DE2805028C2 - Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.
Bei einer aus der US-PS 37 25 678 bekannten Vorrichtung dieser Art wird zur Verringerung des elektrischen Stromverbrauchs ohne Verschlechterung des Ansprechverhallcns des Magnetventils beim Vcnlilöffnungsvorgang zunächst eine Konstantspannungsstcucrung und sodann eine Koiistanisiromstcucrung des Magnetventils durchgeführt, wobei der Übergang von der Konstantspannungsslcucrung zur Konstantstromstcuerung erfolgt, wenn der über die Magnetspule fließende
W Strom einen vorgegebenen Wert übersteigt. Hierbei wird der Tatsache Rechnung getragen, daß der elektrische Strombedarf der Magnetspule zu Beginn der Erregung bis zum Erreichen des Anzugsschwellenweries eines Ventilelcmcnts ziemlich groß ist, während nach dem
v; vollen öffnen des Vcntilclcmenls nur noch ein wesentlich geringerer Haltestrom erforderlich ist. Obwohl diese Art der Steuerung den Vorteil aufweist, daß der elektrische Stromverbrauch verringert wird, ist der Übergang von Konslanlspannungs- aul Konslantstromstciie-
M) rung bei stark abgefallener Betriebsspannung nicht durchführbar, da der Magnetspulcnsirom dann den vorgegebenen Wert nicht mehr übersteigt. Insbesondere bei elektronisch gesteuerten ßrcnnstoffcin.sprii/anlugcn für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, bei
hl denen solche Magnetventile durch bailcricspiinnungsabhängigc Impulssignalc erregt werden und die Spannung der fahrzeugbatterie bclastiingsbedingt eiw;i beim Anlassen oder in der kalten |ahres/eii erheblieh
unicr den Normalbetriebswerl abfallen kann, stellt dies einen äußerst schwerwiegenden Nachteil dar.
Eine vergleichbare Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils, bei der ebenfalls zur Verringerung der Stromaufnahme und damit auch der Erwärmung des Magnetventils zunächst eine Konstantspannungssteuerung bis zum Erreichen des Anzugsschwellenwertes des Magnetventil und sodann eine Konstantstyomsleuerung auf den wesentlich niedrigeren Ventil-Haltestrom erfolgt, ist aus der US-PS 37 86 314 bekannt Zwar wird die Konstantstromsteuerung hierbei auch in begrenztem Umfang zur Kompensation von Betriebsspannungsschwankungen herangezogen, jedoch ist weiterhin der Nachteil gegeben, daß bei sehr niedriger Betriebsspannung der Obergang von Konstantspannungsauf Konstantstromsteuerung nicht mehr erfolgen kann und die gesamte Steuerung damit nicht mehr durchführbar ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines magnetventil:; der eingangs genannten Art derart auszugestalic,;, daß eine energiesparende Steuerung eines solchen Magnetventils auch unter Berücksichtigung eines starken Betriebsspannungsabfalls gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst
Erfindungsgemäß erfolgt somit die Konstantspannungssteuerung des Magnetventils während einer vorbestimmten konstanten Zeitdauer, die kürzer als die Impulsdauer eines Eingangsimpulssignals, jedoch mit deren Beginn synchronisiert ist, während sodann die Konstantstromsteuerung des Magnetventils für die restliche Dauer des Eingangsimpulssignals durchgeführt wird, wobei der beim Übergang von Konstanlspannungs- auf Konstantstromsteucrung entstehende Spannungsstoß kompensiert wird. Fällt die Betriebsspannung unter einen vorgegebenen Spannungswert ab, so schaltet ein auf die Betriebsspannung und das Eingangsimpulssignal ansprechendes Spannungsschallglied einen Leistungstransistor zur Stromversorgung der Magnetspule unabhängig von der Konstantspannungs- odtr Konstantstromsteuerung für die Dauer des Eingangsimpulssignals durch.
Die Erregung des Magnetventils ist somit bei relativ geringem Strombedarf auch bei niedriger Betriebsspannung stets exakt steuerbar, da bei ausreichender Betriebsspannung die einen hohen Stromverbrauch verursachende Konstantspinnungsstcucrung des Magnetventils auf eine vorgegebene konstante Zeitdauer beschränkt wird, während bei stark abgefallener Betriebsspannung die Stromzufuhr unabhängig von dieser Steuerung in alleiniger Abhängigkeit von der Impulsdauer des Kingarvjsimpulssignals erfolgt, wobei darüber hinaus jegliche während des Übergangs von Konstantspannungsauf Konstantstromstcuerung verursachten SpannungsstöBc aufgefangen weiden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unlcransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbcispiclen unter Bezugnahme auf die Zeichnung niihcr erläutert. F.s zeigt
I'ig. I ein Schaltbild eines ersten Aii.sführiingsbcispiels der Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils.
