DE2840192A1

DE2840192A1 - Verfahren und einrichtung zum sicheren schalten von insbesondere magnetventilen in brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2840192A1
Application number: DE19782840192
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Dr Maisch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-15
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1980-03-27
Also published as: JPS5540391A

Description

Verfahren und Einrichtung zum sicheren Schalten von
insbesondere Magnetventilen in Brennkraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Öffnen und Schließen von Magnetventilen zur Schubabschaltung bei Vergaseranlagen von Brennkraftmaschinen mit Leerlaufkraftstoff- oder Leerlaufgemischabsperrung.
Es ist bei Vergaseranlagen von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen bekannt, Leerlaufabschaltventile vorzusehen und so aus zusteuern, daß die Kraftstoffzufuhr über die Leerlaufdüse des Vergasers bei Ausschalten der Zündung unterbunden wird und so verhindert werden kannj daß die Brennkraftmaschine unter Umständen weiterläuft, was als sogenanntes Nachdieseln bezeichnet wird.
Andererseits gibt es auch Vergasertypen, bei denen anstelle der Absperrung der Leerlaufkraftstoffzufuhr bei Ausschalten der Zündung das Leerlaufgemisch abgesperrt wird. Ein solches Gemischabsperrventil verfügt über einen relativ großen Absperrquerschnitt, so daß im Betrieb eine erhöhte Anzugskraft erforderlich ist, um das Ventil im Schiebebetrieb gegen die in diesem Fahrzustand hohe Unterdrucksaugkraft öffnen zu lassen.
Dies bedeutet eine entsprechend große Dimensionierung des elektromagnetischen Teils des Ventils, und es ist Aufgabe der Erfindung1 ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, das eine möglichst kleine Dimensionierung des elektrischen Teils des Magnetventils zuläßt.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren nach dem Hauptanspruch hat den Vorteil, daß die für das öffnen des Magnetventils erforderliche Energie sehr klein gehalten werden kann und trotzdem ein sicheres und zeitexaktes Schalten des Magnetventils möglich ist.
Der Gegenstand des Vorrichtungsanspruches gibt eine besonders einfache Realisierungsmöglichkeit des im Hauptanspruch genannten Verfahrens an.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im ersten Sachanspruch angegebenen Einrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn zur Sicherung der Stromschaltelemente für das Magnetventil parallel zu dieses Schaltmitteln Dioden-Widerstands-Kombinationen liegen, weil dann bei einem möglichen Kurzschluß des Magnetventils kein unzulässig hoher Strom durch die Schaltmittel fließt.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Impulsdiagramm der Magnetventil-Spannung sowie des durch die Magnetwicklung fließenden Stromes und Fig. 2 eine Realisierungsmöglichkeit zur Durchführung des Verfahrens zum sicheren Schalten von Magnetventilen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Fig. 1 zeigt das Impulsverhalten des Signals über dem und durch das Magnetventil zur Schubabschaltung bei Vergaseranlagen von Brennkraftmaschinen. Dabei zeigt Fig. la die an der Magnetwicklung anliegende Spannung und Fig. 1b den durch diese Magnetwicklung fließenden Strom. Erkennbar ist aus Fig. la ein Abfall der Spannung bei Beginn des Schubbetriebes (ta) und ein Spannungsanstieg kurze Zeit danach. Am Ende des Schubbetriebes (te) wird die Spannung über dem Magnetventil überhöht, um ein sicheres Anziehen und damit ein sicheres Schalten zu erreichen. Diese Erhöhung ist nur kurzzeitig wirksam im Sinne einer Speicherentladung; die Spannung fällt anschließend wieder ab auf die normale Betriebsspannung UB.
Entsprechend zeigt Fig. Ib den Stromfluß durch die Erregerwicklung des Magnetventils. Die Kurve entspricht im wesentlichen dem Verlauf des Diagramms von Fig. 1, jedoch sind die Flanken aufgrund des physikalischen Zusammenhangs von Strom und Spannung in einer Induktivität verschliffen. Fig. ib macht deutiich, welche Abschaltzeit der Spannung im Anschluß an den Beginn des Schubbetriebes erforderlich ist, um das Magnetventil sicher abfallen zu lassen. Danach muß der Stromfluß durch die Erregerwicklung in jedem Fall so weit abgesenkt werden, daR das Magnetventil schließt. Gewährleistet ist dies in jedem Falle dann, wenn die Zeitdauer des Aussetzens der Spannung solange gewählt wird, daß der Erregerstrom - auch in Verbindung mit einem Freilaufkreis -auf Null absinkt.
