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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
einer Brennkraftmaschine.
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Die
DE 196 50 437 A1 offenbart
eine Steuerung für
ein Kraftstoff-Einspritzventil für
eine Brennkraftmaschine mit den hierfür üblichen Einrichtungen zur Erfassung
des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, der Bestimmung der
einzuspritzenden Kraftstoffmenge und der Erzeugung eines Treibersignals
zum Öffnen
und Schließen
des Ventils. Ferner ist eine übliche
Stromversorgung und eine erste Schaltungsanordnung zum Erhöhen der
Versorgungsspannung, und ein Schalter, der diese erhöhte Spannung
nach Ansteuerung durch das Treibersignal an das Einspritzventil
legt und es damit öffnet,
sowie eine zweite Schaltungsanordnung, die die Polarität der Versorgungsspannung
umkehrt und diese Spannung über
einen weiteren Schalter nach Ansteuerung durch das Treibersignal
an das Kraftstoffeinspritzventil legt und es damit schließt, vorgesehen. Ferner
wird bei einer linearen Steuerung (ohne Umschaltung im Haltebereich)
eine Haltesteuerung vorgenommen, bei der ein Haltestrom zum Offenhalten des
durch das Treibersignal geöffneten
Einspritzventils vorgenommen wird. Beim Einschalten des Krafteinspritzventils
wird eine Übererregung
durchgeführt und
beim Ausschalten eine Untererregung.
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Die
WO 90/902872 beschreibt ebenfalls eine Steuerung eines Kraftstoffeinspritzers,
der mit einem Magnetventil betrieben wird. Hier wird während des Öffnens des
Ventils der Strom nach einer bestimmten Zeit auf ein benötigtes Maß verringert,
um so Energie zu sparen.
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Die
DE 195 21 676 A1 beschreibt
eine Steuervorrichtung zum Steuern des Kraftstoffflusses einer Brennkraftmaschine,
bei der eine Spannungs-Erzeugungseinrichtung einen Haltestrom für ein Kraftstoffventil
mit der für
seine Aufrechterhaltung minimal erforderlichen Spannung erzeugt.
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Bislang
wurde eine Magnetventileinspritzvorrichtung als Kraftstoffeinspritzgerät für eine Brennkraftmaschine
verwendet. Eine Steuerung der Einspritzvorrichtung erhält Informationen
in Bezug auf den Laufzustand einer Brennkraftmaschine, und berechnet
eine Kraftstoffeinspritzmenge zur Einstellung des Luft/Kraftstoffverhältnisses
der Brennkraftmaschine auf ein gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis, auf
der Grundlage der Information entsprechend der Einspritzvorrichtungs-Treiberzeit. Während der
Treiberzeit wird der Einspritzvorrichtung ein elektrischer Strom
zugeführt.
Wenn die Einspritzvorrichtung mit Strom versorgt wird, öffnet sie
ihr Ventil zum Einspritzen von Kraftstoff, und wenn die Einspritzvorrichtung nicht
mit Strom versorgt wird, schließt
sie ihr Ventil, um die Kraftstoffversorgung zu unterbrechen.
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Bei
einer derartigen Einspritzvorrichtung ist es wünschenswert, das Ventil unmittelbar
dann zu öffnen,
wenn die Einspritzvorrichtung mit Strom versorgt wird, und das Ventil
unmittelbar dann zu schließen,
wenn die Einspritzvorrichtung nicht mit Strom versorgt wird, um
die berechnete Treiberzeit und die Kraftstoffeinspritzmenge zu einer
exakten Übereinstimmung
zu bringen. Um das Reaktionsvermögen der
Einspritzvorrichtung zu verbessern wurde ein System vorgeschlagen,
wie es beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents
Nr. 1-318740 beschrieben wurde.
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Bei
dem dort beschriebenen System wird dann, wenn die Stromversorgung
einer Einspritzvorrichtung begonnen wird, ein zu hoher Strom zugeführt, der
als Übererregungsstrom
bezeichnet wird, wodurch der Ventilöffnungsvorgang der Einspritzvorrichtung
beschleunigt wird. Nachdem das Ventil geöffnet wurde, wird der Übererregungsstrom
auf einen Haltestrom abgesenkt, der zum Offenhalten des Ventils
der Einspritzvorrichtung erforderlich ist, und wird der Haltestrom
beibehalten, um eine Erzeugung von Wärme der Einspritzvorrichtung
zu unterdrücken, und
Energieverluste zu verringern. Dies wird als Übererregungs-Stromversorgungssteuerung
bezeichnet.
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Obwohl
das System einen Übererregungsstrom
liefert, wenn mit der Stromversorgung der Einspritzvorrichtung begonnen
wird, hängt
der Übererregungsstrom
von der Batteriespannung ab, und wenn die Batteriespannung niedrig
ist, verringert sich auch der Wert des Übererregungsstroms, und ist
es dann schwierig, den Ventilöffnungsvorgang
ausreichend zu beschleunigen.
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Wenn
das Ventil der Einspritzvorrichtung geschlossen ist, verläßt sich
die konventionelle Einspritzvorrichtungssteuerung nur auf einen
Abschaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit für eine LCR-Resonanzschaltung,
um in einer Erregerschaltung der Einspritzvorrichtung gesammelte
Energie abzubauen; es ist schwierig, den Ventilöffnungsvorgang ausreichend
zu beschleunigen.