I- i g. 2 ein Schaltbild einer bei der Vi>rrichlung gemäß l·'i s;. I verwendeten Sp^nniingssteuerschallung,
I i g. J ein Schaltbild einer bei der Vorrichtung gcniüB I i £. I verwendeten Sfuinstuuurschaltung.
F i g. 4 ein Schaltbild einer bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendeten Spannungsstoß-Steuerschaltung,
F i g. 5 ein Schaltbild einer bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendeten Zeitgeberschaltung,
F i g. 6 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1,
F i g. 7 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung und
F i g. S ein Schaltbild eines bei der Vorrichtung gemäß
ίο F i g. 7 verwendeten Spannungsschaltglieds.
In F i g. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiei der Vorrichtung dargestellt. In dieser Figur bezeichnet 20 eine Batterie, deren negativer Anschluß mit Masse verbunden und deren positiver Anschluß an den Emitter eines
is PNP-Darlington-Leisiungstransistors 24 angeschlossen sind. Der Kollektor des Leistungstfansistors 24 ist an einen Anschluß eines Strommeßwiderstajids 26 angeschlossen dessen zweiter Anschluß an einen Anschluß einer Spule 22 eines Magnetvent'Ä, angeschlossen ist.
3) Der /.weile Anschluß der Spule 22 dta Magnetventils ist mit Masse verbunden. 30 bezeichnet eine Spannungsstcuerschaliung, deren Eingang mit dem Kollektor des Leistungstransistors 24 verbunden und deren Ausgang über einen Widerstand 40 an die Basis des Leistungstransistors 24 angeschlossen sind. 50 bezeichnet eine Stromsteuerschaltung, deren Eingänge an die Anschlüsse des Strommeßwiderstands 26 und deren Ausgänge an die Basis des Leistungstransistors 24 über einen Widerstand 70 bzw. an einen Eingangsanschluß P\ einer Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 angeschlossen sind. Die Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 weist einen zweiten Eingangsanschluß P2 auf, der an einen Eingang S einer Zeitgcbcrschallung 90 angeschlossen ist, sowie einen Ausgangsanschluß Pt, der mit dem positiven Anschluß
J5 der Spule 22 des Magnetventils verbunden ist. Zur Steuerung der Zeitdauer des öffnens und Schließens des Magnetventils wird von einer externen Steuervorrichtung ein Impulssignal mit der Dauer r an den Eingang S der Zeilgeberschaltung 90 angelegt, deren Ausg-ng an einen weiteren Eingang der Spannungssteuerschallung 30 angeschlossen ist. 100 bezeichnet eine Batlerieschaltung, die an die Batterie 20 angeschlossen ist und eine Festspannung Vc (von beispielsweise 8 V) an die Spannungssteuerschaltung 3.0, die Stromsteuerschaltung 50, die Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 und die Zcitgcbcrschaltung 90 anlegt.
F i g. 2 zeigt Einzelheiten der Spannungssteuerschaltung 30. Inder Figur bezeichnen 311 und 312 Widerstände, die derart zwischen einen Anschluß C und Masse
so geschaltet sind, daß sie die Kollektorspannung des in F i g. I gezeigten Leisfjngstransistors 24 teilen, wobei der Vürbindungspunkt der Widerstände 311 und 312 über einen Widerstand 313 mit dem invertierenden Eingangsanschluß ( —) eines Differenzversläriwrs 314 verbundcn ist. Widerstände 315 und 316 sowie eine Diooe 317 sind in Rciiic zwischen den Ausgangsanschluß der Batterieschalung 100 und Masse in der Weise geschaitet, daü an dem Verbindungspunki der Widerstände 315 und 316 eine Fcslspannung Ki gebildet wird. Widsrstän-
W) de 318 und 319 sind derart an den nichtinverxicrenden KingiingsiinschluB (+) des Differenzverstärker* 314 angeschlossen, daß sie die l'csispannting V1 teilen. Zwischen ilen invertierenden Eingungsunschluß und den Ausgangsiinschluß lies Dilferenzvcrstärkers 314 ist ein
tr> Gcgenkopplungswidcrstand 320 geschaltet. Der Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 314 ist über einen Widerstand 321 mit der Basis eines Transistors 322 verbunden, die auch mit dem Ausgangsanschluß A der
Zeitgeberschaltung 90 verbunden ist. Der Transistor 322 ist mit seinem Kollektor an den in Fig. I gezeigten Widerstand 40 und mit seinem Emitter über einen Widerstand 323 mit Masse verbunden. Hierdurch sinkt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 314 und ι steigt die Kollektorspannung des Transistors 322, wenn die durch Teilung der Spannung an dem AnschluU C erzielte Spannung höher uls die geteilte Festspannung Vi wird. Wenn demgegenüber die durch Teilen der Spannung an dem Anschluß ("cr/.ieltc Spannung gcringcr als die geteilte Festspannung Vi wird, steigt die Ausgangsspannung des Differenzverstärker 314 an, während die Kollcktorspannung des Transistors 322 absinkt. Das heißt,solange ein Impulssignal mit einer konstanten Dauer To an dem Anschluß A anliegt, erzeugt die Span- r> nungssteuerschaltung 30 eine Spannung, die sich in der giciCficil fNiCiitüng Wie uic ^pärtnürig 5Π ucm AiiSCtitüu C verändert. Liegt an dem Anschluß A kein Impulssignal an, sperrt der Transistor 322, so daß die Ausgangsspannung der Spannungssteucrschaltung 30 konstant bleibt. 2»
