DE1919702A1 - Method for reducing the response time of solenoid valves - Google Patents

Method for reducing the response time of solenoid valves

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Description

R 9446
10.4.1969 Cl/DgR 9446
April 10, 1969 Cl / Dg

Anlage zurAttachment to

Pat ent anm eldungPatent registration

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart V/, Breitscheidstr. -4ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart V /, Breitscheidstr. -4 Verfahren zum Verringern der Ansprechzeit von MagnetventilenMethod for reducing the response time of solenoid valves

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verringern der Ansprechzeit von Magnetventilen und auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for reducing the response time of solenoid valves and to an arrangement to carry out the procedure.

Vielfach isb es erforderlich, daß Magnetventile möglichst kurze Ansprechzeiten haben. Magnetventile mit kurzen Ansprechzeiten werden bei der elektronisch gesteuerten Benzineinspritzung für Brennkraftmaschinen, bevorzugt bei sehr hochtourig laufenden Maschinen, eingesetzt. Es sind bereits Maßnahmen zum Verkürzen der Ansprechzeiten von Magnetventilen bekannt. Diese Maßnahmen bestehen beispielsweise in einem Verringern der durch die Magnetkraft bewegten Massen, in einem Vergrößern der Fläche, an denen die Magnetkraft angreift, und in einem Verringern der Induktivität der Arbeitswicklung. In many cases it is necessary to use solenoid valves as far as possible have short response times. Solenoid valves with short response times are used in electronically controlled gasoline injection for internal combustion engines, preferably at very high speeds running machines. Measures have already been taken to shorten the response times of solenoid valves known. These measures consist, for example, in reducing the masses moved by the magnetic force, in increasing the area on which the magnetic force acts and decreasing the inductance of the main winding.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die AnsprechzeitThe invention is based on the object of the response time

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Robert Bosch GmbH 1 R 9446 Cl/DgRobert Bosch GmbH 1 R 9446 Cl / Dg

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Von Magnetventilen über das mit den bekannten konstruktiven Maßnahmen erzielbare Maß hinaus zu verringern. Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs genannten Art darin, daß das Magnetventil nach oder vor jeder Betätigung mit Hilfe einer an seine Arbeitswicklung angelegten Wechselspannung vorgewählter Frequenz entmagnetisiert wird. Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß die Arbeitswicklung des Magnetventiles an einen zur Betätigung des Ventiles ein- und ausschaltbaren Oszillator angeschlossen ist. Eine vorteilhafte Arbeitsweise eines Magnetventiles ergibt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dann, wenn die Ausgangsspannung des Oszillators angenähert Rechteckform hat. Die von der Arbeitswicklung des Magnetventiles innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit aufnehiabare Leistung ist in erster Näherung dem nach der Zeit gebildeten Integral über den Betrag der angelegten Spannung proportional. Offenbar ist der Wert dieses Integrals bei einer nicht lückenden Rechteckwechselspannung größer als bei einer sinusförmigen Spannung gleicher Amplitude unter sonst vergleichbaren Bedingungen. Bei einer einfachen und sicher arbeitenden Ausführung wird als Oszillator ein astabiler Multivibrator verwendet.To reduce solenoid valves beyond what can be achieved with the known structural measures. the The object is achieved in a method of the type mentioned in that the solenoid valve after or before every time it is actuated, it is demagnetized with the aid of an alternating voltage of a preselected frequency applied to its working winding will. According to the invention, an arrangement for carrying out this method is that the working winding of the solenoid valve to one to operate the valve on and off oscillator is connected. An advantageous mode of operation of a solenoid valve results According to a further feature of the invention, when the output voltage of the oscillator has an approximately rectangular shape. The power that can be absorbed by the working winding of the solenoid valve within a certain unit of time is primarily Proportional approximation to the integral formed over time over the amount of the applied voltage. Apparently it is Value of this integral in the case of a non-intermittent square-wave alternating voltage greater than with a sinusoidal voltage of the same amplitude under otherwise comparable conditions. In a simple and reliable design, an astable multivibrator is used as the oscillator.

en enen en

Weiterbildung/und zvieckmäßige Ausgestaltung/der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.Further development / and rectangular configuration / of the invention emerge from the subclaims in connection with the following embodiment described and shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines MagnetventilesFig. 1 is a schematic representation of a solenoid valve

mit einem Oszillator,
Fig. 2 zwei Magnetisierungskennlinien,with an oscillator,
Fig. 2 shows two magnetization characteristics,

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Hobert Bosch GmbH J R 9446 Cl/DgHobert Bosch GmbH J R 9446 Cl / Dg

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Fig. 3 den Verlauf der Steuerspannung, die den OszillatorFig. 3 shows the curve of the control voltage that the oscillator

ein- und ausschaltet, und
Fig. 4 den Verlauf der magnetischen Induktion im Magnetventil.turns on and off, and
4 shows the course of the magnetic induction in the solenoid valve.