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Zum
Steuern einer Einspritzvorrichtung für derartige Anwendungszwecke
mit schnellem Reaktionsvermögen,
bei welchen ein hoher Kraftstoffdruck gesteuert wird, beispielsweise
bei einer Einspritzvorrichtung für
die Zylindereinspritzung von Kraftstoff in eine Benzin-Brennkraftmaschine,
oder eine Einspritzung von Kraftstoff in eine Diesel-Brennkraftmaschine,
ist die Steuerung im Hinblick auf das Reaktionsvermögen der
Steuerung oder auf die Auflösung
der Steuerung unzureichend, und ist es schwierig, den Steuer- oder Regelbereich
der Einspritzvorrichtung ausreichend zu erweitern.
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Um
den geöffneten
Zustand des Ventils bei der Einspritzvorrichtung zu halten, koppelt
die konventionelle Einspritzvorrichtungssteuerung den Erregerstromwert
der Einspritzvorrichtung zurück,
erzeugt ein Dreiecksignal, welches ansteigt, wenn der momentane
Stromwert kleiner als ein Sollwert ist, und absinkt, wenn der momentane
Stromwert größer als
der Sollwert ist, und liefert das Dreiecksignal als Haltestrom.
Allerdings hängt
das Dreiecksignal von der Batteriespannung ab. Obwohl die Geschwindigkeit
beim Absenken des Stromwerts von anderen Faktoren als der Batteriespannung
abhängt,
hängt nämlich die
Geschwindigkeit bei der Erhöhung
des Stromwertes ebenfalls von der Batteriespannung ab.
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Wenn
die Batteriespannung niedrig ist, wird daher nicht genügend Energie
geliefert, und wenn dann versucht wird, den Stromwert zu erhöhen, ist hierfür viel Zeit
erforderlich, verglichen mit einem Fall, in welchem die Batteriespannung
ausreichend hoch ist. Wenn die Batteriespannung niedrig ist, wird
dahr die Zeit verlängert,
bis das Dreiecksignal von unten nach oben ansteigt. Daher wird der
Welligkeitszeitraum des Dreiecksignals verlängert.
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Es
wird nunmehr angenommen, daß der Sollwert
der Haltestromwert der Einspritzvorrichtung ist. Wenn der Welligkeitszeitraum
kurz ist, kann die Einspritzvorrichtung dem Dreiecksignal nicht
folgen, und daher behält
die Einspritzvorrichtung den geöffneten
Zustand des Ventils bei. Wenn der Welligkeitszeitraum verlängert wird,
so folgt die Einspritzvorrichtung dem Dreiecksignal, und besteht
die Möglichkeit, daß das Ventil
geschlossen wird, wenn der Wert kleiner als der Haltestrom ist.
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Daher
muß der
Sollwert auf einen Stromwert eingestellt werden, der höher als
der Haltestromwert ist, um einen Wert einzustellen, der größer ist
als der Haltestromwert, selbst am Boden oder Fußpunkt des Dreiecksignals;
dies führt
zu einem hohen Energieverbrauch.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
bereitzustellen, die mit einem geringen Energieverbrauch einer Energieversorgung
ein schnelles Reaktionsvermögen
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung bewirken kann, insbesondere
beim Einschalten des Kraftstoff-Einspritzventils.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform
und Verbesserung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
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Weiterhin
kann ein unnötiger
Betrieb in dem Übererregungszeitraum
gestoppt werden, um den Energieverbrauch zu verringern, und das
Auftreten von Rauschen zu unterdrücken.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 ein
Blockschaltbild des Aufbaus einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein Zeitablaufdiagramm zur Verdeutlichung
des Betriebs bei der ersten Ausführungsform der
Erfindung; und
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3 ein
Schaltbild des Aufbaus der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
als Blockschaltbild den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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In
dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 Sensoren als
Meßvorrichtungen
zur Erfassung von Information in Bezug auf den Laufzustand einer
Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung. Die Sensoren 1 erhalten
verschiedene Arten von Information, beispielsweise die angesaugte
Luftmenge, den Ansaugrohrdruck, den Kurbelwinkel, die Drehzahl,
das Luft/Kraftstoffverhältnis,
die Kühlwassertemperatur
und den Atmosphärendruck.
Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung
zur Berechnung der Kraftstoffmenge, welche der Brennkraftmaschine
zugeführt wird,
auf der Grundlage der Information von den Sensoren 1, das
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Treibersignalerzeugungsvorrichtung
zum Empfangen des Berechnungsergebnisses der Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung
und zur Erzeugung eines Treibersignals zum Öffnen oder Schließen eines Ventils
einer Einspritzvorrichtung 4, das Bezugszeichen 5 bezeichnet
eine Batterie einer Stromversorgung, das Bezugszeichen 6 bezeichnet
eine Hochspannungserzeugungsvorrichtung zum Erhöhen der Batteriespannung VB
und zur Erzeugung einer höheren
Spannung VH als die Batteriespannung VB, das Bezugszeichen 7 bezeichnet
eine Sperrvorrichtung zum Sperren des Spannungserhöhungsvorgangs
der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6, das Bezugszeichen 8 bezeichnet
eine Niederspannungserzeugungsvorrichtung als Konstantspannungserzeugungsvorrichtung
zum Verringern der Batteriespannung VB und zur Erzeugung einer konstanten
Niederspannung VL, die niedriger als die Batteriespannung VB ist,
das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Erzeugungsvorrichtung
für eine
negative Spannung, zum Empfang der Batteriespannung VB oder der Hochspannung
VH, und zur Erzeugung einer Spannung -V mit negativer Polarität, das Bezugszeichen 10 bezeichnet
eine erste Schaltvorrichtung, die auf einem Stromversorgungsweg
von der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 zur Einspritzvorrichtung 4 angeordnet
ist, um ein Treibersignal von der Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 zu
empfangen, und zu leiten, wenn das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geöffnet wird,
das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine zweite Schaltvorrichtung,
die auf einem Stromversorgungsweg von der Erzeugungsvorrichtung 9 für die negative
Spannung zur Einspritzvorrichtung 4 vorgesehen ist, um
ein Treibersignal von der Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 zu
empfangen, und zu leiten, wenn das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geschlossen
wird, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Haltestromerzeugungsvorrichtung
zum Empfangen der Niederspannung VL und des Berechnungsergebnisses
der Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung 2, und zum Liefern
eines Haltestroms zum Offenhalten des Ventils der Einspritzvorrichtung 4,
nachdem das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geöffnet wurde.