Fi g. 3 zeigt die Stromsteuerschaltung 50. Gemäß dieser Figur sind Widerstände 552 und 554 in Reihe zwischen einen Anschluß Pj und den invertierenden Eingangsanschluß ( —) eines Differenzverstärker 558 geschaltet, während zwischen Masse und den Verbindungspunkt der Widerstände 552 und 554 ein Widerstand 553 geschaltet ist. Zwischen den Anschluß C und den nichtinverticronden Eingangsanschluß ( + ) des Differenzverstärkers 558 sind Widerstände 555 und 557 in Reihe geschaltet, zwischen deren Verbindungspunkt und Masse ein Widerstand 556 geschaltet ist. In den Gegenkopplungsstromkreis des Differenzverstärkers 558 sind ein Widerstand 559 und ein Kondensator 560 einander parallel geschaltet, während an den nichtinvcrtierenden Ein^an^sanschluB ' + ^ des Differenzvcrstär- a* nung des Transistors 60 ändert sich proportional zur Alisgangsspannung des Differenzverstärker 563. so daß der Kollckiorstrom des Transistors 60 mit einer Steigerung der Ausgangsxpnnnung des Diffcrenzvci1-St^ ;crs 563 ansteigt. Gemäß vorstehender Beschreibung arbeitet die Stromslciicrschnltung 50 derart. cliiU ein in Gegenrichtung zu Veränderungen der Spannung /wischen den Anschlüssen (' und /Ί ansteigender iiiul abfüllender Strom erzeugt wird, wodurch ein der I'csl-Spannung V.entsprechender Konstunistrom abgegeben wird.
1· ig.4 zeigt Einzelheiten der Spanntingsstoß-Stcuerschalltmg 80. Gcn.äß dieser Figur ist ein I'NP-Transistor 811 mit seinem Emitter an den Anschluß /V mit seinem Kollektor an den mit der Spule 22 des Magnetventils verbundenen Anschluß P\ und mit seiner Basis
kers 558 ein mit Masse verbundener Widerstand 561 angeschlossen ist. Der Kondensator 560 dient zur Verbindung von Schwingungen. Der Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 558 ist über einen Widerstand 562 an den invertierenden Eingangsanschluß (—) eines Differenzverstärkers 563 angeschlossen, zwischen dessen Eingangsanschluß und Ausgangsanschluß ein Gcgcnkoppiungswiderstand 571 geschaltet ist. Zwischen die Batterieschaltung 100 und Masse sind Widerstände 564 und 565 sowie Dioden 566, 567 und 568 in Reihe geschaltet. Parallel zu den Dioden 566, 567 und 568 sind Widerstände 569 und 570 geschaltet deren Verbindungspunkt mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß ( + ) des Differenzverstärker 563 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 563 ist mit der Basis eines Transistors 60 verbunden, dessen Kollektor mit dem Widerstand 70 und dessen Emitter mit dem Anschluß /Ί verbunden sind.
Wenn im Betriebszustand die Spannung zwischen den Anschlüssen Cund Pj ansteigt, steigt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 558 an. während beim Absinken der Spannung zwischen den Anschlüssen C und Pi auch die Ausgangsspannung des Differenzverstärker 558 abfällt. Der Differenzverstärker 563 verstärkt die Differenzspannung zwischen der Ausgangs- bo spannung des Differenzverstärker 558 und einer Festspannung V2. Dementsprechend nimmt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 563 ab, wenn die Ausgangsspannung des Differenzverstärker 558 die Festspannung V2 überteigt, wogegen die Ausgangs- b5 spannung des Differenzverstärker 563 ansteigt, wenn die Ausgangsspannung des Differenzverstärker 558 niedriger als die Festspannung V2 wird. Die Basisspan-NPN-Transistors 815 angeschlossen. Eine Zcnerdiodc 812 hat eine feste Zenerspannung (40 V) und ist mit ihrem positiven und ihrem negativen Anschluß an den Kollektor bzw. den Emitter des Transistors 811 angeschlossen. Der Transistor 815 ist mit seinem Emitter an Masse geschaltet, während seine Basis über einen Widerstand 814 mit dem Anschluß Pj verbunden ist. Solange ein Impulssignal ran dem Anschluß P2 anliegt, sind die Transistoren 815 und 811 durchgeschaltet und der von der Stromsteuerschaltung 50 zu dem Anschluß P1 fließende Strom fließt über den Transistor 811 zu dem Anschluß Pj.