Die Höhe des Stromes IUB entspricht dem Haltestrom für das Magnetventil. Dieser Haltestrom reicht jedoch nicht aus, um das Magnetventil im Schiebebetrieb zu öffnen, da dafür eine erhöhte Energiezufuhr erforderlich ist. Der Öffnungsstrom muß deshalb zusätzlich zum Haltestrom aufgebracht werden, was während der Zeit des Anliegens der erhöhten Spannung der Fall ist, in der der Ventilstrom auf Imax ansteigt. Mit zwei waagerecht gestrichelten Linien für den Anzugsstrom und den Abfallstrom (I Anzug und I Abfall) wird dies verdeutlicht. Fig. Ib zeigt somit das Hystereseverhalten im Schaltverhalten des Magnetventils.
Eine Schaltungsanordnung zur Realisierung der in Fig. la und 1b dargestellten Kurvenverläufe zeigt Fig. 2. Dort ist mit 10 das elektrische System eines Magnetventils gezeichnet, dem eine Signalsteuereinrichtung vorangestellt ist, die abhängig vom Auftreten des Schubbetriebes der Brennkraftmaschine arbeitet.
Im einzelnen ergibt sich folgender Aufbau.
An einer Eingangsklemme 11 liegt ein Drehzahlsignal an, das z.B. vom Zündschalter abgenommen sein kann und demzufolge in der Frequenz proportional der Zündhäufigkeit ist. Diesem Eingang ist ein Widerstand 12, eine Diode 13 sowie eine Zenerdiode 14 nachgeschaltet. Es folgt ein Widerstand 15, der eingangsseitig über einen Kondensator 16 und ausgangsseitig über einen Widerstand 17 mit einer Masseleitung 18 gekoppelt ist. Der Verknüpfungspunkt der beiden Widerstände 15 und 17 ist zur Basis eines Transistors 20 geführt, der emitterseitig unmittelbar an Masse liegt und dessen Kollektor über einen Widerstand 21 zu einem Verknüpfungspunkt 22 geführt ist. Dieser Verknüpfungspunkt 22 steht nun über einen Widerstand 23 mit einer Plus leitung 24 in Verbindung; ferner führt eine Parallelschaltung von Kondensator 25 und Diode 26 an Masse, und schließlich folgt eine Reihenschaltung von Diode 27 und Widerstand 28 zur Basis eines Transistors 29. Eingangsseitig ist der Widerstand 28 über einen Kondensator 30 und ausgangsseitig über einen Widerstand 31 mit der Masseleitung 18 verknüpft.
Der Transistor 29 ist emitterseitig über einen Widerstand 33 an Masse gelegt und ferner über eine Reihenschaltung von Widerstand 34 und dreier Dioden 35 bis 37 mit der Plus leitung 24 verbunden. Ein Kondensator 38 liegt der Kollektor-Basis-Strecke dieses Transistors 29 parallel. Der Kollektor des Transistors 29 ist über einen Widerstand 40 und einen vom Unterdruck im Luftansaugrohr betätigbaren Schalter 41 mit Masse verbindbar, darüber hinaus liegt dieser Kollektor über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 42 und 43 an der Plusleitung 24. Ein Transistor 44 ist mit seiner Basis an der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 42 und 43 angeschlossen, er liegt emitterseitig an der Plusleitung 24, während der Kollektor einmal über eine Zenerdiode 45 mit der Verbindungsstelle der beiden Dioden 36 und 37 gekoppelt ist und ferner mit einem Verbindungspunkt 46. Dieser Verbindungspunkt 46 steht über einen Widerstand 47 mit der Basis des Transistors 29, über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 48 und 49 mit Masse und über eine Diode 50 und einen Kondensator 51 mit einer zum Magnetventil 10 führenden Leitung 52 in Verbindung. Die Verbindungsstelle von Diode 50 und Kondensator 51 ist noch über einen Widerstand 53 an Masse gelegt. Außerdem führt von der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 48 und 49 ein Kondensator 54 zu einem Verbindungspunkt 55, der wiederum einen Spannungsteilerpunkt zweier Widerstände 56 und 57 zwischen der Plus leitung 24 und der Masseleitung 18 darstellt und von dem eine Diode 59 zur Verbindungsleitung 52 und eine Diode 60 zur Basis eines emitterseitig an Masse liegenden Transistors 61 geführt ist. Kollektorseitig liegt der Transistor 61 über eine Reihenschaltung zweier Widerstände 62 und 63 an der Plusleitung 24, wobei der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 62 und 63 mit der Basis eines Schalttransistors 64 gekoppelt ist. Der Emitter des Transistors 64 liegt direkt an der Plusleitung 24, während dessen Kollektor über eine Diode 65 mit der Verbindungsleitung 52 in Verbindung steht. Parallel zum Magnetventil 10 liegt eine Freilaufdiode 67. Ferner führt von der Verbindungsleitung 52 ein Widerstand 68 zu einem Verknüpfungspunkt 69, der einmal über eine Diode 70 mit der Basis des Transistors 29 und über einen Widerstand 71 mit der Verbindungsstelle von Diode 35 und Widerstand 34 verbunden ist.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt.