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2 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches den
Betriebsablauf der ersten Ausführungsform
verdeutlicht.
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In
dieser Figur bezeichnet (a) ein Ausgangssignal der Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung 2,
(b) ein Treibersignal, welches von einer oberen Ausgangsklemme der
in der Figur gezeigten Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 ausgegeben
wird, (c) ein Treibersignal, welches von einer unteren Ausgangsklemme
der in der Figur gezeigten Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 ausgegeben
wird, (d) eine Spannung einer oberen Ausgangsklemme der in der Figur
gezeigten Einspritzvorrichtung 4, und (e) einen Strom,
welcher an die Einspritzvorrichtung 4 geliefert wird.
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Zuerst
wird der Betrieb beschrieben, wenn das Ventil der Einspritzvorrichtung
geöffnet
wird.
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Die
Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung 2 berechnet die
Kraftstoffmenge auf der Grundlage von Information, die von den Sensoren 1 bereitgestellt
wird, und gibt das Berechnungsergebnis wie bei (a) aus. In der Figur
wird ein Befehl ausgegeben, so daß die Einspritzvorrichtung
in den Ventilöffnungszustand
in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 eintritt.
Wenn der Zeitraum kurz ist, wird Kraftstoff als kleine Kraftstoffmenge
eingespritzt; ist der Zeitraum lang, so wird Kraftstoff als große Kraftstoffmenge
eingespritzt. Die Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 empfängt das
Berechnungsergebnis und liefert ein Treibersignal wie in (b) an
die erste Schaltvorrichtung 10. Das Signal gemäß (b) nimmt
einen hohen Pegel an und bleibt auf diesem hohen Pegel in dem Zeitraum
zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t3. Während das
Signal auf hohem Pegel liegt, wird ein Übererregungsstrom der Einspritzvorrichtung
zugeführt.
Die erste Schaltvorrichtung 10 empfängt das Treibersignal (b). Wenn
das Treibersignal (b) auf hohem Pegel liegt, leitet die erste Schaltvorrichtung 10 und
liefert eine hohe Spannung VH an die Einspritzvorrichtung 4.
Zu dieser Zeit wird eine hohe Spannung an die obere Ausgangsklemme
der Einspritzvorrichtung geliefert, wie in der Figur bei (d) gezeigt,
wodurch der Strom der Einspritzvorrichtung 4 abrupt ansteigt,
wie in (e) gezeigt ist, so daß das
Ventil der Einspritzvorrichtung 4 in kurzer Zeit geöffnet werden
kann.
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Das
Steuer- oder Regelreaktionsvermögen, wenn
das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geöffnet wird,
kann daher verbessert werden.
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Eine übliche Spannungserhöhungsschaltung zerhackt
den Erregerstrom einer Drosselspule und sammelt nur die Spannung
mit positiver Polarität,
die durch Zerhackung des Stroms erhalten wird, in einem Kondensator.
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Wenn
die in dem Kondensator angesammelte Ladung plötzlich verbraucht wird, da
sie der Einspritzvorrichtung 4 zugeführt wird, kann daher der Übererregungszustand
der Einspritzvorrichtung 4 nicht in dem Zeitraum zwischen
dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t3 aufrechterhalten werden.
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Zur
Lösung
dieser Schwierigkeit wird bei der ersten Ausführungsform die Batteriespannung
VB über
eine Diode an den Ausgang der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 geliefert.
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Wenn
die Hochspannung VH niedriger wird als die Batteriespannung VB,
so liefert daher die Batterie 5 statt der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 einen
elektrischen Strom an die Einspritzvorrichtung 4, um den Übererregungszustand
aufrechtzuerhalten.
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Der Übererregungsstrom
wird daher stabil während
des Übererregungszeitraums
von den beiden Stromversorgungsquellen aufrechterhalten.
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Die
Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform
weist weiterhin die Sperrvorrichtung 7 auf, um den Spannungserhöhungsvorgang der
Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 zu sperren.
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Das
Treibersignal (b) wird nicht nur an die erste Schaltvorrichtung
angelegt, sondern auch an die Sperrvorrichtung 7, wie in
der Figur gezeigt ist. Die Sperrvorrichtung 7 empfängt das
Treibersignal (b) und sperrt den Spannungserhöhungsvorgang der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 in
dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t3, in
einem vorbestimmten Zeitraum.
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Ein
starker Strom, der mit hoher Geschwindigkeit in die Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 von
der Batterie 5 aus fließt, wird daher während des Übererregungszeitraums
gestoppt.
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Dies
führt dazu,
daß ein
verschwenderischer Energieverbrauch intern in der Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 verringert
werden kann, und Rauschen unterdrückt werden kann, welches durch den
hineinfließenden,
mit hoher Geschwindigkeit fließenden
starken Strom hervorgerufen wird.
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Als
nächstes
wird der Betrieb in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem
Zeitpunkt t2 zum Halten des Ventils der Einspritzvorrichtung 4 im
geöffneten
Zustand beschrieben.
