset-Eingang CLR-Nicht des Flip- Flops IClA verbunden.
Das am Widerstand R7 in Figur 10 abgegriffene Signal NSS (Ne¬ gative-Strom-Sense) ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators Compl verbunden, dessen invertierendem Eingang eine Referenzspannung Vref zugeführt wird. Der Ausgang des Komparators Compl ist mit dem Triggereingang CLK des Flip-Flops IClA verbunden.
Der Ausgang Q des Monoflops IC2 ist mit einem zweiten Eingang des UND-Gliedes verbunden, dessen dritter Eingang mit dem invertierenden Ausgang Q-Nicht des Flip-Flops IClA verbunden ist.
Am Ausgang des UND-Gliedes IC3A erscheint das Signal NSC (Ne- gative-Strom-Control) , und am nichtinvertierenden Ausgang Q des Flip-Flops IClA erscheint ein Signal NSD (Negative-Strom- Diagnose) .
Das in Figur 6 bereits beschriebene Steuersignal, beispiels¬ weise das Schließsignal ES steuert auch hier das Einschalten des negativen Stromes für die Öffnungsspule Ll. Abgeschaltet wird der negative Strom aber nun bei Erreichen eines vorgege- benen Stromwertes, der aber kleiner sein muss als der Soll¬ wert des Stromes der Stromquelle T4-6.
Die Signalverläufe der in Figur 11 gezeigten Steuerungseinheit sind aus Figur 12 zu entnehmen. Zu Beginn habe das Schließsignal ES Low-Pegel. Dieser Pegel liegt auch am Reset- eingang CLR-Nicht des Flip-Flops IClA an, so dass an dessen nichtinvertierendem Ausgang Q ein Signal Negative-Strom-Diagnose NSD mit Low-Pegel anliegt. Dem entsprechend hat der in¬ vertierende Ausgang Q-Nicht von Flip-Flop IClA High-Pegel.
Die ansteigende Flanke des Steuersignals ES taktet das Mono- flop IC2, dessen Ausgang Q nun für die Dauer der Monoflop- Zeit High-Pegel annimmt. Das UND-Glied IC3A verknüpft die Signale ES, Q von IC2 und Q-Nicht von IClA. Da alle diese Signale nun High-Pegel haben, nimmt das Signal NSC am Ausgang von UND-Glied IC3A mit der ansteigenden Flanke des Steuersig- nals ES ebenfalls High-Pegel an. Der negative Strom beginnt anzusteigen .
Dadurch werden die Transistoren T3 und T4 (Figuren 9b und 10) stromleitend, so dass ein Strom durch die Spule Ll (FigurlO) zu fließen beginnt . Dieser Strom fließt auch durch Widerstand R7, wobei ein entsprechender Spannungsabfall, Signal Nega¬ tive-Strom-Sense NSS, entsteht. Komparator Compl vergleicht nun diese Spannung NSS mit der Referenzspannung Vref.
Ist NSS < Vref, so hat der Ausgang des Komparators Compl Low- Pegel. Übersteigt der Wert von NSS den von Vref, springt der Ausgang des Komparators Compl auf High-Pegel und setzt das nachgeschaltete Flip-Flop IClA. Dessen invertierender Ausgang Q-Nicht springt auf Low-Pegel und schaltet über das UND-Glied IC3A das Signal NSC auf Low-Pegel, wodurch der negative Strom in der Öffnungsspule Ll abgeschaltet wird. Ebenso springt das Signal NSD am nichtinvertierenden Ausgang Q auf High-Pegel.
Durch Beobachtung des Zeitpunktes, wann bzw. ob dieser Spannungssprung erfolgt, lässt sich eine mögliche Fehlfunktion erkennen. Ebenso kann die Art des Fehlers erkannt werden. Be¬ steht ein Kurzschluss nach Bezugspotential bei einer der Zu¬ leitungen der Spulen, so wird kein Strom durch Widerstand R7 fließen und das Signal NSD bleibt auf Low-Pegel. Dies gilt auch bei einer Leitungsunterbrechung.