Das Magnetventil 10 sei geöffnet, da seine Erregerwicklung stromdurchflossen ist. Das setzt einen leitenden Transistor 64 sowie einen leitenden Transistor 61 voraus.
Entsprechend muß das Verhältnis der beiden Widerstände 56 und 57 gewählt sein, um den Transistor 61 fortlaufend durchgesteuert zu halten. Bei Beginn des Schubbetriebes wird der Transistor 61 und damit auch der Transistor 64 gesperrt, was eine Spannungsabsenkung am Verbindungspunkt 46 erfordert. Dies wiederum setzt eine Unterbrechung des Stromflusses im Transistor 44 voraus, die dadurch bewerkstelligt wird, daß der Schalter 41 öffnet.
Die Drehzahl des Motors ist dabei als so hoch angenommen, daß der Transistor 29 gesperrt ist. Somit ist bei Beginn des Schubbetriebes, d.h. der Rückkehr der Drosselklappe in die Leerlaufstellung, eine Unterbrechung des Stromflusses durch das Magnetventil 10 gewährleistet.
Der Drehzahlabhängigkeit des zuvor beschriebenen Vorgangs dient die Eingangsschaltung mit den beiden Transistoren 20 und 29 sowie den verschiedenen RC-Gliedern. Das drehzahlabhängige Eingangssignal am Eingang 11 steuert den Transistor 20 im Takt der Zündimpulse leitend. Da die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 20 dem Speicherkondensator 25 parallel geschaltet ist, der fortlaufend über den Widerstand 23 aufgeladen wird, fließt über die Diode 27 nur zeitweise ein Ladestrom auf den Kondensator 30. Die Spannung am Kondensator 30 ist nur unterhalb einer bestimmten Drehzahl so hoch, daß der Transistor 29 leitend wird. Der Transistor 29 sperrt entsprechend bei höheren Drehzahlen. Deshalb ist das Öffnen und Schließen des Schalters 41 nur dann von Belang, wenn die Brennkraftmaschine höhere Drehzahlen aufweist und somit der Transistor 29 gesperrt ist.
Bei Beginn des Schubbetriebes wurde der Schalter 41 geöffnet, der Transistor 44 in seinen Sperrzustand gesteuert und über den Kondensator 54 auch etsprechend die Transistoren 61 und 64 gesperrt. Nach Ablauf der Endladezeit des Kondensators 54 nimmt das Basispotential des Transistors 61 wieder einen so hohen Wert an, daß dieser Transistor durchschaltet, folglich auch der Transistor 64 und infolgedessen wird das Magnetventil 10 wieder an Betriebsspannung gelegt. Diese Spannung reicht nun jedoch nicht aus, das Magnetventil zu öffnen, vielmehr wird es in einer Art "Wartestellung" gehalten, bis entweder die sogenannte Wiedereinsetzdrehzahl unterschritten wird oder jedoch die Drosselklappe öffnet.
Während dieser Wartestellung für das Magnetventil 10 lädt sich der Kondensator 51 annähernd auf Betriebsspannung auf.