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Wenn
der Zeitpunkt t3 erreicht wird, veranlaßt die Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 das Treibersignal
(b) dazu, einen Übergang
vom hohen auf den niedrigen Pegel vorzunehmen. Die erste Schaltvorrichtung 10 empfängt das Signal
und schaltet von dem leitenden Zustand in den nichtleitenden Zustand
um. Die Stromzufuhr von der hohen Spannung VH oder der Batteriespannung
VB wird daher abgeschaltet, und der Erregerstrom der Einspritzvorrichtung 4 in
einem Hub verringert.
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Andererseits
empfängt
die Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 die niedrige Spannung
VL und das Berechnungsergebnis der Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung 2 (a),
und erzeugt einen Haltestrom, und liefert den Strom an die Einspritzvorrichtung 4,
auf der Grundlage der niedrigen, konstanten Spannung VL, die niedriger
als die Batteriespannung VB ist, in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt
t1 und dem Zeitpunkt t2, in welchem das Berechnungsergebnis (b)
einen niedrigen Pegel zeigt. Der Strom wird von der Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 über eine
Diode geliefert, wie in 1 gezeigt ist.
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Daher
fließt
der über
die erste Schaltvorrichtung 10 gelieferte Strom nicht in
die Haltestromerzeugungsvorrichtung 12, und wird die Abgabe
des Haltestroms von der Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 in
dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t3 gesperrt.
Wenn der Zeitpunkt t3 erreicht ist, und die erste Schaltvorrichtung 10 in
den nichtleitenden Zustand gelangt, wird der Haltestrom von der Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 sofort
der Einspritzvorrichtung 4 zugeführt.
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Die
Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 erzeugt den Haltestrom
auf der Grundlage einer konstanten Spannung. Daher ist es nicht
erforderlich, den Sollwert für
den Ausgangsstrom höher
als den Einspritzvorrichtungs-Haltestrom einzustellen, unter Berücksichtigung
der Auswirkungen von Schwankungen der Batteriespannung VB, wie bei
einem konventionellen System.
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Der
Sollwert des Stroms, der von der Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 ausgegeben
wird, kann daher heruntergesetzt werden, verglichen mit dem konventionellen
System, und daher kann der Energieverbrauch verringert werden.
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Die
Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 erzeugt den Haltestrom
auf der Grundlage der Spannung VL, die niedriger ist als die Batteriespannung VB.
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Die
Energieverluste, die durch die interne Schaltung hervorgerufen werden,
sind daher verringert, und es wird die Erzeugung von Wärme unterdrückt, wodurch
die Steuerung oder die Regelung verkleinert werden kann.
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Die
Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 erzeugt den Haltestrom
in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2,
kann jedoch die Treibersignale (b) und (c) dazu verwenden, den Haltestrom
nur in dem Zeitraum zu erzeugen, in welchem der Haltestrom erforderlich
ist, zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t2.
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Als
nächstes
wird der Betrieb beschrieben, wenn das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geschlossen
wird.
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Wenn
der Zeitpunkt t2 erreicht wird, verursacht das Berechnungsergebnis
der Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung 2 (a) einen Übergang vom
niedrigen auf den hohen Pegel, und stoppt die Haltestromerzeugungsvorrichtung 12 die
Abgabe des Haltestroms. Die Stromzufuhr zur Einspritzvorrichtung 4 wird
daher gestoppt, und die Einspritzvorrichtung 4 versucht,
das Ventil allmählich
zu schließen,
während
die angesammelte Energie abgegeben wird.
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Andererseist
empfängt
die Treibersignalerzeugungsvorrichtung 3 das Berechnungsergebnis
(a) und liefert das Treibersignal (c) an die zweite Schaltvorrichtung 11.
Wenn sie das Treibersignal (c) empfängt, leitet die zweite Schaltvorrichtung 11,
und liefert eine negative Spannung -V an die Einspritzvorrichtung 4.
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Die
Energie, die sich in der Einspritzvorrichtung 4 angesammelt
hat, fließt
daher in einem Hub in die negative Spannung -V, veranlaßt die Einspritzvorrichtung 4 dazu,
daß sie
zwangsweise entmagnetisiert wird, und das Ventil sofort geschlossen
wird.
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Daher
ist das Steuer- oder Regelreaktionsvermögen verbessert, wenn das Ventil
der Einspritzvorrichtung 4 geschlossen wird.
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Als
nächstes
wird die erste Ausführungsform unter
Bezugnahme auf detailliertes Schaltbild beschrieben.
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3 zeigt
das Schaltbild des Aufbaus der ersten Ausführungsform. Schaltungsteile,
die gleich oder ähnlich
jenen sind, die voranstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben
wurden, sind in 3 mit denselben oder entsprechenden
Bezugszeichen bezeichnet.
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Das
Bezugszeichen 1 bezeichnet Sensoren, das Bezugszeichen 2 einen
Steuerabschnitt als Kraftstoffmengenberechnungsvorrichtung, das
Bezugszeichen 3 eine Taktsignalerzeugungsschaltung der
Treibersignalerzeugungsvorrichtung zum Empfang eines Kraftstoffversorgungsmengensignals
als Berechnungsergebnis von dem Steuerabschnitt 2 und zur
Erzeugung eines Taktsignals als Treibersignal für den Zündzeitpunkt, das Bezugszeichen 4 bezeichnet
die Einspritzvorrichtung, und das Bezugszeichen 5 die Batterie.