Fig.5 zeigt Einzelheiten der Zeitgeberschaltung 90. bei der die Basis eines Transistors 902 über einen Widerstand 901 mit dem Anschluß S verbunden ist. während zwischen die Basis und den Emitter des Transistor 902 ein Widerstand 903 parallel geschaltet ist. Der Kollektor des Transistor« 902 ist mü dem positiven Anschluß eines Kondensator 905 sowie über einen Widerstand 904 mit der Battcrieschaltung 100 verbunden. Der negative Anschluß des Kondensator 905 ist zusammen mit Widerständen 907 und 908 an die Basis eines Transistors 906 angeschlossen, dessen Emitter mit Masse verbunden ist. Der Widerstand 907 ist an die Batterieschaltung 100 angeschlossen, während der Widerstand 908 mit Masse verbunden ist. Wenn an dem Anschluß 5 kein Impulssignal r anliegt, ist der Transistor 902 gesperrt, während der Transistor 906 durchgcschaltct ist. Wenn ein Impulssignal r an den Anschluß 5 angelegt wird, wird der Transistor 902 durchgeschaltet, so daß der positive Anschluß und der negative Anschluß des Kondensator 905 auf Massepotential bzw. negatives Potential abiallen. Folglich wird der Transistor 906 gesperrt, so daß das Potential an dem (mit seinem Kollektor verbundenen) Anschluß A einen hohen Wert annimmt. Da das Potential an dem negativen Anschluß des Kondensator 905 durch den über den Widerstand 907 fließenden Strom allmählich ansteigt, so daß es schließlich das Massepotential erreicht, wird danach der Transistor 906 wieder durchgeschaltet, so daß das Potential an dem Anschluß A auf einen niedrigen Wert abfällt Unter Sperrung des Transistor 906 wird ein Impulssignal To erzeugt, dessen Zeitdauer To eine feste Zeitdauer ist die von dem Kondensator 905 und dem Widertand 907 bestimmt wird. Diese Zeitdauer To ist derart gewählt daß sie der Zeit entspricht die das Magnetventil für die Bewegung von seiner Schließstellung in seine vollständig geöffnete Stellung benötigt
Für den vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Wirkungsweise der Vorrichtung nun unter Bezugnahme auf das Signaldiagramm nach F i g. 6 beschrieben. Wenn
das bei (r) in I i g. bgc/ciglc lmpulssignul randicZcilgubcrschaluing 90 ungelegt wird, er/.eugl diese an dem Anschluß Λ ein /.citsliMicning.ssignal mit der Impulsdauer To gemäß der Darstellung bei (To) in Fig. 6. Die .Spannungssteuerschaltung 30 ist nur während der Dauer des Zeitintervall·» To in Betrieb, bei dem das Signal To den ,Zustand »1« beibehält, wodurch die Spule 22 des Magnetventils betätigt wird. In diesem Fall wird die Kollcktorspannung des Leistungstransistors 24 derart überwacht, daß dann, wenn die Kollektorspannung aufgrund von Veränderungen der Speisespannung aus der Batterie 20 o. dgl. höher als die der Festspannung V\ entsprechende voreingestcllte Spannung wird, der über den Ausgang der Spannungssteuerschaltung 30 fließende Basisstrom des Leistungstransistors 24 verringt wird, so daß die Kolleklorspannung des Leistungstransistors 24 verringert wird, während bei Abfall der Kollcktorspannung unter die voreingesteiite Spannung der in die Spannungssteuerschaltung 30 fließende Basisstrom des Leistungstransistors 24 ansteigt, so daß die Kollektorspannung erhöht wird. Auf diese Weise wird die Kollektorspannung des Leistungstransistors 24 auf eine vorbestimmte Kestspannung gesteuert.
