DE2835228A1

DE2835228A1 - Einrichtung zur ansteuerung von elektromagnetischen verbrauchern, insbesondere von elektromagnetischen einspritzventilen bei brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2835228A1
Application number: DE19782835228
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Harsch; Peter Dipl Ing Schuelzke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-08-11
Filing date: 1978-08-11
Publication date: 1980-02-28
Also published as: US4350132A; JPS6244092B2; GB2028048B; FR2433108A1; GB2028048A; JPS5525592A; FR2433108B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Ansteuern von elektromagnetischen Verbrauchern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt sind Einrichtungen, bei denen zu Beginn eines Betätigungsimpulses ein hoher.Stromfluß durch die Magnetwicklung geschickt wird, um ein rasches Anziehen des Magnetankers zu gewährleisten. Da dabei jeweils vom Stromfluß Null ausgegangen wird, sind unter Umständen sehr hohe Ströme zu schalten, was einen erheblichen Bauteilaufwand mit sich bringt. In vielen Fällen steht jedoch auch keine ausreichende Energiequelle zur Verfügung, die die gewünschten hohen Stromflüsse mit dem geforderten steilen Stromanstieg liefern kann. Steht.diese Stromquelle nämlich nicht zur Verfügung, .dann ergibt sich kein genügend schneller Stromanstieg und damit auch kein zufriedenstellend schnelles Anziehen des Magnetankers, wodurch wiederum z.Bv . der Spritzbeginn bei elektromagnetischen Einspritzventilen verzögert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, den elektromagnetischen Verbraucher vorzumagnetisieren, um zu Beginn eines Betätigungsimpulses mit einer verhältnismäßig geringen Zusatzenergie den gewünschten Effekt zu erzielen. ■

Für den gewünschten linearen Zusammenhang zwischen der Zeitdauer des Betätigungsimpulses und z.B. der Öffnungszeit eines Einspritzventils ist neben einem sicheren und zeitexakten Öffnen des Einspritzventils auch ein entsprechendes Schließen wünschenswert. Die physikalisch gegebene Abfallverzögerung muß somit sehr klein gehalten werden. Bei schnell aufeinanderfolgendem Betätigungsimpulsen ergibt sich nun das Problem, daß die Offenzeit aufgrund der Abfallverzögerung zu Beginn der nächsten Vormagnetisierungsphase noch nicht ganz abgeschlossen ist. Dies würde im Grenzfall bei ge·' ■takt et er- Ansteuerung einen sogenannten hydraulischen Dauerstrichbetrieb bedeuten, den es zu verhindern gilt. Aufgabe

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der Erfindung ist es deshalb weiterhin, Maßnahmen vorzuschlagen, die sowohl einen sicheren und zeitexakten Öffnungsbeginn als auch ein entsprechendes öffnungsende gewährleisten und dies bei möglichst hoher Wiederholrate der Betätigungsimpulse.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil einer sehr guten Identität zwischen Betätigungsimpuls und Verhalten des Verbrauchers. Als weiterer Vorteil ist eine nur geringe Stromerhöhung für das Anziehen des Ankers des elektromagnetischen Verbrauchers erforderlich, so daß die entsprechenden Schaltelemente auf eine niedrige Leistung dimensioniert werden können.

Die in der Dauer betriebskenngrößenabhängige Vormagnetisierung gewährleistet auch bei einer hohen Impulsfolgefrequenz ein sicheres Abfallen des Ankers und damit z.B. ein sicheres Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine,

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. So hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn bei Anwendung der Einrichtung im Zusammenhang mit elektromagnetischen Einspritzventilen bei Brennkraftmaschinen die betriebskenngrößenabhängige Vormagnetisierung abhängig von z.B. Drehzahl, Last und/oder Temperatur ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung

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dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein grobes Blockschaltbild der Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Schaltsystems, Figur 2 den Zusammenhang zwischen der Dauer des Betätigungsimpulses bei einem elektromagnetischen Einspritzventil und der eingespritzten Kraftstoffmenge mit und ohne Vormagnetisierung, Figur 3 zeigt den schematischen Ventilstromverlauf bei dominieren der Abfallzeit des Ventilstroms, um ein sicheres Abfallen zu erhalten, Figur 4 einen schematischen Ventilstromverlauf beim dominieren der Vormagnetisierungszeit um jeweils ein optimales Anziehen des Einspritzventils zu erreichen. Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung-und Figur 6 ein zum Gegenstand von Figur 5 gehörendes Impulsdiagramm.