Steuert die Bedienungsperson des Fahrzeugs die Drosselklappe auf, dann schließt der Schalter 41 und steuert seinerseits den Transistor 44 leitend. Der Spannungsprung an der Verbindungsstelle 46 wird über die Diode 50 auf den Kondensator 51 übertragen, der seinerseits diesen Sprung auf die Verbindungsleitung 52 weitergibt. Infolgedessen ergibt sich über dem Magnetventil 10 eine kurzzeitige Spannungsüberhöhung entsprechend der Darstellung von Fig. la und entsprechend eine Stromerhöhung in der Erregerwicklung des Magnetventiles.
Den gleichen Effekt wie ein Schließen des Schalters 41 beim Öffnen der Drosselklappe bewirkt auch ein Unterschreiten der Drehzahl unter die sogenannte Wiedereinsetzdrehzahl, bei der der Transistor 29 leitend gesteuert wird.
Die Zeitdauer der Spannungsüberhöhung richtet sich nach dem Zeitverhalten des den Kondensator 51 beinhaltenden Schaltungsteils der Anordnung von Fig. 2, da im Anschluß an eine Spannungsüberhöhung Ausgleichsvorgänge für die Kondensatorladung stattfinden. Die sich im Ruhezustand einstellende Spannung über dem Magnetventil 10 entspricht im wesentlichen der Batteriespannung, und dieses Potential reicht aus, um das einmal geöffnete Magnetventil auch geöffnet zu halten. Eine Änderung des Zustands des Magnetventils 10 tritt erst dann wieder auf, wenn der Schalter 41 wieder geöffnet wird und somit über den Kondensator 54 die Transistoren 61 und 64, wenn auch nur kurzzeitig, gesperrt werden.
Bei einem versehentlichen Kurzschluß des Magnetventil-Anschlusses nach Masse, z.B. bei Arbeiten an der Anlage bei nicht abgeschalteter Zündung, wird der Endstufentransistor 64 dadurch vor Zerstörung bewahrt, daß die Dioden 59 und 70 leitend werden, was ein Sperren der Transistoren 29 und damit 44 sowie 61 und damit 64 zur Folge hat.
Zusammengefaßt gewährleistet die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung ein sicheres Schalten eines Magnetventils zur Schubabschaltung bei Vergaseranlagen zu Beginn und am Ende des Schubbetriebes, wobei durch zusätzliche Maßnahmen ein Schutz des Endstufentransistors im Kurzschlußfalle des Magnetventils sichergestellt ist.

Claims

Ansprüche Verfahren zum sicheren Schalten von insbesondere Magnetventilen zur Schubabschaltung bei Vergaseranlagen von Brennkraftmaschinen mit Leerlaufkraftstoff- oder Leerlaufgemischabsperrung, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Absperrung das Magnetventil für eine einen sicheren Abfall gewährleistende Zeitdauer stromlos gesteuert wird, anschließend ein Stromfluß einsetzt, der das Magnetventil vorzugsweise gerade noch nicht öffnen läßt und zum gewünschten öffnungszeitpunkt eine Überspannung an das Magnetventil angelegt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerwicklung des Magnetventils (10) ein elektrischer Schalter (64) in Reihe liegt, der sein Ansteuersignal aus einem Zeitglied (54, 49, 56, 57) erhält, das insbesondere abhängig vom Druck im Ansaugrohr oder von der Drehzahl triggerbar ist, und drehzahl- und/oder druckabhängig ein Speicher (51) zum öffnen des Magnetventils (10) entladbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerung des Zeitgliedes (49, 54, 57) ausgehend von einer Parallelschaltung von druckabhängigem und drehzahlabhängigem Schalter (29, 41) erfolgt.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicher ein Kondensator (51) in Reihe zu einem Widerstand (53) vorgesehen ist, diese Reihenschaltung parallel zur Erregerwicklung des Magnetventils (10) liegt und zum öffnen des Magnetventils die Verbindungsstelle von Kondensator (51) und Widerstand (53) ein positives Spannungssignal erhält.
5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das einem Grundpotential abgewandte Ende des Magnetventils (10) (Verbindungsleitung 52) über Diode (59) und Diode (60) mit der Basis des Transistors (61) und über eine Dioden-Widerstands-Kombination (68, 70) mit der Basis des Transistors (29) gekoppelt ist.