Es genügt also, das Signal NSD unmittelbar vor Einschalten des Öffnungssignals EO bzw. Schließsignals ES abzufragen.
Die Zeitkonstante des Monoflops IC2 ist so gewählt, dass der gewünschte Wert des negativen Stromes sicher erreicht wird, jedoch eine thermische Überlastung des Leistungstransistors T4 der Stromquelle bei Kurzschluss nach Bezugspotential ver- mieden wird. Hat das Signal NSS (Negative-Strom-Sense) bis zum Ablauf der Zeitkonstante den Wert von Vref nicht überschritten, so wird das nachgeschaltete Flip-Flop IClA nicht getriggert . Das Sig¬ nal NSD am nichtinvertierenden Ausgang Q bleibt auf Low-Pe- gel. Der Ausgang Q des Monoflops IC2 geht wieder auf Low-Pe- gel und sperrt das UND-Glied IC3A, so dass dessen Ausgangs¬ signal NSC auf Low-Pegel geht.
Bei einem bistabilen Ventil werden wieder für die Öffnungs- spule und für die Schließspule je eine Schaltung nach Figur 10 und Figur 11 benötigt.
Für ein Standard-Ventil mit Schließfeder, deren Steuerungs¬ einheit in Figurl3 dargestellt ist, ist die Steuerungseinheit nach Figur 11 dahin ergänzt, dass das Öffnungssignal EO , be¬ vor es dem Monoflop IC2, dem UND-Glied IC3A und dem Flip-Flop IClA zugeführt wird, mittels eines Inverters IC4 invertiert wird, so dass das Monoflop IC2 erst von der abfallenden Flan¬ ke des Signals EO getriggert wird.
Wie in Figur 8 für eine Schaltungsanordnung nach Figur 4 gezeigt, kann in einer weiteren, vorteilhaften Ausführung nach der Erfindung die Schaltungsanordnung nach Figur 4 oder Figur 10 zur Betätigung mehrerer Ventile, d.h., aller (beispiels- weise vier oder sechs) Kraftstoff-Einspritzventile einer Brennkraftmaschine erweitert werden, ohne die Anzahl der Schaltungen proportional vergrößern zu müssen. Man erreicht dies durch Hinzufügen von zusätzlichen Dioden D7 bis DlO in Reihe mit dem Drain-Anschluss des dritten Transistors T3, von zusätzlichen Dioden D4a bis D6a und D4b bis D6b in Reihe mit dem Source-Anschluss des Transistors T4, und/oder einem wei¬ teren Transistor T3b, bzw. einem weiteren Stromspiegel T4b- T7b, R2b-R5b.
Allerdings ist dazu eine zusätzliche, nicht dargestellte Se¬ lektionsschaltung erforderlich, die den jeweils gewünschten Strompfad durch geeignete Steuerung von T3, T3b, T7, T7b se¬ lektiert .
Haupthindernis beim Schließen sind, wie bereits ausgeführt, die Wirbelströme im Magnetmaterial des Ventils, die nach Ab¬ schalten des Betätigungsstromes langsam abklingen und ein schnelles Schließen des Ventils verhindern. Man verwendet deshalb in der Regel Stahl mit geringem elektrischem Leitwert .
Um die Schließverzögerung bei Standard-Solenoidventilen weiter zu verringern, wird erfindungsgemäß neben der Verwendung eines negativen Strompulses auch von den unterschiedlichen Abklingzeiten von Wirbelströmen in Magnetmaterialien mit un- terschiedlichen elektrischen Leitwerten Gebrauch gemacht.
Figur 14 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines Standard- Solenoid-Einspritzventils mit Spule S4 und Schließfeder S3. Die Spule S4 ist vom Eisenrückschluss S5 umgeben. Die Ventil- nadel S7 und der mit ihm verbundene Anker S6 wird von der Schließfeder S3 gegen einen nicht dargestellten Ventilsitz gedrückt und versperrt damit die nicht dargestellte Ventil¬ öffnung. Beim Erregen der Spule S4 wird der Anker S6 gegen die Kraft der Schließfeder S3 angezogen und damit das Ventil geöffnet .
