DE2538301A1

DE2538301A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer elektromagnetisch betaetigten einspritzduese

Info

Publication number: DE2538301A1
Application number: DE19752538301
Authority: DE
Inventors: Claude Leichle
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1976-03-25
Also published as: GB1479806A; FR2284037A1; DE2538301C3; DE2538301B2; IT1047953B; FR2284037B1; US4040397A

Description

Patentanwälte Dipl.- Ing. W. Scherrmann Dr.- Ing. R. Rüger

7300 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 24, Postfach 348

26. AugUSt 1975 Telefon

Stuttgart (0711) 35 65 39

PA 21 becj , 359619

Telex 07256610 smru

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT, 8-10 Avenue Emile Zola, 92109 Boulogne-Billancourt (Frankreich)

Societe Anonyme AUTOMOBILES PEUGEOT, 75 Avenue de la Grand-Armee, 75016 Paris (Frankreich)

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse für einen Verbrennungsmotor und eine Steuereinrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Die Einspritzdüsen für Verbrennungsmotoren dienen dazu, den in die Verbrennungskammern des Motors einzuspritzenden Kraftstoff genau zu dosieren. Bei konstantem Durchsatz durch die Einspritzdüse ist die eingespritzte Menge Kraftstoff proportional der Öffnungszeit der Düsennadel der einzelnen Einspritzdüsen. Die Proportionalität ist allerdings - unabhängig von den äußeren Bedingungen - nur dann exakt, wenn die Anstiegs- oder Öffnungszeit der Düsennadel konstant ist. Bekanntlich weist die Erregerspule des die Einspritzdüse betätigenden Elektromagnetes eine Selbstinduktivität auf, aufgrund derer ein sich bei einer zeitlichen Spannungsänderung aufbauender Strom exponentiell verläuft. Die Ausgangssteigung dieses exponentiellen Verlaufes ist bekannterweise eine Funktion

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der an die Spule angelegten Spannung.

In einem Kraftfahrzeug werden die Einsnritzdüsen durch die Spannung der Fahrzeugbatterie gespeist und diese Spannung schwankt in Abhängigkeit von verschiednen Parametern, wie die Temperatur, die Anzahl der angeschlossenen Verbraucher (insbesondere bei Zuschaltung der starken Stromverbraucher, wie zum Beispiel der Scheinwerfer) usw., innerhalb weiter Grenzen. Diese Schwankungen der Batteriespannung wirken sich merklich auf die Ansprechzeit der Einspritzdüsen aus und müssen berücksichtigt werden, um nachteilige Auswirkungen zu verhindern.

Ein erstes, nächstliegendes Verfahren zum Ausschalten dieser störenden Spannungsschwankungen besteht darin, die Erregerspannung für die Einspritzdüsen durch einen die Spannung begrenzenden Widerstand (z.B. einen Eisenwasserstoff wider stand) auf einen Wert zu begrenzen, der der niedrigsten Batteriespannung entsnricht. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß in dem Begrenzungswiderstand zuviel Energie verlorengeht.

Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, in eine die Einspritzdüsen steuernde Rechnereinheit ein die Spannungsschwankungen berücksichtigendes additives Korrekturglied einzuprogrammieren. Die Öffnungszeit der Einspritzdüse entspricht dabei im Augenblick ihrer Berechnung den tatsächlichen Gegebenheiten der Einspritzung. Dieses Verfahren gewährleistet zwar die erforderliche Genauigkeit, es ist aber sehr aufwendig, da dauernd die Speisespannung gemessen und vor jeder Kraftstoffeinspritzung eine Rechnung durchgeführt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung von elektromagnetisch betätigten Einspritzdüsen zu erhalten, bei der die Anstiegszeit der Düsenbetätigung von der Speisespannung vollkommen unabhängig ist.

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Außerdem soll der Leistungsverlust in einer zum Durchführen dieses Verfahrens geeigneten Steuereinrichtung auf das Intervall des Stromanstieges begrenzt und damit, sehr klein gehalten werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anstiegszeit eines durch die Einspritzdüse fließenden Stromes auf einen zumindest dem kleinsten durch die Speisespannung der Einspritzdüse erreichbaren Wert entsprechenden konstanten Wert elektronisch eingeregelt wird, indem ein Kondensator mit einem konstanten Strom bis zum Erreichen einer festen Spannung aufgeladen wird, indem danach die Ladespannung des Kondensators mit einer dem durch die Einspritzdüse fließenden Strom proportionalen Spannung verglichen wird und indem schließlich die Anstiegszeit des durch die Einspritzdüse fließenden Stromes derart geregelt wird, daß sie gleich der Ladezeit des Kondensators ist.