Beschreibung der Erfindung

In Figur 1 ist grob schematisch die Einrichtung zur Ansteuer rung von elektromagnetischen Einspritzventilen bei Brennkraftmaschinen dargestellt. Mit 10 ist eine Impulserzeugerstufe bezeichnet, die ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen" der Brennkraftmaschine in bekannter Weise einen Einspritzimpuls der Länge ti liefert. Der Ausgang 11 dieser Impulserzeugerstufe 10 ist mit einem Eingang 12 einer Schaltelektronik 13 gekoppelt, an deren Ausgang lU wiederum das elektromagnetische Einspritzventil 15 angeschlossen ist. Eine Magnetisierungszeit Steuerschaltungsanordnung 16 erhält einmal über einen Eingang 17 die Einspritzimpulse von der Impulserzeugerstufe 10 zugeführt und ferner über einen Eingang 18 ein_Periodendauersignal bezüglich der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dieser Eingang 18 soll die betriebskenngrößenabhängige Vormagnetisierung des Magnetventils an·** deuten, wobei jedoch bei der Schaltungsanordnung von Figur auf diesen separaten Eingang verzichtet werden kann. Ausgangsseitig ist diese'Steuerschaltungsanordnung 16 für die

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Vormagnetisierungszeit mit einem weiteren Eingang 19 der Schaltelektronik 13 gekoppelt.

In Figur 2 ist die von einem elektromagnetischen Einspritzventil abgespritzte Kraftstoffmenge über der Zeitdauer des Einspritzimpulses ti aufgetragen. Die mit I gekennzeichnete Kurve zeigt die Kraftstoffmenge ohne Vormagnetisierung des Einspritzventils und die mit II bezeichnete Kurve in entsprechender Weise die eingespritzte Menge mit zeitlich konstanter Vormagnetisierung. Beide Kurven zeichnen sich durch je einen nichtlinearen Anfangsteil, einen geraden Abschnitt sowie einen nichtlinearen Endabschnitt aus. Dabei spaltet sich der Endabschnitt der Kurve II (mit Vormagnetisierung) je nach Priorität von konstanter Vormagnetisierungszeit oder konstanter Ausschaltzeit auf. Erkennbar ist die unterschiedliche Einspritzmenge bei gleicher Dauer des Einspritzimpulses ti, wobei die eingespritzte Menge bei einer Ansteuerung des Einspritzventiles mit Vormagnetisierung größer ist als ohne Vormagnetisierung. Dies deshalb, weil wegen der Vormagnetisierung das Einspritzventil zu Beginn des Einspritzimpulses schneller anzieht und somit auch schneller Kraftstoff einspritzen kann, während das Ende der Einspritzung bei beiden Varianten gleich ist.

Die im Kennfeld von Figur 2 auf der rechten Seite eingezeichnete senkrechte gestrichelte Linie markiert Dauerstrichbetrieb, d.h. eine Einspritzzeit, die der Periodendauer des Einspritzsignales entspricht.

Die Kurve nach II gibt das Mengenverhalten über der Einspritzzeit bei konstanter Vormagnetisierungszeit Tl an (siehe Figur 3 und 4). Gegenüber der Kennlinie I ist die Kurve II nur parallelverschoben.

Die Kurve IIIzeigt die Verhältnisse bei konstanter Aus-

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schaltzeit Τ2. Bei großen ti-Werten verkürzt sich die.wirksame Vormagnetisierungszeit, da der nächste Einspritzimpuls vor Ablauf der (wünschenswerten) Vormagnetisierung erscheint. Die Kurve Illgeht somit mit steigendem ti in Kurve I (ohne'Vormagnetisierung) über.

Den längsten linearen Abschnitt in den Bereich großer ti-' Werte hinein besitzt die Kurve IV, zu deren Realisierung

die Ausschaltzeit und/oder die Zeit der Vormagnetisierung gesteuert wird.

Figur 3 zeigt den schematischen Stromverlauf durch das Magnetventil bei dominieren der Abfallzeit des Ventils, d.h. der Impulspause und damit auch der Spritzpause. Dabei zeigen die einzelnen Diagramme a bis c von Figur 3 die Stromverläufe bei unterschiedlicher Frequenz der Einspritzimpulse der Dauer ti. Zur Verdeutlichung ist der jeweilige Einspritzimpulsbeginn etwa in der Mitte der Diagramme übereinander gezeichnet und die Impulsabfälle der am linken Rand angedeuteten Impulse markieren das jeweilige Spritzzeitende. Bei konstanter Impulspause zwischen Ende des Eirispritzimpulses und Beginn der Vormagnetisierung ergibt sich mit zunehmender Drehzahl ein immer kleiner werdendes Zeitintervall dieser Magnetisierung. Beim Diagramm von Figur 3a ist die Vormagnetisierung voll wirksam, beim Diagramm nach.Figur 3b kann sich diese Vormagnetisierung nur noch teilweise auswirken und entsprechend entfällt sie ganz beim Diagramm nach Figur 3c. Dieses Bild (Figur 3c) entspricht im Prinzip den Strcmverläufen einer Ventilansteuerung nach dem Stande der Technik. ■