Das Magnetventil 10 nach Fig. 1 enthält eine vorgespannte Feder 11, die auf einen durch die Magnetkraft beweglichen Anker 12 in Schließrichtung einwirkt. Das Schließen des Magnetventilen erfdßt dabei mit Hilfe eines mit dem Anker 12 verbundenen Schließkörpers 13» dessen Spitze kegelig ausläuft und in einen Ventilsitz 14 eingepaßt ist. Bei 15 wird dem Magnetventil der zu versprühende Kraftstoff zugeführt. Die Arbeitswicklung 16 des Magnetventiles weist eine Mittelanzapfung 17 sowie die beiden Anschlüsse 18 und 19 auf. Die Mittelanzapfung 17 liegt unmittelbar an der positiven Klemme einer Betriebsspannungsquelle Ub1 die Anschlüsse 18 und 19 sind jeweils mit dem Kollektor eines der beiden zum npn-Typ gehörenden Leistungstransistoren T 10 und T11 verbunden. Die Emitter der Leistungstransistoren T10 und T11 sind mit einer Leitung 25 verbunden, die ihrerseits mit Masse verbunden ist. Die Basis jedes Leistungstransistors ist über eine Parallelschaltung von einen Widerstand und einem Kondensator mit dor Leitung 25 verbunden; zu dem Leistungstransistor T1C gehört die Widerstand- Kondensator Kombination R1O xuia C 10;. entsprechend gehört zu dem Transistor T 11 die Reihenschaltung von R 11 und C 11. Mit einem Anschlu2-punkt 26, mit den: der Kollektor eines Steuertransistors T verbunden ist, steht die Basis jedes der Leistungstransistoren T1Q und T 11 über eine Reihenschaltung aus einen 'widerstand R 12 bzw. R 13 und einer Diode D IO bzw. D 11 in Verbindung. Die Kathoden der Dioden sind jeweils mit den Basisanschlüssen der Leistungstransistoren T 10 und T 11 verbunden. Mit den Leistungstransistor T10 arbeiten die Diode D10 und der Widerstand R12, mit dem Leistungstransistor T11The solenoid valve 10 according to FIG. 1 contains a pretensioned spring 11 which acts on an armature 12 which is movable by the magnetic force in the closing direction. The closing of the solenoid valve is detected with the aid of a closing body 13 connected to the armature 12, the tip of which tapers off conically and is fitted into a valve seat 14. At 15 the solenoid valve is supplied with the fuel to be sprayed. The working winding 16 of the solenoid valve has a center tap 17 and the two connections 18 and 19. The center tap 17 is directly connected to the positive terminal of an operating voltage source Ub 1, the connections 18 and 19 are each connected to the collector of one of the two power transistors T 10 and T11 belonging to the npn type. The emitters of the power transistors T10 and T11 are connected to a line 25, which in turn is connected to ground. The base of each power transistor is connected to line 25 via a parallel circuit of a resistor and a capacitor; the resistor-capacitor combination R1O xuia C 10; belongs to the power transistor T1C. correspondingly, the series circuit of R 11 and C 11 belongs to the transistor T 11. With a connection point 26 to which: the collector of a control transistor T is connected, the base of each of the power transistors T1Q and T 11 is connected via a series circuit of a ' resistance R 12 or R 13 and a diode D IO or D 11 in connection. The cathodes of the diodes are each connected to the base connections of the power transistors T 10 and T 11. The diode D10 and the resistor R12 work with the power transistor T10 and the power transistor T11

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Robert Bosch GmbH - H R W6 Cl/DgRobert Bosch GmbH - H R W6 Cl / Dg