Eine zum Durchführen dieses Verfahrens besonders geeignete Steuereinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie einen Komparator aufweist, dessen einer Eingang mit einem in Reihe mit der Erregerwicklung der Einspritzdüse liegenden Widerstand verbunden ist und dessen anderer Eingang mit den Klemmen eines Kondensators verbunden ist, der seinerseits mit einem einen konstanten Strom erzeugenden Stromgenerator und mit einer seine Aufladung auf einen vorgegebenen Wert begrenzenden Vorrichtung verbunden ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 7 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß ein Einfluß der Kenndaten der Einspritzdüse und insbesondere deren Temperaturabhängigkeit auf ihre Ansprechzeit verhindert wird. Außderdem werden schädliche Auswirkungen des veränderlichen Störwiderstandes der

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Wicklung des die Einspritzdüse betätigenden Elektromagneten ausgeschlossen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen insbesondere in einem sehr einfachen Aufbau und in der dadurch gegebenen Möglichkeit einer wirtschaftlichen Herstellung.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Steuern einer Einspritzdüse eines Verbrennungsmotors, in einer schematischen Darstellung und

Fig. 2a den zeitlichen Verlauf der Spannung an verschiebis denen Punkten der Einrichtung nach Fig. 1. Fig. 2c

Die Basis eines Transistors 1 (Fig. 1) ist über einen Widerstand 2 mit einer Eingangsklemme A verbunden, über die das Öffnungssignal für die Einspritzdüsen zu der Steuerei· richtung gelangt. Der Emitter des Transistors 1 liegt direkt an Masse, ebenso wie der Minuspol eines Akumulators 3, der die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit Spannung versorgt. Der Kollekor des Transistors 1 ist über einen Widerstand 4 mit einer Leitung 3a verbunden, die ihrerseits an den Pluspol des Akumulators 3 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors 1 ist außerdem mit der Basis eines Transistors 5 über einen zwischengeschalteten Widerstand 6 verbunden. Der Emitter des Transistors 5 liegt direkt an Masse und sein Kollektor ist mit dem Pluspol des Akumulators 3 über zwei in Reihe liegende Widerstände 7 und 8 verbunden. Der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände 7 und 8 ist über einen Widerstand 9 an die Basis eines Transistors 10 angeschlossen, dessen Emitter direkt mit der Speiseleitung 3a und dessen Kollektor

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mit einer Klemme B verbunden ist. Zwischen der Klemme B und der Leitung 3a - und damit parallel zu dem Emitter-Kollektorstromkreis des Transistors 10 - liegt eine aus einer Zenerdiode 11 und aus einem Kondensator 12 bestehende Parallelschaltung.

Der Emitter eines Transistors 13 ist über einen Widerstand 14 mit Masse verbunden, während sein Kollektor direkt mit der Klemme B verbunden ist. Die Basis des Transistors 13 ist über eine Zenerdiode 15 mit Masse und außerdem mit de . Ausgangselektrode eines Feldeffekttransistors verbunden, dessen Tor- oder Steuerelektrode direkt an die Leitung 3a angeschlossen ist, während seine Eingangs3lektrode über einen Widerstand 17 mit der Leitung 3a verbunden ist.

Der Kollektor des Transistors 13 ist über einen Widerstand 18 an den nichtinvertierenden Eingang (+) eines Komparators 19 angeschlossen, der zwischen der Leitung 3a und Masse liegt. Der Ausgang des Komparators 19 ist mit der Basis eines Transistors 20 über einen dazwischenliegenden Widerstand 21 angeschlossen. Der Transistor steuert einen Transistor 22 über eine sogenannte Darlington-Schaltung, bei der der Emitter des Transistors direkt mit der Basis des Transistors 22 und sein Kollektor direkt mit dem Kollektor des Transistors 22 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 22 ist über die Wicklung eines Elektromagneten 23 mit Masse verbunden. Der Elektromagnet 23 ist der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuerten Einspritzdüse zugeordnet. Der Emitter des Transistors 22 ist über einen Widerstand 24 mit der Leitung 3a und über einen Widerstand 25 mit dem invertierenden Eingang (-) des Komparators 19 verbunden. Durch die Wicklung des die Einspritzdüse steuernden Elektromagneten fließt ein Strom I.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Vorrichtung funktioniert folgendermaßen. Der Transistor 1 erhält über die Anschlußklemme A ein Steuersignal "_A ^für ^dle öffnung der