Figur 4 zeigt schematisch den Stromverlauf durch das Magnetventil bei konstanter Vormagnetisierungszeit Tl. Die Impuls« abfalle links im Bild von Figur k kennzeichnen wieder das Ende eines Einspritzimpulses. Mit tab ist die Abfallzeit des

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Magnetventils bezeichnet. Erkennbar ist, daß beim Diagramm nach Figur 4a der Ventilabfall ungestört ist, beim Diagramm nach Figur 4b gerade noch keine Beeinträchtigung des Ventilabfalls auftritt, hingegen beim Diagramm nach Figur 4c der Ventilabfall gestört ist, so daß hier die Gefahr eines hydraulischen Dauerstrichbetriebes vorliegt. Figur 4c verdeutlicht die Notwendigkeit einer betriebskenngroßenabhängigen Vormagnetisierung der Magnetventilwicklung. Dies vor allem dann, wenn die Periodendauer der Einspritzimpulse die Größenordnung der Einspritzimpulse annehmen. Möglich ist dies vor allem dann, wenn die gesamte einer Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge über ein einzelnes Ventil eingespritzt werden soll.

Figur 5 zeigt im Blockschaltbild eine Realisierungsmöglichkeit der Kurvenverläufe nach Figur 3, d.h. eine betriebskenngrößenabhängige Steuerung der Vormagnetisierungszeit bei einem Einspritzventil. Der Ausgang der Impulserzeugerstufe 10 ist mit dem Triggereingang einer ersten monostabilen Kippstufe 20 gekoppelt, ferner über je einen Inverter 21 und 22 mit zwei weiteren monostabilen Kippstufen 23 und

24 sowie mit einem ersten Eingang eines NOR-Gatters 25 und der Basis eines in Reihe zum Magnetventil 15 liegenden Schalttransistors 26. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors 26 liegt sowohl eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 28 und .einem Kondensator 29, als auch eine Reihenschaltung aus Widerstand 30 und Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 32. Das dieser Parallelanordnung abgewandte Ende des Magnetventils 15 steht über einen Widerstand 33 mit einer Plusleitung 34 einer Spannungsversorgungsanlage in Verbindung.

Der Ausgang des NOR-Gatters 25 ist mit der Basis des Transistors 23 gekoppelt. Der zweite Eingang dieses NOR-Gatters

25 steht mit dem Ausgang der monostabilen Kippstufe 24 in Verbindung.

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Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 23 ist zur Basis eines Transistors 36 geführt, dessen Emitter an Masse angeschlossen ist und zu dessen Emitter-Kollektor-Strecke ein Kondensator 37 und eine Zenerdiode 38 parallelgeschaltet sind. Mit der Plusleitung 34 steht der Kollektor des Transistors 36 und damit auch Kondensator 37 und Zenerdiode 38 über einen Widerstand 39 in Verbindung. Die Spannung über dem Kondensator 37 ist mittels eines Schalters 40 auf den Eingang einer Koppelstufe 4l übertragbar. Sein Schaltsignal erhält der Schalter 40 dabei über einen Steuereingang 42 vom Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe 20. Ausgangsseitig ist die Koppelstufe 4l über eine Diode 45 mit einem Kondensator 46 verbunden, der wiederum mit dem Steuereingang der monostabilen Kippstufe 24 gekoppelt ist.

Erklärt wird die Wirkungsweise des Gegenstands von Figur 5 zweckmäßigerweise anhand der Impulsdiagramme von Figur 6. In Figur 6a ist das Ausgangssignal der Impulserzeugerstufe 10 dargestellt, d.h. 6a zeigt die Einspritzimpulse der Länge ti. Das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 20 zeigt Figur 6b. Entsprechend zeigen die Figuren 6c und d die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufe 23 und 24, wobei ersichtlich wird, daß die monostabile Kippstufe 20 mit der Anstiegsflanke des Einspritzsignales 6a getriggert wird und die beiden anderen monostabilen Kippstufen 23 und 24 mit der Abfallflanke. Der horizontale Doppelpfeil in der Abfallflanke des Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe 24 deutet die Steuerung dieses Signals abhängig von den Spannungen der Kondensatoren 46 bzw. 37 an und damit die Drehzahlabhängigkeit

Figur 6e zeigt den Spannungsverlauf über dem Kondensator 37·· Während der Impulsdauer des Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe 2.3 ist der nachfolgende Transistor 36 durchgeschaltet und somit liegt über dem Kondensator 37 während der Impulsdauer des Signals nach Figur 6c kein Spannungssignal an. Während der Impulspausen des Ausgangssignals der monostabi-

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len Kippstufe 23 jedoch steigt dieses Spannungssignal über dem Kondensator 37 bei konstanter Versorgungsspannung auf der Plusleitung 34 und konstantem Widerstand 39 exponentiell an bis zur nächsten Abfallflanke des Anstiegssignales. Die Steilheit dieses Spannungsanstiegs richtet sich nach der Zeitkonstante aus Widerstand 39 und Kondensator 37.