Für den Anker S6 wird dazu erfindungsgemäß, entgegen der oben beschriebenen Regel, ein Material mit möglichst hohem elekt¬ rischem Leitwert gewählt, um im Anker die Wirbelströme mög- liehst langsam abklingen zu lassen. Der Eisenrückschluss S5 besteht jedoch wie bisher aus Material mit niedrigem elektrischem Leitwert.
Damit ist es möglich, beim Schließen des Ventils mit Anlegen eines negativen Strompulses an die Spule S4 im Eisenrück¬ schluss S5 vorübergehend eine Feldumkehr zu erreichen, wäh- rend das ursprüngliche Erregerfeld im Anker S6 noch nicht ganz abgeklungen ist.
Dadurch ergibt sich im Spalt zwischen Eisenrückschluss und Magnetanker vorübergehend eine abstoßende Kraft zwischen Ei¬ senrückschluss S5 und Magnetanker S6, was den Beginn der Schließbewegung und den Schließvorgang des Ventils deutlich beschleunigt .
In Figur 14 sind die durchgezogenen Feldlinien 14a (links) bei geöffnetem Ventil und die gestrichelten Feldlinien 14b (rechts) im Schließvorgang bei der vorübergehend entstehenden Feldumkehr dargestellt .
Figur 15 zeigt im Prinzip die Entstehung vorübergehender, entgegengesetzter Feldrichtungen zwischen Eisenrückschluss S5 und Anker S6.
Das untere Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf des an die Spule angelegten negativen Strompulses beim Schließvorgang des Einspritzventils.
Im oberen Diagramm sind die durch Wirbelströme entstehenden Feldstärken bzw. Haltekräfte dargestellt. Dem jeweiligen Wert des Wirbelstromes ist eine magnetische Feldstärke und damit eine Haltekraft zugeordnet.
Die obere Kurve 15a zeigt den Verlauf der im Anker S6 - wel¬ cher aus Material mit möglichst hohem elektrischem Leitwert besteht - wirksamen Feldstärke, während die untere Kurve 15b den Verlauf der im Eisenrückschluss S5 - aus Material mit niedrigem elektrischen Leitwert - wirksamen Feldstärke darstellt.
Zusätzlich ist noch die Linie 15c dargestellt , welche die Haltekraft der Schließfeder S3 repräsentiert. In dem Moment, in welchem die durch den negativen Strompuls beeinflusste Feldstärke - Kurve 15b - negativ wird und damit ihre Richtung umkehrt, beginnt die abstoßende Kraft zwischen Eisenrückschluss S5 und Anker S6 zu wirken. An der durch ei- nen Doppelpfeil gekennzeichneten Stelle ist diese Kraft am größten .
Die Kombination von negativem Strompuls am Ende des Erregerstromes und geeigneter Wahl der magnetischen Materialeigen- Schäften ergibt also insgesamt eine wesentliche Reduzierung der Abschaltverzögerung bei Standard-Solenoidventilen .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Schalten von induktiven Kraftstoff-Ein- spritzventilen, wobei bei einem bistabilen Kraftstoff-Einspritzventil (mit Öffnungs- und Schließspule) die durch Remanenz bewirkten magnetischen Haltekräfte, welche die Ventilnadel (1) in der Schließstellung festhalten, zum beschleunigten Öffnen des Ventils durch einen in der Schließspule erzeugten ne¬ gativen Strom eliminiert werden, und welche die Ventilna¬ del (1) in der Offenstellung festhalten, zum beschleunigten Schließen des Ventils durch einen in der Öffnungsspule erzeugten negativen Strom eliminiert werden; und wobei bei einem Standard-Kraftstoff-Einspritzventil (mit Öff¬ nungsspule und Schließfeder) die Wirbelströme im Magnetma¬ terial der Öffnungsspule (Ll) , die nach Abschalten des Be¬ tätigungssignals (EO) entstehen und nur langsam abklingen, durch einen in der Öffnungsspule erzeugten negativen Strom eliminiert werden, wobei als negativer Strom ein Strom durch die Öffnungs- oder Schließspule in zur Richtung des Betätigungsstroms entge¬ gengesetzter Richtung definiert ist, mit einer Schaltungsanordnung, welche eine von einem Schalt- Signal (Enable-Öffnen EO, Enable-Schließen ES) über eine Pulsweiten-Modulations-Einheit (PWM) gesteuerte Spule (Ll) eines Kraftstoff-Einspritzventils aufweist, deren einer Anschluss mittels eines ersten Schalttransistors (Tl) mit dem Pluspol (V+) einer Versorgungs-Spannungsquel- Ie (V) und deren anderer Anschluss mittels eines zweiten