Andererseits nimmt die Stromsteuerschaitung 30 als Eingangssignal die an dem Strommeßwiderstand 26 entstehende Spannung auf, wodurch, wenn der Spannungsabfall an dem Strommeßwiderstand 26 proportional zu einer Steigerung des über die Spule 22 des Magnetventils fließenden Stroms ansteigt, die Stromsteuerschaltunfe 50 den Steuervorgang in der Weise aufnimmt, daß der über den Eingangsanschluß P\ der Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 fließende Konstantstrom und damit der dem Leistungstraiisistor 24 zugeführte Basisstrom verringert werden, wodurch der Kollektorstrom des Leistungstransistors 24 und dadurch die Spannung an ecm iitrc™rricii¥y!<Se"4snd «* verringert wird. Sei diesem Ausführungsbeispiel ist der Widcrslandswcrt des Strommeßwiderstands 26 zu 0,1 Ohm gewählt.
Hierbei sind die Konstantspannungsstcuerung und die Konstantsiromsteuerung derart ausgelegt, daß über die Widerstände 40 und 70 an der Basis des Leistungstransistors 24 einer ODER-Steuerung erfolgt. Das heißt, wenn der über die Spannungssteucrschaltung 30 fließende Strom größer als der über die Stromsteuerschaltung 50 fließende Strom wird, wird der Leistungstransistor 24 mittels der Spannungssteuerschaltung 30 gesteuert, so daß Konstantspunnungssteuerung vorliegt, während, wenn der über die Spannungssteuerschaltung 30 fließende Strom kleiner als der über die Stromsteuerschaltung 30 fließende Strom ist. Konstantstromsteuerung erfolgt. Bei Konstantspannungssteucrung wird die Kollektorspannung des Leistungstransistors 24 zu 10 V. Das heißt, wenn das bei (To) in F i g. 6 gezeigte Zeitsteuerungssignal To den Wert »1« aufweist, wird die Spannungsslcuerschaltung 30 in Betrieb gesetzt, wogegen bei einem Zeitsteuerungssignal Todes Wertes »0« der über den Ausgang der Spannungssteuerschaltung 30 fließende Strom gesperrt und damit deren Betrieb eingestellt wird. Andererseits wird die Stromsieuersctialtung 50 mittels der Spannungsstoß-Steuerschaltung 80dann in Betrieb gesetzt, wenn das Impulssignal r den Wert »1« aufweist, während sie außer Betrieb gesetzt wird, wenn das Irnpulssignal r den Wert »0« hat. Wird der Betrieb der Spule 22 des Magnetventils im Hinblick auf die Gcsarmschaltung betrachtet, so erfolgt in Abhängigkeit von dem Anliegen des !mpulssignals r zuerst die Konstantspannungsstcuerung und danach die Konstantstromsteucrung. Aufgrund dieses Arbeitsverfahrens erfolgt gemäß der Durstellung bei (C) in F i g. 6 während der Anfangspcriodc die Kopstantspannungssteuerung des Magnetventils, bei der eine hohe Spannung angelegt wird und dadurch das Auslösen der Bewegung des Magnetventils aus seiner Schließstellung in die uffnungsstcllung erleichtert wird, während sodann die Konstantstromsteuerung erfolgt, bei der das Magnetventil mittels eines verhältnismäßig geringen Stroms offengehalten wird und Einwirkungen aufgrund
ίο von Veränderungen der Speisespannung verhindert werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Betriebsweise fällt beim Übergang von der Konstantspannungssteuerung auf die Konstantstromsteuerung der über die Spule 22 des Magnetventils fließende Strom von einem hohen auf einen niedrigen Wert ab, so daß gemäß der gestrichelten Linie bei (C) in F i g. 6 ein negativer Spannungsstoß von ungefähr 50 V am positiven Anschluß der Spule 22 des Magnetventils auftritt. In diesem Fall ist jedoch der PNP-Transislor 811 der Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 durchgeschaltet, was zur Folge hat, daß die Spannung am Strommeßwiderstand 26 um so mehr gesteigert wird, je größer der negative Spannungsstoß ist. Demzufolge bewirkt die Stromsteuerschaitung 50 eine Unterdrückung des Basisstroms des Leistungstransistors 24 und dadurch eine Verringerung des Kollektorstromcs. In diesem Fall kann die Basisspannung des Ausgangstransistors 60 der Stromsteuerschaitung 50 höchstens auf die Massespannung von 0 V vermindert
jo werden. Da jedoch die Spannung am positiven Anschluß der Spule 22 des Magnetventils negativ ist, fließt selbst bei einer Ausgangsspannung der Stromsteuerschaitung 50 von 0 V über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 60 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Transits stors 811 in der Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 ein Strom, was zur Folge hai, düß der Strom über die Basis des Leistungstransistors 24, den Widerstand 70 und die Stromsteucrschaltung 50 fließt und folglich der Kolleklorstrom des Leistungstransistors 24 erhöht wird, wo-
Ao durch gemäß der Darstellung bei (C) in F i g. 6 der negative Spannungsstoß aufgehoben wird. Auf diese Weise wird während des Übergangs von der Konstantspannungssleuerung auf die Konstantstromsteuerung das Auftreten eines negativen Spannungsstoßes am positivcn Anschluß der Spule 22 des Magnetventils verhindert, wodurch die Gefahr beseitigt wird, daß das geöffnete Magnetventil wieder geschlossen wird.