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die Diode D11 und der Widerstand R13 zusammen. Von dem Kollektor des Leistungstransistors T11 führt die Reihenschaltung aus einem Kondensator C12 und einem Widerstand R14 an die Anode der Diode D1O, deren Kathode mit der Basis des Leistungstransistors T1O verbunden ist. In gleicher Weise führt von dem Kollektor des Leistungstransistors T1O die Reihenschaltung aus einem Kondensator C 13 und einem Widerstand R 15 an die Anode der Diode D 11, deren Kathode mit der Basis des Leistungstransistors T11 verbunden ist. Der Kollektor des Steuertransistors T12, der an den Anschlußpunkt 26 geführt ist, ist über einen Widerstand R16 mit dem Anschluß Ub der Betriebsspannungsquelle verbunden; sein Emitter ist unmittelbar an die Hasse-Leitung angeschlossen.the diode D11 and the resistor R13 together. Of the The collector of the power transistor T11 leads the series connection of a capacitor C12 and a resistor R14 to the anode of the diode D1O, the cathode of which with the Base of the power transistor T1O is connected. In the same The series circuit of a capacitor C 13 leads from the collector of the power transistor T1O and a resistor R 15 to the anode of the diode D 11, whose Cathode is connected to the base of the power transistor T11. The collector of the control transistor T12, which is on the connection point 26 is routed, is connected via a resistor R16 to the connection Ub of the operating voltage source; its emitter is directly connected to the Hasse line.

Die Fig. 2 zeigt zwei Magnetisierungskennlinien, zwei Diagramme, die den Zustand der zu dem Magnetventil 10 gehörenden ferromagnetisehen Teile beschreiben. Dabei stellt das linke Diagroamm der Fig. 2 ganz allgemein eine Magnetisierungskennlinie für ein nicht entmagnetisiertes Magnetventil dar. Im stromdurchflossenen Zustand ergibt sich eine maximale Feldstärke Hm, der beispielsweise im Anker eine In-' duktion Bs entspricht, die bei beginnender Sättigung des Eisens liegt. Wird nun der Strom abgeschaltet, so wird die Feldstärke H zu Hull, die magnetische Induktion B dagegen verläuft entlang der oberen Kurve von Bs zu Br, wobei Br die Renanenzinduktion ist. Die Eisenteile eines derartig betriebenen Magnetventiles haben also im unerregten Zustand ständig eine magnetische Induktion, eine Remanenzinduktion, und diese Remanenzinduktion verursacht eine Anziehungskraft zwischen dem Anker und den übrigen Eisenteilen. Damit das Magnetventil im unerregten Zustand aber sicher geschlossen "bleibt, muß die von der Remanenz ausgehende Kraft zusätzlich durch die Gegenkraft der Feder 11 aufgebracht werden.Fig. 2 shows two magnetization characteristics, two diagrams, the state of belonging to the solenoid valve 10 Describe ferromagnetic parts. This represents The left diagram of FIG. 2 shows, in general, a magnetization characteristic for a non-demagnetized solenoid valve. In the current-carrying state there is a maximum Field strength Hm, which, for example, corresponds to an induction Bs in the armature, which at the beginning of saturation of the Iron lies. If the current is now switched off, the field strength H becomes Hull, the magnetic induction B on the other hand runs along the upper curve from Bs to Br, where Br is the renanence induction. The iron parts of such a operated solenoid valves have a permanent magnetic induction, a remanent induction, in the unexcited state, and this remanent induction creates an attraction between the anchor and the remaining iron parts. So that the solenoid valve is safely closed in the de-energized state "remains, the force emanating from the remanence must additionally be applied by the counterforce of the spring 11.