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Das
Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Hochspannungserzeugungsschaltung,
die einen Gleichspannungs/Gleichspannungswandler als Hochspannungserzeugungsvorrichtung
aufweist. Die Hochspannungserzeugungsvorrichtung 6 weist
folgende Bauteile auf:
Das Bezugszeichen 601 bezeichnet
eine Drosselspule zur Erzeugung einer induzierten elektromotorischen
Spannung, das Bezugszeichen 602 einen Zerhacker-FET zum
Ein- oder Ausschalten des Erregerstroms der Drosselspule 601 zum
Steuern des Schaltens, das Bezugszeichen 602 eine Gleichrichterdiode,
die dafür
sorgt, daß nur
Spannungen mit positiver Polarität
von den Spannungen durchgelassen werden, die an der Drosselspule
erzeugt werden, das Bezugszeichen 604 bezeichnet einen
Kondensator zum Ansammeln der Spannung mit positiver Polarität, die von
der Gleichrichterdiode 603 durchgelassen wird, das Bezugszeichen 605 bezeichnet
eine Kommutierungsdiode zur Bereitstellung eines Stromweges für die Drosselspule 601,
das Bezugszeichen 606 bezeichnet einen Nebenschlußwiderstand
zur Messung des Stromwertes des in den FET 602 fließenden Stroms,
das Bezugszeichen 607 bezeichnet eine Spannungserhöhungssteuerschaltung
zum Empfang der angesammelten Spannung des Kondensators 604 und
der Ausgangsspannung des Nebenschlußwiderstands 606,
zur Durchführung
einer Konstantspannungssteuerung oder -regelung der angesammelten
Spannung des Kondensators 604 auf eine vorbestimmte Hochspannung
VH, und zur Feststellung eines Abschaltstromwertes der Drosselspule 601 für die Steuerung
oder Regelung, und das Bezugszeichen 608 bezeichnet eine
Treiberschaltung zum Empfang eines Signals von der Spannungserhöhungsschaltung 607 und
zum Treiben des FET 602.
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Das
Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Spannungserhöhungsfunktions-Stopptransistor
als Sperrvorrichtung, der an eine obere Ausgangsklemme der Taktsignalerzeugungsschaltung 3 angeschlossen
ist, die in der Figur gezeigt ist, um ein Taktsignal von der Ausgangsklemme
zu empfangen, und den Spannungserhöhungsvorgang der Hochspannungserzeugungsschaltung 6 zu
sperren. Der Transistor 7 legt ein Signal an Masse, welches
von der Spannungserhöhungssteuerschaltung 607 der
Treiberschaltung 608 zugeführt wird, um zwangsweise den
Schaltbetrieb des FET 602 zu stoppen. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet
eine Niederspannungserzeugungsschaltung als Niederspannungserzeugungsvorrichtung
zum Empfang der Batteriespannung VB und zur Spannungsverringerung
der Spannung VB, um eine konstante Spannung zu erzeugen, die niedriger
ist als die Batteriespannung VB. Die Niederspannungserzeugungsschaltung 8 bildet gleichzeitig
eine Konstantspannungserzeugungsschaltung. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet
eine Schaltung zur Erzeugung einer negativen Spannung als Negativspannungserzeugungsvorrichtung,
die zum Invertieren der Spannung der Hochspannungserzeugungsschaltung 6 dient.
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Das
Bezugszeichen 10 bezeichnet die erste Schaltvorrichtung,
welche folgende Bauteile aufweist:
Das Bezugszeichen 1001 bezeichnet
einen Transistor, dessen Basis mit der Taktsignalerzeugungsschaltung 3 verbunden
ist, und der durch ein Taktsignal von der oberen Ausgangsklemme
der Taktsignalerzeugungsschaltung 3 getrieben wird, wie
in der Figur gezeigt ist. Der Emitter des Transistors 1001 ist über einen
Emitterwiderstand 1002 mit Masse verbunden, und sein Kollektor
ist an die Basis eines Transistors 1003 angeschlossen.
Der Transistor 1003 ist ein Transistor, der von dem Transistor 1001 getrieben wird,
und sein Emitter ist an die Hochspannung VH angeschlossen, und sein
Kollektor an ein Gate eines FET 1004. Das Bezugszeichen 1005 bezeichnet
einen Gate-Source-Widerstand des FET 1004, und das Bezugszeichen 1006 bezeichnet
eine Gate-Source-Schutzdiode des FET 1004. Der FET 1004 ist
mit seinem Drain an die Hochspannung VH angeschlossen, und mit seiner
Source an die Einspritzvorrichtung 4, um die Hochspannung
VH an die Einspritzvorrichtung 4 zu liefern oder diese
abzuschalten, in Reaktion auf den Schaltbetrieb des Transistors 1003.
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Das
Bezugszeichen 11 bezeichnet die zweite Schaltvorrichtung,
welche folgende Bauteile aufweist:
Das Bezugszeichen 1101 bezeichnet
einen Transistor, dessen Basis an die Taktsignalerzeugungsschaltung 3 angeschlossen
ist, und der von einem Taktsignal von der unteren Ausgangsklemme
der in der Figur gezeigten Taktsignalerzeugungsschaltung 3 getrieben
wird. Der Transistor 1101 ist mit seinem Emitter über einen
Emitterwiderstand 1102 an Masse gelegt, und sein Kollektor
ist mit der Basis eines Transistors 1103 verbunden. Der
Transistor 1103 ist ein Transistor, der von dem Transistor 1101 getrieben wird,
und sein Emitter ist an die Batteriespannung VB angeschlossen, und
sein Kollektor an ein Gate eines FET 1104. Das Bezugszeichen 1105 bezeichnet
einen Gate-Source-Widerstand des FET 1104, und das Bezugszeichen 1106 bezeichnet
eine Gate-Source-Schutzdiode des FET 1104. Der Drain des
FET 1104 ist an die Einspritzvorrichtung 4 angeschlossen, und
dessen Source an die negative Spannung -V, um die negative Spannung
-V der Einspritzvorrichtung 4 zuzuführen bzw. nicht zuzuführen, in
Reaktion auf den Schaltbetrieb des Transistors 1103.