Wenn dagegen das Impulssignal r von dem Wert »1« auf den Wert »0« übergeht, wird der Transistor 815
so gesperrt und damit der PN P-Transistor 811 gesperrt, wodurch die Konstantstromsteuerung beendet wird. Natürlich wird auch in diesem Fall an dem positiven Anschluß der Spule 22 des Magnetventils ein negativer Spannungsstoß erzeugt. Wenn jedoch das Auftreten dieses Spannungsstoßes in der vorstehend beschriebenen Weise verhindert wird, ergibt sich ein Nachteil dahingehend, daß die tatsächliche Schließzeit des Magnetventils um mehr als das Doppelte gegenüber derjenigen verzögen wird, die auftritt, wenn dieser Spannungsstoß zugelassen wird. Daher muß gemäß der Darstellung bei (C) in F i g. 6 zu diesem Zeitpunkt der negative Spannungsstoß zugelassen werden, damit das Magnetventil zwangsweise geschlossen wird. Wenn jedoch ein negativer SpannungssioS mit einem übermäßig großen Wen
v> von beispielsweise 200 V zugelassen wird, besteht die Gefahr, daß die zulässigen Grenzspannungen des Leistungstransistors 24 und des Transistors 811 überschritten werden und an diesen Transistoren Durchschläge
bzw. Zerstörungen auftreten. Folglich muß dieser negative Spannungsstoß auf bestimmte Werte geregelt werden. Tatsächliche Messungen haben gc/.cigl. daß die Schließzcit des Magnetventils im wesentlichen konstant gehalten werden kann, wenn ein negativer Spannungsstoß von oberhalb ungefähr 35 V zugelassen wird. Durch die Zerscrdiodc 812, die eine Zcncrspnnnung von 40V hat und gemäß der Darstellung in Fig.4 in der Spannungsstoß-Steucrschaltung 80 angebracht ist, erfolgt daher auch bei gesperrtem PNP-Tran.sislor81l bei einem negativen Spannungsstoß von mehr als 40 V ein Durchschalten des Transistors 811. so üaß mehr Strom über den Kollektor des Leistungstransistors 24 fließt und der negative Spannungsstoß in der vorstehend beschriebenen Weise kompensiert wird. Selbstverständlich müssen die zulässigen Grenzspannungen der Basis-Kollektor-Strecke und der Emitter-Kollektor-Strccke des Transistors 811 sowie des Leistungstransistors 24 höher als 40 V sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Spannungsstoß-Steucrschaltung 80 zwischen die Stromsteuerschaltung 50 und den positiven Anschluß der Spule 22 des Magnetventils geschaltet, jedoch kann die Spannungsstoß-Steuerschaltung 80 auch zwischen die Spannungssteuerschaltung 30 und die Spule 22 des Magnetventils geschaltet und anstelle der Spule 22 des Magnetventils an den Kollektor des Leistungstransistors 24 angeschlossen werden.
Wird die Wirkungsweise des Ausführungsbcispicls als ganzes betrachtet, so erfolgt an der Vorrichtung beim Anliegen eines Impulssignals r zuerst für ungefähr 1,8 ms die Konstantspannungssteuerung und danach bis zum Abfallen des Impulssignals rauf »0« die Konstantstromsteuerung, was zur Folge hat, daß selbst bei Veränderung der Spannung der Batterie 20 die Stromzufuhr Zü der Spule 22 des Magnetventils konstant gehalten wird und damit die Dauer des öffnens und Schließens des Magnetventils unverändert bleibt, so daß das Magnetventil für die Dauer des Impulssignals r gleichmäßig öffnet. Wenn angenommen wird, daß r ON das Zeitintervall vom Anlegen eines Impulssignals rbis zum vollständigen öffnen des Magnetventils und r OFF das Zeitintervall vom Übergang des Impulssignals rauf »0« bis zum vollständigen Schließen des Magnetventils bezeichnen, so ist das Zeitintervall r\ bei dem das Magnetventil tatsächlich nach dem Anlegen des Impulssignals r geöffnet bleibt, durch
τ" = r-rON + rOFF = r-(rON-rOFF)
gegeben. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bleiben die Zeitintervalle rON und r OFF trotz irgendwelcher Veränderungen der Spannung der Batterie 20 unverändert, so daß das Zeitintervall t" trotz Veränderungen der Spannung der Batterie 20 konstant bleibt
In F i g. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt Das zweite Ausführungsbeispiel ist mit dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme identisch, daß zu dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau nach F i g. 1 ein Spannungsschaltglied 110 und ein Widerstand 120 hinzugefügt sind. Selbst wenn bei diesem Aufbau die Spannung der Batterie 20 ungewöhnlich absinkt, die die Stromversorgung bildet, wird die Spule 22 des Magnetventils kontinuierlich betrieben. Die Wirkungsweise des Spannungsschaltglieds 110 wird nun anhand des ausführlichen Schaltbilds nach F i g. 8 beschrieben. Gemäß dieser Figur ist der negative Anschluß einer Zenerdiode 111 über einen Anschluß I\ mit dem positiven Anschluß der Halteric 20 verbunden, während der positive Anschluß der /cncrdincle 111 über einen Widerstand 112 mil Masse verbunden isi.