Schalttransistors (T2) mit Bezugspotential (GND) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss des ersten Schalttransistors (Tl) mit dem einen Anschluss der Spule (Ll), sein Drain-An- Schluss mit dem Pluspol (V+) der Versorgungs-Spannungs- quelle (V) , und sein Gate-Anschluss mit dem Ausgang der PWM-Einheit (PWM) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss des zweiten Schalttransistors (T2) mit Bezugspotential (GND) und sein Drainanschluss mit dem anderen Anschluss der Spule (Ll) verbunden ist, wobei eine Freilaufdiode (Dl) von Bezugspotential (GND) stromleitend zum einen Anschluss der Spule (Ll) hin ange¬ ordnet und eine Rekuperationsdiode (D2) vom anderen An¬ schluss der Spule (Ll) stromleitend zum Pluspol (V+) der Versorgungs-Spannungsquelle (V) hin angeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein dritter, parallel zur Freilaufdiode (Dl) geschalte¬ ter Transistor (T3) vorgesehen ist, dessen Source-Anschluss mit Bezugspotential (GND) verbunden ist und dessen Drain-An-schluss mit dem Verbindungspunkt von Freilaufdio¬ de (Dl) und dem einen Anschluss der Spule (Ll) verbunden ist, dass ein komplementärer Darlington-Stromspiegel (Transistoren T4 bis T6, Widerstände R2 bis R4 ) vorgesehen ist, der über einen ersten Widerstand (Rl) mit dem Pluspol (V+) der Ver- sorgungsspannungsquelle (V) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss des vierten Transistors (T4) mit dem anderen Anschluss der Spule (Ll) verbunden ist, und der Source-Anschluss des sechsten Transistors (T6) über die Reihenschaltung eines siebenten Transistors (T7) und eines fünften Widerstandes (R5) mit Bezugspotential (GND) verbunden ist, dass die Gate-Anschlüsse des dritten Transistors (T3) und des siebenten Transistors (T7) miteinander verbunden sind, de- nen ein Steuersignal Negative-Strom-Control (NSC) zuführ¬ bar ist, dass parallel zur Reihenschaltung aus sechstem Transistor (T6) , siebentem Transistor (T7) und fünftem Widerstand (R5) ein Kondensator (Cl) geschaltet ist, und dass parallel zu dem Kondensator (Cl) eine Reihenschaltung aus einer einerseits mit Bezugspotential (GND) verbundenen Bordspannungsquelle (Vbat) und einer zum Kondensator (Ci; hin stromleitenden Schutzdiode angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bistabilen Kraftstoff-Einspritzventil für die Er¬ zeugung des Steuersignals Negative-Strom-Control (NSC) eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Flip-Flop (IClA) aufweist, welches vom Öffnungs- oder Schließsignal (EO, ES) der Öffnungs- oder Schließspule gesetzt und vom
Schließsignal der dieser Spule zugeordneten PWM-Einheit (PWM) rückgesetzt wird, wobei zwischen dem Setzten und Rücksetzen des Flip-Flops (IClA) an deren nichtinvertierendem Ausgang (Q) das Signal Negative-Strom-Control (NSC) erscheint, wel- ches der Schaltungsanordnung der jeweils anderen Spule zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass zur Steuerung eines bistabilen Kraftstoff-Einspritzventils sowohl für die Öffnungsspule (Ll) als auch für die Schließspule je eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und je eine Steuereinrichtung nach Anspruch 2 vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Standard-Kraftstoff-Einspritzventil für die Erzeu¬ gung eines Steuersignals Negative-Strom-Control (NSC) eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die eine Reihenschal- tung eines Inverters (IC4) und eines Monoflops (IC2) auf¬ weist, wobei das vom Inverter (IC4) invertierte Öffnungs¬ oder Schließsignal (EO, ES) das Monoflop (IC2) setzt, an des¬ sen nichtinvertierendem Ausgang (Q) während der Standzeit des Monoflops (IC2) das Signal Negative-Strom-Control (NSC) er- scheint, welches der Schaltungsanordnung der jeweils anderen Spule zugeführt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung eines Standard-Kraftstoff-Einspritzventils je eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und eine Steuereinrichtung nach Anspruch 4 vorgesehen ist.