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von dem Elektromagneten 23 betätigten Einspritzdüse. Die Gestalt dieses Steuersignals ist aus Fig. 2a ersichtlich. Das Signal U wird am Kollektor des Transistors 1 invertiert und gelangt über den Transistor und die Widerstände 7, 8 und 9 zu dem Transistor 10, der bei nicht an der Klemme Λ anliegendem Signal gesättigt ist, und macht ihn nichtleitend. Das Potential an der Verbindungsklemme B, das bei gesperrtem Transistor gleich dem Potential der Speiseleitung 3a (Potential U in Fig. 2b) ist, verändert sich danach entsnrechend der fortschreitenden Aufladung des Kondensators 12. Der Kondensator 12 wird über den Transistor 13 aufgeladen, der zusammen mit dem Transistor 16, der Zenerdiode 15 und den Widerständen 17 und 14 einen Stromgenerator bildet. Der Transistor 16 versorgt die Zenerdiode 15 mit Strom, die als Bezugspunkt für den genannten, den Transistor 13 einschließenden Stromgenerator dient. Eine solche doppelte Regelung ist erforderlich, um eine weitgehende Unabhängigkeit von der von der Batterie 3 gelieferten Speisespannung U zu gewährleisten.

Der Kondensator 12 wird somit soweit aufgeladen, bis seine Klemmenspannung den Wert der Durchbruchspannung der Zenerdiode 11 erreicht, wonach die Aufladung unterbrochen ist. Die Klemmenspannung des Kondensators 12 wird dann wieder Null, wenn der Transistor erneut gesättigt ist, d.h. das an der Eingangsklemme A anliegende Signal verschwindet.

Die Spannung an der Verbindungsklemme B, die den aus Fig. 2b ersichtlichen Verlauf aufweist, schwankt zwischen +U (Wert der von der Batterie 3 gelieferten Speisespannung) und U-U , wobei U die Durchbruchsspannung der Zenerdiode

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11 ist. Die Steigung in dem Zwischenbereich zwischen den genannten beiden Spannungen (Bezugszeichen 26 in Fig. 2b) ist eine Funktion der Ladegeschwindigkeit des Kondensators

12 und damit von dessen Kapazität und von dem von dem Transistor 13 gelieferten konstanten Strom abhängig. Demzufolge weist diese Steigung bei gegebenem Kondensator

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und bei gegebenem Stromgenerator (aus den Transistoren 13 und 16, der Zenerdiode 15 und den Widerständen 14 und 17 bestehend) einen bestimmten Wert auf. Der Zwischenbereich 26 zwischen dem Potentialniveau U und dem Niveau U-U entspricht aber der Niveaudifferenz U ,

Z Z

die einen festen Wert aufweist. Die Übergangszeit von dem Niveau U zu dem Niveau U-U ist demzufolge konstant und hängt nicht von dem Wert der Spannung U ab, solange diese größer als U ist.

Der aus dem Komparator 19, den Transistoren 20 und 22, den Widerständen 18,21,24 und 25 und dem Einspritzdüsen-Elektromagneten 23 bestehende Stromkreis bildet einen gesteuerten Spannungs-Stromwandler, der in dem Elektromagneten 23 einen zu der Spannung an der Verbindungsklemme B umgekehrt proportionalen Strom erzeugt. Dieser Stromkreis funktioniert folgendermaßen: sobald die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 24 (d.h. die an dem invertierenden Eingang des Komparators 19 anliegende Spannung) von der Spannung zwischen der Verbindungsklemme B und Masse (d.h. der an dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 19 anliegenden Spannung) abweicht, erzeugt der Komparator 19 ein Fehlersignal und liefert an seinem Ausgang ein in Abhängigkeit von diesem Fehlersignal korrigiertes Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird durch die Transistoren 20 und 22 verstärkt und ergibt einen den Elektromagneten 23 der Einspritzdüse erregenden Strom I. Da die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 24 dem durch den Elektromagneten 23,· dessen Erregerwicklung mit dem Widerstand 2 4 in Reihe liegt, fließenden Strom I proportional ist, erhält der Komparator 19 an seinem invertierenden Eingang ein diesem Strom I (der seinerseit von der Speisespannung abhängt) proportionales Signal und ist demnach in der Lage, in jedem Augenblick sein Ausgangssignal derart zu ändern, daß die Änderungsgeschwindigkeit des Stromes I genau der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung an dem Punkt B folgt. Damit benötigt der Strom I die gleiche Zeit T, um von dem Wert

Null seinen Maximalwert zu erreichen, wie die Spannung 609813/0684

an dem Punkt B, um von U auf U-U überzugehen, wobei die Zeit T, wie oben erwähnt, konstant ist. In der Praxis ist es wünschenswert, eine möglichst kleine konstante Zeit T zu wählen, es müssen aber die Kenndaten der Einspritzdüse und der Batterie berücksichtigt werden, die es nicht ermöglichen, einen bestimmten Grenzwert für T zu unterschreiten.