r> Die Zenerspanniitig der Zenerdiodc III betrügt 7 V. Der positiv«: Anschluß der Zenerdiode Hl isl ferner über einen Widerstund 113 mil der Basis eines Transistors 114 verbunden. !3er limitier des Transistors 114 ist mit Masse verbunden, während sein Kollektor an die
ίο Basis eines nachgcschultcien Transistors 115 .ingeschlossen isl. Der Emitter des Transistors 115 isl mit Masse verbunden, wahrend sein Kollektor über den in Fig. 7 gezeigten Widerstand 120 an die Basis des Leistungstransistors 24 angeschlossen ist. Ferner ist die Basis des Transistors 115 über einen Widerstand 116 mit dem Eingang der Zcilgebcrschaltung 90 verbunden.
Durch diesen Schaltungsaufbau ist die Funktionsweise bei dem zweiten Ausführungsbeispiel folgende: Solange die Spannung der Balteric 20 höhei als 7 V bleibt.
sind die Zenerdiode 111 undderTransistor 114durchgcschaltel. so daß der Transistor 115 unabhängig vom Auftreten oder Fehlen eines Eingangs-Impulssignals r gesperrt und damit von der Basis des Leistungstransistors 24 getrennt ist. Folglich wird das Spannungsschaltglied HO nicht in Betrieb gesetzt. Wenn die Spannung der Batterie 20 unter 7 V abfällt, wird der Transistor 114 gesperrt, was zur Folge hat, daß beim Ansteigen des Eingangs-Impulssignals r auf »I« der Transistor 115 durchgcschaltct wird, so daß über die Basis des Lei-
jo stungslransistors 24 und den Widerstand 120 ein Strom zu dem Transistor 115 und damit ein Strom zur Spule 22 des Magnetventils fließt, so daß dieses öffnet, während das Magnetventil geschlossen wird, wenn das Impulssignal r auf »0« abfällt. Dabei wird der Lcistungstransistör 24 voll leitend. Während bei einer Spannung der Batterie 2Ö von weniger als 7 V die Spannungssteuerschaltung 30 und die Stromsteuerschaltung 50 nicht in Normalbetricb gelangen, wird der Leistungstransistor 24 durch das Ausgangssignal des Spannungsschaliglicds 110 in Betrieb gesetzt. Da der Leistungstransistor 24 mittels des Spannungsschaltglicds 110 voll durchgeschaltct wird und ein PNP-Transistor ist, liegt sein Emittcr-Kollcktor-Spannungsabfali in der Größenordnung von 0.5 bis 0,7 V und damit beträchtlich niedriger als der eines NPN-Leistungstransistors mit einem Spannungsabfall in der Größenordnung von 1,5 bis 2,0 V. was im Falle einer abgesunkenen Batteriespannung von großem Vorteil ist
Der Grund für die auf diese Weise vorgenommene
so Verringerung der Minimalbetriebsspannung liegt darin, daß bei Verwendung des Magnetventils als Einspritzventil für das Brennstoffeinspritzsystem eines Kraftfahrzeugs die Fahrzeugbatterie als Stromquelle verwendet wird. Wenn dabei die Batterie mehr oder weniger erschöpft ist, wird während der Anlaßperiode, bei der der Anlassermotor betrieben wird, die Batteriespannung auf ungefähr 5 V verringert Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es selbst mit einer Batteriespannung von 5 V möglich. Brennstoff einzuspritzen und die Maschine mit höherer Wahrscheinlichkeit anzulassen, obgleich die Impulsdauer der Einspritzimpulse nicht genau sein wird. Wenn der Anlassermotor angelassen wird, kann die Impulsdauer der Einspritzimpulse etwas gesteigert werden, um das Anlassen der Maschine zu erleichtern.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Steuerung eines Magnetventils, das durch Erregung seiner über die Emiltcr-Kollektor-Strcckc eines Leisiungstransistors mit einer Gleichstromquelle in Reihe geschalteten Magnetspule bctäligbar ist. wobei die Erregung der Magnetspule nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit unter Verwendung einer Spannungssicuerschaitung und einer Stromsteuerschaltung von einer Konslanispannungssteuerung auf eine Konstantslromstcuerung umschaltbar ist, gekennzeichnet durch eine Zeitgeberschaltung (90), der ein Eingangsimpulssignal mit einer ersten Impulsdauer (f) zugeführt wird, das die Erregungsdauer der Magnetspule (22) für aufeinanderfolgende Steuervorgänge mittels der Spannu-igssteuerschaltung (30) und der Stromstcüerschahisng (50) festlegt, wobei die Konstan·- spannungssteuerung mittels der Spannungssteuerschaltung (30) während einer vorbestimmten konstanten zweiten Zeitdauer (To) erfolgt, deren Beginn mit dem Beginn der ersten Impulsdauer (r) des Eingangsimpulssignals synchronisiert und die kürzer als diese ist, und sodann die Konstantstromstcucrung mittels der Stromsteuerschaltung (50) während der restlichen Dauer des Eingangsimpulssignals durchgeführt wird,