6. Vorrichtung zum Schalten von induktiven Kraftstoff- Einspritzventilen, wobei bei einem bistabilen Kraftstoff-Einspritzventil (mit Öffnungs- und Schließspule) die durch Remanenz bewirkten magnetischen Haltekräfte, welche die Ventilnadel (1) in der Schließstellung festhalten, zum beschleunigten Öffnen des Ventils durch einen in der Schließspule erzeugten ne¬ gativen Strom eliminiert werden, und welche die Ventilna- del (1) in der Offenstellung festhalten, zum beschleunigten Schließen des Ventils durch einen in der Öffnungsspule erzeugten negativen Strom eliminiert werden; und wobei bei einem Standard-Kraftstoff-Einspritzventil (mit Öff¬ nungsspule und Schließfeder) die Wirbelströme im Magnetma- terial der Öffnungsspule (Ll), die nach Abschalten des Be¬ tätigungssignals (EO) entstehen und nur langsam abklingen, durch einen in der Öffnungsspule erzeugten negativen Strom eliminiert werden, wobei als negativer Strom ein Strom durch die Öffnungs- oder Schließspule in zur Richtung des Betätigungsstroms entge¬ gengesetzter Richtung definiert ist, mit einer Schaltungsanordnung, welche eine von einem Schaltsignal (Enable-Öffnen EO, Enable-Schließen ES) über eine Pulsweiten-Modulations-Einheit (PWM) gesteuerte Spule (Ll) eines Kraftstoff-Einspritzventils aufweist, deren einer Anschluss mittels eines ersten Schalttransistors (Tl) mit dem Pluspol (V+) einer Versorgungs-Spannungsquel- Ie (V) und deren anderer Anschluss mittels eines zweiten Schalttransistors (T2) mit Bezugspotential (GND) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss des ersten Schalttransistors (Tl) mit dem einen Anschluss der Spule (Ll), sein Drain-An- Schluss mit dem Pluspol (V+) der Versorgungs-Spannungs- quelle (V) , und sein Gate-Anschluss mit dem Ausgang der PWM-Einheit (PWM) verbunden ist, wobei der Source-Anschluss des zweiten Schalttransistors (T2) mit Bezugspotential (GND) und sein Drainanschluss mit dem anderen Anschluss der Spule (Ll) verbunden ist, wobei eine Freilaufdiode (Dl) von Bezugspotential (GND) stromleitend zum einen Anschluss der Spule (Ll) hin ange¬ ordnet und eine Rekuperationsdiode (D2) vom anderen An- Schluss der Spule (Ll) stromleitend zum Pluspol (V+) der Versorgungs-Spannungsquelle (V) hin angeordnet ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein dritter, parallel zur Freilaufdiode (Dl) geschalte¬ ter Transistor (T3) vorgesehen ist, dessen Source- Anschluss über einen siebenten Widerstand (R7) mit Bezugs¬ potential (GND) verbunden ist, und dessen Drain-Anschluss mit dem Verbindungspunkt von Freilaufdiode (Dl) und dem einen Anschluss der Spule (Ll) verbunden ist, dass ein komplementärer Darlington-Stromspiegel (Transistoren