Da die Klemmenspannung der Batterie 3 bekanntlich zwischen zwei Werten, U (Maximalspannung) und U (Minimalspannung), schwankt, kann man in bekannter Weise die Zeit berechnen, die der Strom I bei der Spannung U benötigt, um sich bei nicht vorhandener Regeleinrichtung in dem Elektromagneten 2 3 der Einspritzdüse aufzubauen. Man wird demnach bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung eine Stromaufbauzeit T wählen, die geringfügig über dem vorgenannten Wert liegt (die Zeit T hängt lediglich, wie bereits erwähnt, von der Durchbruchspannung der Zenerdiode 11, dem Kondensator 12 und den Bestandteilen des vorgenannten Stromgenerators ab). Auf diese Weise kann der Strom bei beliebigem, zwischen U und U„ liegendem Wert

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der Spannung U einen ausreichenden Wert annehmen, um ein normales Funktionieren der Einspritzdüse zu gewährleisten und trotz in der Regeleinrichtung verursachter geringfügiger Leistungsverluste bleibt die Stromanstiegszeit konstant, wie ja zu fordern war.

Bei einigen Steuereinrichtungen für stromerregte Einspritzdüsen ist vorgesehen, vor der öffnung der jeweiligen Einspritzdüse einen eine Vormagnetisierung bewirkenden Strom fließen zu lassen. Auch solche Steuereinrichtungen können mit einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Regelung der Anstiegszeit des Hauptstromes versehen werden und weisen dann zusätzlich die erfindungsgemäßen Vorteile auf.

- Patentansprüche -

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Claims

_9_ 2536301 Patentansprüche

1. Verfahren zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegszeit eines durch die Einspritzdüse fließenden Stromes auf einen zumindest dem kleinsten durch die Speisespannung der Einspritzdüse erreichbaren Wert entsprechenden konstanten Wert elektronisch eingeregelt wird, indem ein Kondensator mit einem konstanten Strom bis zum Erreichen einer festen Spannung aufgeladen wird, indem danach die Ladespannung des Kondensators mit einer dem durch die Einspritzdüse fließenden Strom proportionalen Spannung verglichen wird und indem schließlich die Anstiegszeit des durch die Einspritzdüse fließenden Stromes derart geregelt wird, daß sie gleich der Ladezeit des Kondensators ist.

2. Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Komparator (19) aufweist, dessen einer Eingang (-) mit einem in Reihe mit der Erregerwicklung der Einspritzdüse (23) liegenden Widerstand (24) verbunden ist und dessen anderer Eingang (+) mit den Klemmen eines Kondensators (12) verbunden ist, der seinerseits mit einem einen konstanten Strom erzeugenden Stromgenerator und mit einer seine Aufladung auf einen vorgegebenen Wert begrenzenden Vorrichtung verbunden ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bei einer innerhalb weiter Grenzen veränderlichen Speisespannung einen konstanten Strom gewährleistende Stromgenerator mindestens zwei Transistoren (13,16), mindestens eine das Basispotential desjenigen dieser beiden Transistoren (13,16), der den Ausgangsstrom des Stromgenerators liefert, festlegende Zenerdiode (15) sowie mindestens einen Ladewiderstand (14,17) für jeden dieser Transistoren aufweist.

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4. Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die bei konstantem Strom erfolgende Aufladung des Kondensators (12) auf einen vorgegebenen Wert begrenzende Vorrichtung eine parallel zu dem Kondensator (12) liegende Zenerdiode (11) ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein die Aufladung und Entladung des Kondensators (12) ermöglichendes Halbleiterbauelement (10) aufweist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn ze ichne t, daß sie mit einer mindestens zwei Transistoren (1,5) aufweisenden Steuerschaltung versehen ist, durch die das die Öffnung der Einspritzdüsen steuernde Signal in ein das Halbleiterbauelement(10) sperrendes oder entsperrendes und dadurch die Aufladung bzw. Entladung des Kondensators (12) steuerndes Signal umformbar ist.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Einspritzdüse betätigende Elektromagnet (23) vor seiner Erregung durch einen schwachen Strom vormagnetisierbar ist.

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