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Demgegenüber zeigt das rechte Diagramm der Fig. 2 den Verlauf der Induktion über der Feldstärke, wenn die.Eisenteile des Magnetventiles entmagnetisiert werden. Die magnetische Induktion nimmt dann bei abgeschalteter Versorgungsspannung den Wert Null an, und die Schließkraft, die erforderlich ist, um das nicht erregte Magnetventil im geschlossenen Zustand au halben, kann erheblich geringer sein. Wird ein entmagnetisiertes Magnetventil erneut an eine Betriebspannimgsquelle angeschlossen, so können bei gleicher Konstruktion des Magnetventiles erheblich höhere Kräfte zur Beschleunigung des Ankers wirksam werden, da die den Magnebkräften entgegenwirkende Kraft der Feder 11 wegen Fortfall der Remanenzkraft geringer zu sein braucht. Aufgrund der Erörterungen zu Fig. 2 ist die Funktion des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles leicht zu beschreiben. Die Anordnung nach Fig 1 arbeitet folgendermaßen:In contrast, the right diagram of Fig. 2 shows the course of the induction over the field strength when die.Eisenteile of the solenoid valve are demagnetized. The magnetic induction then assumes the value zero when the supply voltage is switched off, and the closing force that is required is to avoid the non-energized solenoid valve in the closed state, can be considerably less. Will a demagnetized solenoid valve again to an operating voltage source connected, considerably higher forces for acceleration can be achieved with the same construction of the solenoid valve of the armature become effective, since the force of the spring 11 counteracting the magnetic forces due to omission the remanence force needs to be lower. Because of the discussions 2, the function of the embodiment shown in FIG. 1 can be easily described. The order according to Fig 1 works as follows:

Der Widerstand R16, der vom Punkt 26 zur Betriebsspannungsquelle Ub führt, stellt den Arbeitswiderstand des Steuertransistors T12 dar. Wird der Steuertransistor T12 mit Hilfe der Steuerspannung Ust gesperrt, so erhalten die Leistungstransistoren T1O und T11 über den Widerstand R 16 an ihrem Basisanschluß eine derartige Vorspannung, daß über die beiden Rückkopplung;;zwei ge R14, C12 und R15» CI3 die Schaltung als Multivibrator anschwingt. Die Dioden D1O und D11 schützen die Basis-Emitter-Strecken der Leistungstransistoren T10 und T11 vor zu hohen, in Sperrichtung auftretenden Spannungen. Auf die Funktion des Multivibrators wird nicht näher eingegangen, da derartige Anordnungen hinlänglich bekannt sind. Die Transistoren T1O und Τ1Ί befinden sich abwechselnd im stromführenden und im gesperrten Zustand, und dementsprechend fließt abwechselnd über jede Halbwicklung der angezapften Arbftitfiv/i cklurig des Magnet ventil es der volle Transi störst rom. Mit J«dem Umkippen dos Multivibrators ändert die Induktion ii· dem magnetischen Kreis des Magnetventil es ihrThe resistor R16 from point 26 to the operating voltage source Ub leads, represents the load resistance of the control transistor T12. If the control transistor T12 is blocked with the aid of the control voltage Ust, the power transistors are retained T1O and T11 via the resistor R 16 at their base connection such a bias that via the two feedbacks ;; two ge R14, C12 and R15 »CI3 the circuit as Multivibrator starts to oscillate. The diodes D1O and D11 protect the base-emitter paths of the power transistors T10 and T11 against excessively high voltages occurring in the reverse direction. The function of the multivibrator is not discussed in detail, since such arrangements are well known. The transistors T1O and Τ1Ί are alternately in live and blocked, and accordingly flows alternately over each half-winding of the tapped Arbftitfiv / i cklurig of the solenoid valve it interferes with the full transit rom. With J «tilting the multivibrator changes the Induction ii · the magnetic circuit of the solenoid valve it her

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Vorzeichen. Wird nun eine derartige Steuerspannung auf den Sbeuertransistor T12 geschaltet, daß dieser leitfähig wird, so entsteht an seinem Arbeitswiderstand R16 ein so großer Spannungsabfall, daß die Leistungstransistoren T10 und T 11 über die Spannungsteiler R 12, R1O und R13, R11 gesperrt werden. Der Multivibrator hört auf zu schwingen, und dabei klingt seine Schwingung mit dem Ansteigen der S teuer spannung list ab, so daß dadurch die Eisenteile des Magnetventiles 10 entmagnetisiert werden können.Sign. Such a control voltage is now applied the Sbeuertransistor T12 switched so that it is conductive is, there is such a large voltage drop across its load resistor R16 that the power transistors T10 and T 11 are blocked via the voltage dividers R 12, R1O and R13, R11. The multivibrator stops vibrating and at the same time its oscillation decays as the voltage rises, so that the iron parts of the Solenoid valve 10 can be demagnetized.