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Das
Bezugszeichen 12 bezeichnet die Haltestromerzeugungsvorrichtung,
welche folgende Bauteile aufweist:
Das Bezugszeichen 1201 bezeichnet
einen Nebenschlußwiderstand
zur Umwandlung des Wertes eines Haltestroms, welcher der Einspritzvorrichtung 4 zugeführt wird,
in einen Spannungswert für
die Messung oder Erfassung. Der Nebenschlußwiderstand 1201 ist
an einem Ende mit der niedrigen Spannung VL verbunden, und am anderen
Ende mit einem Kollektor eines Transistors 1202. Das Bezugszeichen 1203 bezeichnet
einen Transistor zum Treiben des Transistors 1202. Der
Emitter des Transistors 1203 ist mit der niedrigen Spannung
VL verbunden, und sein Kollektor ist an die Basis des Transistors 1202 angeschlossen.
Das Bezugszeichen 1204 bezeichnet eine Additionsfehlerverstärkungsschaltung
zum Empfang des Berechnungsergebnisses des Steuerabschnitts 2 und
der Spannung über
dem Nebenschlußwiderstand 1201 und
zur Abgabe eines Signals an die Basis des Transistors 1203 über einen Widerstand 1205 zum
Treiben des Transistors 1203. Während das Signal von dem Steuerabschnitt 2 eingeschaltet
ist, führt
die Additionsfehlerverstärkungsschaltung 1204 eine
Konstantstromsteuerung oder -regelung durch, so daß die Spannung über dem
Nebenschlußwiderstand 1201 einen
Wert entsprechend einem vorbestimmten Haltestromwert annimmt.
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Ein
so erzeugter konstanter Strom wird der Einspritzvorrichtung 4 über eine
Gegenstromsperrdiode 13 zugeführt.
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Das
Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Bypassdiode zum Liefern
der Batteriespannung VB an die Einspritzvorrichtung 4,
wenn die Spannung VH der Hochspannungserzeugungsschaltung 6 während des Übererregungszeitraums
absinkt. Die Bypassdiode 14 ist mit ihrer Anode an die
Batteriespannung VB angeschlossen, und mit ihrer Kathode an die hohe
Spannung VH. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Spannungsstabilisierungskondensator
zum Stabilisieren der Batteriespannung VB.
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Unter
Bezugnahme auf das in 2 dargestellte
Zeitablaufdiagramm wird nunmehr der Betrieb der Schaltung von 3 erläutert.
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Der
Steuerabschnitt 2 berechnet die Kraftstoffmenge, die von
der Einspritzvorrichtung 4 eingespritzt wird, auf der Grundlage
von Information wie beispielsweise der Luftansaugmenge, der Drehzahl, und
der Wassertemperatur, die von den Sensoren 1 geliefert
wird, und schickt das bei (a) in 2 gezeigte
Berechnungsergebnis an die Taktsignalerzeugungsschaltung 3.
Nach Empfang des Berechnungsergebnisses gibt die Taktsignalerzeugungsschaltung 3 das
bei (b) in 2 gezeigte Taktsignal von
der oberen Ausgangsklemme, die in der Figur gezeigt ist, und das
bei (c) gezeigte Taktsignal von der unteren Ausgangsklemme aus,
die in der Figur gezeigt ist.
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Zuerst
wird der Betrieb erläutert,
wenn das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geöffnet wird.
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Die
Hochspannungserzeugungsschaltung 6, welche einen Spannungserhöhungs-Gleichspannungs-Gleichspannungswandler
bildet, erhöht
die Batteriespannung VB auf die hohe Spannung VH.
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Strom
von der Batterie 5 wird der Drosselspule 601 zugeführt. Der
in die Drosselspule 601 fließende Erregerstrom wird durch
den FET 602 ein- oder ausgeschaltet, wodurch eine induzierte
hohe Spannung in der Drosselspule 601 erzeugt wird. Die Spannung
mit positiver Polarität,
die durch diesen Induktionsvorgang erzeugt wird, geht durch die
Gleichrichterdiode 603 hindurch, und wird in dem Kondensator 604 angesammelt.
Die Spannung des Kondensators 604 wird in die Spannungserhöhungssteuerschaltung 607 eingegeben,
die dann eine derartige Konstantspannungssteuerung oder -regelung
durchführt,
daß die
Spannung des Kondensators 604, nämlich die hohe Spannung VH,
gleich einer vorbestimmten Spannung wird. Die Konstantspannungssteuerung
wird dadurch durchgeführt,
daß das
der Treiberschaltung 608 zum Treiben des FET 602 von der
Spannungserhöhungssteuerschaltung 607 zugeführte Treibersignal
eingestellt wird.
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Andererseits
gibt die Taktsignalerzeugungsschaltung 3 das Signal entsprechend
dem Übererregungszeitraum,
welches bei (b) in 2 gezeigt ist, an
die Basen der Transistoren 1001 und 7 von der oberen,
in der Figur gezeigten Ausgangsklemme aus.
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Das
Taktsignal (b) geht zum Zeitpunkt t1 auf den hohen Pegel, und es
fließt
ein Strom von der Basis des Transistors 1001 über den
Emitter, so daß der Transistor 1001 leitet.
Wenn der Transistor 1001 leitet, fließt ein Strom auf einem Weg
von der hohen Spannung VH zum Emitter und zur Basis des Transistors 1003,
zum Kollektor und Emitter des Transistors 1001, und nach
Masse, so daß der
Transistor 1003 leitet. Wenn der Transistor 1003 leitet,
fließt
ein Strom auf einem Weg von der hohen Spannung VH zum Emitter und
Kollektor des Transistors 1003, zum Gate-Source-Widerstand 1005,
zur Einspritzvorrichtung 4, und nach Masse, und tritt eine
Potentialdifferenz zwischen dem Gate und der Source des FET 1004 auf,
so daß der
FET 1004 leitet.