Figur 6f zeigt das Ansteuersignal des Schalttransistors 26, das identisch ist mit dem Einspritzsignal der Dauer ti nach Figur 6a. In Figur 6g ist das Basispotential des Transistors 32 dargestellt. Aufgrund der logischen Verknüpfung des Einspritzsignales vom Ausgang 11 der Impulserzeugerstufe 10 und des Ausgangssignales der monostabilen Kippstufe 24 ergibt sich nur dann an der Basis des Transistors 32 ein positives Signal, wenn weder ein Einspritzsignal nach Figur 6a, noch das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 24 entsprechend Figur 6d auftritt.

Den Strornfluß durch die Magnetwicklung 15 des Magnetventils zeigt schließlich Figur 6h. Erkennbar ist die Vormagnetisierung mittels eines geringen Stromes vor den Zeitdauern der Einspritzimpulse ti. Der waagrechte Doppelpfeil während der Anstiegsflanke des'Vormagnetisierungsstroms deutet auf eine zeitliche Verschiebung dieser Anstiegsflanke ausgehend vom Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe 24 hin, für deren Signalverhalten wiederum das Signalverhalten der monostabilen Kippstufe 23 sowie das Zeitverhalten von Widerstand 39 und Kondensator 37 maßgeblich sind. Die Abfallflanke des Magnetstromes läßt sich mittels des RC-Gliedes 28, 29 in seiner Funktion bestimmen.

Das zu Beginn des Einspritzimpulses, während der Schaltzeit des Zeitgliedes 20, übertragene drehzahlabhängige Spannungssignal des .Kondensators 37 steuert über das Zeitglied 24 die Sperrzeit für den Transistor 32 am Ende des Einspritzimpulses. Gleichzeitig wird durch das Zeitglied S3 über den

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Transistor 36 der Kondensator 37 schnell entladen, um das drehzahlabhärigige Signal während der ti-Pause bilden zu können.

Die Impulsdiagramme von Figur 3 und Figur 4 sehen eine Zweiteilung des Ventilstromes während der Zeitdauer des Einspritzimpulses derart vor, daß zu Beginn ein erhöhter Anzugsstrom geliefert wird und anschließend ein sogenannter Haltestrom das Magnetventil durchfließt. Diese Abstufung dient dazu, während der Hubphase des Ankers des Magnetventils die erforderliche Energie aufzubringen und anschließend während der weniger Energie benötigenden Haltephase auch entsprechend weniger Strom fließen zu lassen. Beim Gegen-, stand nach Figur 5 ist diese Abstufung nicht vorgesehen, da speziell die Steuerung der Vormagnetisierung Erfindungsgegenstand ist. Eine 'Kombination des Gegenstandes von Figur 5, d.h. der Steuerung der Vormagnetisierung mit einer bekannten Realisierungsmöglichkeit der Stromabstufung entsprechend den Diagrammen von Figur 3 und 4 z.B. einer stromgeregelten Endstufe, stellt für den Fachmann kein Problem dar. .

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Claims

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

(lj Einrichtung zur Ansteuerung von elektromagnetischen Verbrauchern, insbesondere von elektromagnetischen Einspritzventilen bei Brennkraftmaschinen, mit einer Signalquelle für Betätigungsimpulse für den Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Zeitglied (24) für eine vorzugsweise betriebskenngroßenabhangxge Vormagnetisierung des Verbrauchers (15) vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein betriebskenngrößenabhängiger Signalwert gebildet wird, der der Steuerung des Zeitgliedes (24) dient.
3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Vormagnetisierung ausgehend vom Impulsabfall der Betätigungsimpuls steuerbar ist.
4. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung mittels Stromtaktung erfolgt.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung mittels einer Reihenschaltung von Widerstand (30) und Schalter (Transistor 32) gesteuert wird, dem Schalter ein logisches Gatter (NOR-Gatter 25) vorangestellt ist, dessen Eingangsgrößen Betätigungsimpulse vom Impulserzeuger (10) und das Ausgangssignal des Zeitgliedes (24) sind.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebskenngröße die Drehzahl und/oder die Batteriespannung dient.

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