T4 bis T6, Widerstände R2 bis R4 ) vorgesehen ist, wobei der Source-Anschluss des vierten Transistors (T4) mit dem anderen Anschluss der Spule (Ll) verbunden ist, der Source-Anschluss des sechsten Transistors (T6) über die Reihenschaltung eines siebenten Transistors (T7) und eines fünften Widerstandes (R5) mit Bezugspotential (GND) ver¬ bunden ist, und die Drain-Anschlüsse des vierten und sechsten Transistors (T4, T6) über je einen Widerstand (R2, R3) mit dem Pluspol (V+) der Versorgungsspannungs- quelle (V) verbunden sind, dass die Gate-Anschlüsse des dritten Transistors (T3) und des siebenten Transistors (T7) miteinander verbunden sind, de- nen das Steuersignal Negative-Strom-Control (NSC) zuführ¬ bar ist, und dass am siebenten Widerstand (R7) ein Signal Negative-Strom- Sense (NSS) abgreifbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bistabilen Kraftstoff-Einspritzventil für die Erzeugung des Steuersignals Negative-Strom-Control (NSC) eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die einen Kom- parator (Compl) enthält, dessen nichtinvertierendem Ein- gang das Signal Negative-Strom-Sense (NSS) und dessen in¬ vertierendem Eingang eine Referenzspannung (Vref) zuführbar ist, dass ein Flip-Flop (IClA) vorgesehen ist, dessen Setzeingang
(CLK) mit dem Ausgang des Komparators (Compl) verbunden ist, an dessen nichtinvertierendem Ausgang (Q) ein Signal
Negative-Strom-Diagnose (NSD) abgreifbar ist, dass ein Monoflop (IC2) und ein UND-Glied mit drei Eingängen (IC3A) vorgesehen sind, wobei einem Eingang des UND-Gliedes (IC3A) , dem Triggereingang (Ck) des Monoflops (IC2) und dem Reset-Eingang des
Flip-Flops (IClA) Schließsignal (ES) oder das Öffnungs¬ signal (EO) zuführbar ist, ein zweiter Eingang des UND-Gliedes (IC3A) mit dem invertierenden Ausgang (Q-Nicht) des Flip-Flops (IClA) und ein dritter Eingang des UND-Gliedes (IC3A) mit dem Aus gang (Q) des Monoflops (IC2) verbunden sind, und am Ausgang des UND-Gliedes (IC3A) das Signal Negative- Strom-Control (NSC) abgreifbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Standard-Kraftstoff-Einspritzventil für die Erzeugung des Steuersignals Negative-Strom-Control (NSC) eine Steuerungseinrichtung nach Anspruch 12 vorgesehen ist, wobei zusätzlich ein Inverter (IC4) vorgesehen ist, in welchem das Schließsignal (ES) invertiert wird, bevor es einem Eingang des UND-Gliedes (IC3A) , dem Triggereingang (Ck) des Monoflops (IC2) und dem Reset-Eingang des Flip-Flops (IClA) zugeführt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Signal Negative-Strom-Diagnose (NSD) der Öffnungsspule
(Ll) vor Einschalten des Öffnungssignals (EO) oder
- das Signal Negative-Strom-Diagnose (NSD) der Schließspule vor Einschalten des Schließsignals (ES)
Low-Pegel aufweist, wenn der durch die Öffnungs- oder Schließspule fließende negative Strom
- vor Ablauf der Monoflop-Standzeit nicht seinen vorgegebe¬ nen Wert erreicht, oder - bei einer der Zuleitungen zu den Spulen ein Kurzschluss nach Bezugspotential (GND) oder eine Leitungsunterbrechung auftritt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Standard-Kraftstoff-Einspritzventil der Eisenrückschluss (S5) der Spule (S4) und der Anker (S6) aus Materialien mit unterschiedlichen elektrischen Leitwerten gefertigt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (S6) aus Material mit möglichst hohem elektri¬ schem Leitwert und der Eisenrückschluss (S5) aus Material mit niedrigem elektrischem Leitwert besteht.
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