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Dann
ist die hohe Spannung VH an die Einspritzvorrichtung 4 angelegt,
und fließt
ein Strom auf einem Weg von der hohen Spannung VH zum Drain und
zur Source des FET, und über
die Einspritzvorrichtung 4 nach Masse. Der Strom steigt
sehr steil an, wie bei (e) in 2 gezeigt
ist; er steigt in einem Hub auf den Maximalwert IK an. Die Zeit,
bis der Ventilöffnungsstromwert
der Einspritzvorrichtung 4 erreicht wird, ist daher verkürzt, und
daher veranlaßt
der Strom sofort das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 zum Öffnen.
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Der
Strom in die Einspritzvorrichtung 4 nimmt ab, nachdem er
den Maximalwert IK erreicht hat, da die Ladung, die sich in dem
Kondensator 604 der Hochspannungserzeugungsschaltung 6 angesammelt
hat, in einem Hub entladen wird. Nimmt man an, daß ein langer Übererregungszeitraum
eingestellt wurde, infolge der Eigenschaften der Einspritzvorrichtung,
so wird der Kondensator 604 weiter entladen, und schließlich kann
es unmöglich
werden, daß der
Ventilöffnungsstromwert
der Einspritzvorrichtung 4 geliefert wird. Daher wird bei
der ersten Ausführungsform
die Bypassdiode 14 eingesetzt. Wenn der Wert der hohen
Spannung VH beim Entladen des Kondensators 604 absinkt
und unter die Batteriespannung VB abfällt, veranlaßt die Bypassdiode 14 die
Batteriespannung VB statt der hohen Spannung VH, der Einspritzvorrichtung 4 einen
Strom zuzuführen.
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Das
Taktsignal (b) wird ebenfalls der Basis des Transistors 7 zugeführt. Der
Transistor 7 sperrt den Spannungserhöhungsvorgang der Hochspannungserzeugungsschaltung 6 während des Übererregungszeitraums
in Reaktion auf das Taktsignal (b).
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Wenn
das Taktsignal (b) auf hohem Pegel geliefert wird, fließt ein Strom
auf einem Weg von der Basis und dem Emitter des Transistors 7 nach
Masse, so daß der
Transistor 7 leitet. Der Kollektor des Transistors 7 ist
an eine Treibersignalzufuhrverbindung von der Spannungserhöhungssteuerschaltung 607 zur
Treiberschaltung 608 angeschlossen, und sein Emitter ist
an Masse gelegt. Wenn der Transistor 7 leitet, wird daher
das Treibersignal, welches von der Spannungserhöhungssteuerschaltung 607 ausgegeben
wird, an Masse gelegt und so inaktiviert, und daher stoppt die Treiberschaltung 608 das
Treiben des FET 602.
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Während des Übererregungszeitraums
kann daher die Energie, die mit hoher Geschwindigkeit und hohem
Strom in die Hochspannungserzeugungsschaltung 6 von der
Batterie 5 aus fließt,
gestoppt werden.
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Darüber hinaus
kann der Energieverbrauch in der Hochspannungserzeugungsschaltung 6 verringert
werden, und kann das Rauschen verringert werden, welches durch den
mit hoher Geschwindigkeit (steil ansteigenden) hohen Strom mit einer
hohen Rauschkomponente hervorgerufen wird.
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Als
nächstes
wird das Halten des geöffneten Zustands
des Ventils der Einspritzvorrichtung 4 erläutert.
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Die
Niederspannungserzeugungsschaltung 8 wird durch eine Schaltregelspannungsverringerungsschaltung
unter Verwendung eines Transformators oder einer Drosselspule und
eines Kondensators oder eines linearen Spannungsabfallsystems gebildet,
mit der Batteriespannung VB als Eingangsspannung.
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Die
Batteriespannung VB wird in die Niederspannungserzeugungsschaltung 8 eingegeben,
erzeugt eine vorbestimmte Konstantspannung VL, die niedriger ist
als die Batteriespannung VB, und liefert die Spannung an den Nebenschlußwiderstand 1201 und
den Kollektor des Transistors 1203. Wenn das Berechnungsergebnis
(a) des Steuerabschnitts 2 ein Signal auf niedrigem Pegel
ist, überwacht
die Additionsfehlerverstärkungsschaltung 1204 die
Spannung über
dem Nebenschlußwiderstand 1201,
und treibt und steuert die Transistoren 1203 und 1202 so,
daß die
Spannung über
dem Nebenschlußwiderstand
einen Spannungswert entsprechend dem Haltestromwert annimmt.
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Der
Haltestrom wird der Einspritzvorrichtung 4 über die
Rückwärtsstromsperrdiode 13 zugeführt. Die
Rückwärtsstromsperrdiode 13 sperrt
daher die Zufuhr des Haltestroms im Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt
t1 und t3 und nach dem Zeitpunkt t3, der FET 1004 wird
nichtleitend, und dann wird der Haltestrom, der durch den Strom
IH bei (e) in 2 angedeutet ist, der
Einspritzvorrichtung 4 zugeführt.
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Hierbei
verwendet die Haltestromerzeugungsschaltung 8 als Stromversorgung
das Ausgangssignal einer Konstantspannungsschaltung zur Erzeugung
einer konstanten Spannung, wenn die Batteriespannung VB schwankt.
Zur Einstellung des Haltestroms IH müssen daher Schwankungen der Batteriespannung
VB nicht berücksichtigt
werden.