In den Fig. 3 und 1V sind diese Vorgänge graphisch dargestellt. Die Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf von Ust, und die Fig. 4 zeigt den daraus resultierenden Verlauf der magnetischen Induktion beispielsweise im Anker des Magnetventiles 10. Der Verlauf der Induktion nach Fig. 1V ist idealisiert dargestellt, und eine die Kurvenform stärker abrundende Wirkung der Selbstinduktion der Arbeitswicklungen ist vernachlässigt. Diese vereinfachten Kurven kommen jedoch dem wirklichen Verlauf noch sehr nahe, da die Induktivität der Arbeitswicklungen klein zu halten ist.In FIGS. 3 and 1 V are those operations represented graphically. FIG. 3 shows the time course of Ust, and Fig. 4 shows the resulting course of the magnetic induction, for example, in the armature of the solenoid valve 10. The course of the induction of FIG. 1 V is shown in idealized, and the waveform more rounding off The effect of the self-induction of the work windings is neglected. However, these simplified curves still come very close to the real curve, since the inductance of the main windings must be kept small.

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Claims (7)

- * -• 1919702Robert Bosch GmbH Stuttgart VψR 9446 Cl/DgAnsprüche- * - • 1919702 Robert Bosch GmbH Stuttgart VψR 9446 Cl / Dg claims 1. Verfahren zum Verringern der Ansprechzeiten von Magnetventilen, dadurch gekennzeichnet, daß das Hagnetventil (10) nach oder vor Jeder Betätigung mit Hilfe einer an seine Arbeitswicklung (16) angelegten Wechselspannung vorgewählter Frequenz entmagnetisiert wird.1. A method for reducing the response times of solenoid valves, characterized in that the solenoid valve (10) is demagnetized after or before each actuation with the aid of an alternating voltage of a preselected frequency applied to its working winding (16). 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitswicklung (16) des Magnetventileε mit einem zur Betätigung des Ventiles ein- und ausschaltbaren Ossiilator verbunden ist.2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that the working winding (16) of the Solenoid valves with a one to operate the valve and switchable oscillator is connected. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Oszillators angenähert Rechteckform hat.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the Output voltage of the oscillator has approximately rectangular shape. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillator ein astabiler Multivibrator verwendet wird.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that an astable multivibrator is used as the oscillator. 5· Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dal: der als astabiler Multivibrator ausgebildete Oszillator zwei Leistungstransistoren (T "1C, T11) aufweist, deren Bssisvorspannung mit Hilfe .eines Steuertransistors (T12) überbrückbar ist.5. Arrangement according to claim 2, characterized in that: the oscillator designed as an astable multivibrator has two power transistors (T " 1 C, T11) whose base bias voltage can be bridged with the aid of a control transistor (T12). 6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Basisvorspannung für jeden Leistungstransistor (T10, T11) an einen aus mehreren Widerständen gebildeten6. Arrangement according to claim 5 »characterized in that the base bias for each power transistor (T10, T11) to one formed from several resistors 0098 4 8/0532 _8_0098 4 8/0532 _ 8 _ BAD ORIGiNALORIGINAL BATHROOM Robert Bosch GmbH E 944-6 Cl/DgRobert Bosch GmbH E 944-6 Cl / Dg StuttgartStuttgart Spannungsteiler abgreifbar ist, daß der'Spannungsteilerwiderstand (R16), dessen einer Anschluß mit der Betriebsßpannungsquelle verbunden ist, beiden Spannungsteilern gemeinsam angehört, und daß dieser gemeinsame Spannungsteilerwiderstand (R16) als Arbeitswiderstand für den Steuertransistor (T12) dient.Voltage divider can be tapped that the voltage divider resistance (R16), one of which is connected to the operating voltage source is connected, belongs to both voltage dividers in common, and that this common voltage divider resistor (R16) serves as a working resistor for the control transistor (T12). 7. Anordnung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (10) eine Arbeitsv/icklung (16) mit Mittelanzapfung (17) aufweist, daß Je ein Ende (18,19) der Wicklung mit einem Kollektor eines Leistungstransistors (T10, T11) und die Mittelanzapfung (17) mit der Betriebsspannungsquelle (Ub) verbunden ist.7. Arrangement according to claims 2 to 6, characterized in that the solenoid valve (10) has a Arbeitsv / icklung (16) with center tap (17) that each end (18,19) the winding with a collector of a power transistor (T10, T11) and the center tap (17) with the operating voltage source (Ub) is connected. BAD ORIGINALBATH ORIGINAL 0098 4 8/06320098 4 8/0632 LeerseiteBlank page
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