eine mit de Magnetspule (22) verbundene Spannungsstoß-Steucrschaltung (80), die in Abhängigkeit von einem vcn der Magnetspure (22) beim Übergang von der Konsianispannun^sstcucrung auf die Konstantstromsteuerung hervorgei ufencn Spannungsstoß im Zusammenwirken mit der Stromsteuerschaltung (50) den vom Leistungstransistor (24) zur Magnetspule fließenden Strom steigert,
und ein Spannungsschaltglied (110), das auf die Spannung der Gleichstromquelle (20) und das Eingangsimpulssignal anspricht und den Leistungstransistor (24) während der Impulsdauer (r) des Eingangsimpulssignals unabhängig von der Steuerung durch die Spannungssteucrschaltung (30) und die Stromsteuerschaltung (50) durchschaltet, wenn die Spannung an der Gleichstromquelle (20) unter einen vorbestimmten Spannungswert abgefallen ist (Fig. 7).
2. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssteuerschaltung (30) einen ersten Differenzverstärker (314) aufweist, dem eine erste konstante Bezugsspannung CVi) und eine am Verbindungspunkt zwischen dem Leislungstransistor (24) und der Magnetspule (22) abgegriffene Spannung (C) zur Bildung einer Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Differenz dieser Spannungen zugeführt werden, und daß ein erster Transistor (322) vorgesehen ist, der zwischen den ersten Differenzverstärker (314) und die Basis des Leistungstransistors (24) geschaltet ist und den Basisstrom des Leistungstransistors (24) über seine Kollcktor-Emitter-Strecke in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des ersten Differenzverstärkers (314) steuert (Fig. 2).
3. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstcuerschaluing (50) aufweist:
einen Widerstand (26). der zur Erzeugung einer dem über die Magnetspule (22) fließenden Strom proportionalen Spannung mil der Magnetspule (22) und der
Emitier-Kollckior-Slrecke des I.eisiungstransistors (24) in Reihe geschaltet ist,
einen /.weiten Differenzverstärker (563). dem die am Widerstand (26) abfallende Spannung und eine zweite konstante Ue/.ugsspaniiung (V,) zur Bildung einer Aii.sgangsspnnming in Abhängigkeit von der Differenz dieser Spannungen zugeführt werden,
und einen zwischen den zweiten Differenzverstärker (363) und die Basis des l.eistiingstrcinsislors (24) geschalteten zweiten Transistor (60). der den Basisstrom des Leistungslransislors (24) über seine KoI-lektor-Emitlcr-Strccke in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des zweiten Differenzverstärkers (563)steuert (I-ig. 1.3; Fig. 3.7).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstoß-Stcuerschaltung (80) einen dritten Transistor (811) aufweist, der während der ersten Impulsdauer(r)des Eingangsimpulssignals durchschaltet und über seine Emitter-Kollektor-Strecke den durch die Emitter-Kollektor-Strekke des zweiten Transistors (60) fließenden Strom der Magnetspule (22) zuführt, und daß eine der Emitter-Kollcktor-Strecke des dritten Transistors (811) parallelgeschaltcte Zcnerdiode (812) vorgesehen ist. die leitend wird, wecn ein bei der Abcrrcgung der Magnetspule (22) durch diese erzeugter Spannungsstoß ihre Durchbruchsspannung übersteigt (F i g. 4).
5. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Zcitgcbcrschaltung (90) synchron mit dem Eingangsimpulssignal ein Ausgangsimputssignal mit einer der konstanten zweiten Zeitdauer (To)gleichen Impulsdauer erzeugt, das der Basis des ersten Transistors (322) zu dessen Ansteuerung während der zweiten Zeitdauer (To) zugeführt wird (F ig-2).
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