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Der
Haltestrom IH kann daher auf den minimalen Haltestromwert zum Offenhalten
des Ventils der Einspritzvorrichtung 4 eingestellt werden,
um den Energieverbrauch zu verringern.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird eine Niederspannungsschaltung zur Erzeugung der Spannung VL
eingesetzt, die niedriger ist als die Batteriespannung VB, und eine
Konstantspannung ist.
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Wenn
eine derartige Steuerung oder Regelung durchgeführt wird, daß der Konstantstrom
IH in den Nebenschlußwiderstand 1201 fließt, können daher
Verluste unterdrückt
werden, die durch den Schaltvorgang des Transistors 1202 hervorgerufen werden,
und kann die Erzeugung von Wärme
unterdrückt
werden. Daher lassen sich Transistoren mit niedriger Leistung als
die Transistoren 1202 und 1203 einsetzen, und
kann die Steuerung verkleinert werden.
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Als
nächstes
wird der Betrieb erläutert,
wenn das Ventil der Einspritzvorrichtung 4 geschlossen wird.
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Zuerst
veranlaßt
zum Zeitpunkt t2 der Steuerabschnitt 2 das Signal (a) entsprechend
dem Ergebnis der Berechnung dazu, einen Übergang von dem niedrigen auf
den hohen Pegel vorzunehmen. Die Additionsfehlerverstärkungsschaltung 1204 empfängt das
Signal, und ändert
den Sollstromwert vom Haltestrom IH auf 0 Ampere, wodurch die Transistoren 1203 und 1202 dazu
veranlaßt
werden, nichtleitend zu werden, so daß die Stromzufuhr zur Einspritzvorrichtung 4 gestoppt
wird.
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Wenn
die Stromzufuhr unterbrochen ist, führt die Einspritzvorrichtung 4 einen Übergang
von dem Ventilöffnungszustand
zum Ventilschließzustand durch.
Dieser Ventilschließvorgang
wird allmählich durchgeführt, während der
verbleibende Magnetfluß verbraucht
wird, der sich in der Einspritzvorrichtung 4 angesammelt
hat.
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Andererseits
gibt zum Zeitpunkt t2 die Taktsignalerzeugungsschaltung 3 das
Taktsignal (c) von der in der Figur gezeigten unteren Ausgangsklemme aus.
Das Taktsignal (c) nimmt in dem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt
t2 und dem Zeitpunkt t4 einen hohen Pegel an, und arbeitet als inverses
Erregersignal.
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Das
Signal auf hohem Pegel führt
zu einem Stromfluß auf
einem Weg von der Basis und dem Emitter des Transistors 1101 über den
Widerstand 1102 nach Masse, so daß der Transistor 1101 leitet. Wenn
der Transistor 1101 leitet, fließt ein Strom auf einem Weg
von der Batteriespannung VB über
den Emitter und die Basis des Transistors 1103, und über den
Kollektor und den Emitter des Transistors 1103, und über den
Widerstand 1102 nach Masse, so daß der Transistor 1103 leitet.
Wenn der Transistor 1103 leitet, fließt ein Strom auf einem Weg
von der Batteriespannung VB über
den Emitter und den Kollektor des Transistors 1103, über den
Gate-Source-Widerstand 1105, zur negativen Spannung -V.
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Die
negative Spannung -V wird durch die Erzeugungsschaltung 9 für die negative
Spannung erzeugt. Die Erzeugungsschaltung 9 für die negative Spannung
ist als Pumpschaltung ausgebildet, die einen Kondensator einsetzt,
wobei die hohe Spannung VH oder die Batteriespannung VB die Eingangsspannung
bildet.
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Wenn
ein Strom in dem Gate-Source-Widerstand 1105 fließt, tritt
ein Spannungsabfall über
dem Widerstand auf, und führt
die Potentialdifferenz, die zwischen dem Gate und der Source des
FET 1104 auftritt, dazu, daß der FET 1104 leitet.
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Der
FET 1104 ist mit seinem Drain an die Einspritzvorrichtung 4 und
mit seiner Source an die negative Spannung -V angeschlossen.
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Daher
liegt die negative Spannung -V an, wenn der Versuch unternommen
wird, das Ventil allmählich
zu schließen,
während
der übrigbleibende Magnetfluß, der sich
in der Einspritzvorrichtung 4 angesammelt hat, zum Zeitpunkt
t2 verbraucht wird. Daher fließt
ein Strom auf einem Weg von der Einspritzvorrichtung 4 über Drain
und Source des FET 1104 zur negativen Spannung -V, und
wird der übrigbleibende
Magnetfluß,
der sich in der Einspritzvorrichtung 4 angesammelt hat,
in einem Hub verbraucht.
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Der übrigbleibende
Magnetfluß,
der den Ventilschließvorgang
der Einspritzvorrichtung 4 behindert, wird daher in kurzer
Zeit verbraucht, so daß der
Ventilschließvorgang
der Einspritzvorrichtung 4 in kurzer Zeit durchgeführt wird.
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Die
inverse Erregung unter Verwendung der negativen Spannung -V wird
während
des inversen Erregungszeitraums zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem
Zeitpunkt t4 durchgeführt.
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Die
hohe Spannung VH oder die Batteriespannung VB wird als Eingangsspannung
der Erzeugungsschaltung für
die negative Spannung verwendet, jedoch kann auch die niedrige Spannung
VL verwendet werden.
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Das
Ventil der Einspritzvorrichtung kann daher mit hoher Geschwindigkeit
geöffnet
und geschlossen werden, unabhängig
von der Batteriespannung, wodurch der Steuer- oder Regelbereich der
Einspritzvorrichtung vergrößert werden
kann.