DE3110685A1 - "einrichtung zum erzeugen bestimmter elektrischer spannungswerte fuer in verbindung mit einer brennkraftmaschine vorhandene verbraucher" - Google Patents
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Description
R. 6869
U.3.1981 Mü/Kn
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte für in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine vorhandene Verbraucher
Stand der Technik
Schon immer wurde der Spannungsversorgung für Verbraucher
bei der elektronischen Brennkraftmaschinensteuerung erhöhte
Aufmerksamkeit geschenkt. Dies deshalb, weil in der Regel die zur Verfugung stehende elektrische Spannung in einem
Kraftfahrzeug je nach Betriebszustand stark schwankt,
wobei primär der Anlaßvorgang aus tiefen Temperaturen wesentlich ist. Speziell durch den Anlaßvorgang fällt die
Bordspannung auf niedrige Werte und die Fahrzeughersteller verlangen deshalb eine Auslegung der einzelnen Systeme auf
diese Werte im Bereich bis zu etwa 5 oder 6 Volt bei einer normalen Spannungsversorgung von 12 Volt. Die Folge davon
ist, daß bei herkömmlichen Systemen während des Betriebs die Versorgungspannung für die einzelnen Verbraucher künstlich
gesenkt werden muß, was aus der Sicht der Leitungsbilanz ungünstig ist. Darüber hinaus sind bei niedriger Betriebsspannung
für die einzelnen Verbraucher relativ hohe Ströme notwendig, um eine bestimmte Leistung zu erzielen und dies
erfordert wiederum hohe Leitungsquerschnitte. Beispielhaft
seien hier Stellwerke für die elektronische Dieseleinspritzregelung
aufgeführt.
•Ü 8 6 Q
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Differenz zwischen normaler Betriebsspannung und Mindestspannung
des Verbrauchers sehr klein gehalten werden kann und aufgrund der möglichen höheren Spannungsverte die Auslegung
der einzelnen Verbraucher kostengünstiger ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Ihre Vorteile ergeben sich nachfolgend aus der Beschreibung
der einzelnen Ausführungsbeispiele.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 die prinzipielle Anordnung
der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte für in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine
verhandene Verbraucher, die Figuren 2 bis h Alternativlösungen
bezüglich der Signalabnahme, Fig. 5 ein ausführliches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung
und schließlich Fig. 6 ein detailliertes Schaltbild des Gegenstandes von Fig. 5.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt in grober Übersicht die Bord-Elektrik eines Kraftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum
Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte. Mit 10 ist dabei die Fahrzeugbatterie bezeichnet, mit 11 der Zündschalter.
Ausgangsseitig des Zündschalters 11 sind drei Leitungen 12, 13 und lh dargestellt, die mittelbar zu einer
symbolisch, dargestellten einzigen Lampe 15» zu einem
Anlasser 16 und unmittelbar zur betreffenden Einrichtung 17 zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungs-werte
führen. Am Ausgang der Einrichtung 17 liegt schließlich noch ein Verbraucher 18, an dem eine stabilisierte
Spannung zur Verfugung steht. Erkennbar ist aus der Prinzipdarstellung nach Fig. 1, daß ein Teil der elektrischen
Verbraucher eines Kraftfahrzeuges unmittelbar
mit der Batterie 10 koppelbar ist, während spezielle Verbraucher über die Einrichtung 17 mit einem konstanten
Spannungspegel versorgt werden. Die Einrichtung 17 zum Erzeugen eines bestimmten Spannungswertes umfaßt eine
Spannungserhöhungsschaltung bestehend aus einer Spule 20
und einer Diode 21 in der Plusleitung 22 und einem Schalter 23 von der Verbindungstelle -von Spule 20 und Diode 21 zu
einer Minusleitung 2.h. Angesteuert wird der Schalter 23
von Ausgangssignalen eines Reglers 25, der wiederum ein Eingangssignal vom Ausgangsanschluß 26 der Einrichtung 17
erhält. Von diesem Ausgangsanschluß 26 liegt schließlich noch ein der Energiespeicherung dienender Kondensator 27
gegen Masse.
. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Ansprechschwelle
des Reglers 25 mehr oder weniger dicht unterhalb der normalen Batteriespannung liegt, so daß die Spannungserhöhungsschaltung
mit den Elementen 20, 21 und 23 nur zu den relativ seltenen Zeiten erhöhten Leistungsbedarfes der Brennkraftmaschine
- z.B. beim Startfall - in Aktion treten.
Unterschreitet beim Gegenstand von Fig. 1 die Spannung über dem Kondensator 27 einen bestimmten Wert, dann schaltet
der Regler 25 ein und taktet den Schalter 23. Dies wiederum bewirkt in der Spule 20 Selbstinduktionspitzen, deren
positive Anteile über die Diode 21 zum Speicherkondensator 27 gelangen. Je nach Häufigkeit der Betätigung des Schalters
23 läßt sich auf diese Weise das Spannungspotential am Ausgang 26 der Einrichtung "Hochpumpen". Das Ausmaß dieses
Hochpumpens ist schließlich abhängig von der Differenz
der gewünschten Ausgangsspannung gegenüber der zur Verfügung
stehenden Batteriespannung. In jedem Fall wird dadurch sichergestellt, daß am Verbrauch 18 ein bestimmter
Spannungswert auch bei niedrigen Batteriespannungswerten nicht unterschritten wird.
Wesentliche Gesichtspunkte bei dem in Fig. 1 prinzipiell
dargestellten Gegenstand der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte sind die Wahl der
Ein- und Ausschaltpunkte für den Regler 25.
Die Figuren 2, 3 und h zeigen verschiedene Möglichkeiten
von Abnahmestellen für das Ein/Ausschalt-Signal für den
Regler 25· Auch dies sind wiederum nur prinzipielle Darstellungen,
deren Realisierung als solche jedoch für den Fachmann keine Probleme mit sich bringt. Beim Gegenstand
von Fig. 2 ist ein Schwellwertschalter 30 für die Abfrage der Spannung der Batterie 10 vorgesehen.. Unterschreitet
diese Batteriespannung einen bestimmten Wert, dann wird der Regler 25 aktiviert und beaufschlagt den als Schalter
23 wirkenden Transistor 31 derart und solange mit Impulsen, bis über dem Kondensator 27 die gewünschte Spannung wieder
erreicht ist.
Gestrichelt gezeichnet ist in Fig. 2 parallel zur Diode ein Schalter 32, der von einem Relais 33 betätigbar ist.
Zweck des Schalters ist es, während des Normalbetriebs,
d.h. bei genügend hoher Batteriespannung, die Diode 21 kurzzuschließen,.um einen unnötigen Leistungsverlust
zu vermeiden. Das Ansteuersignal für das Relais 33 kann dabei zeitlich zusammenfallen mit dem Ausgangs signal des
Schwellwertschalters 30 für den Regler 25.
Fig. 3 zeigt prinzipiell die gleiche Schaltungsanordnung wie Fig. 2 mit dem einen Unterschied, daß als Eingangsspannung für den Schwellwertschalter 30 die Spannung hinter
der Spule 20 abgegriffen wird. In diesem Fall muß der Schwellwertschalter 30 Zeitglieder mit umfassen, die
die Spannungserhohungen im aktiven Betrieb der Spannungserhöhungschaltung
ausgehend von der Spule 20 ausblenden.
Eine weitere Möglichkeit zeigt Fig. U. Dort wird das
Eingangssignal für den Schwellwertschalter 30 vom Ausgang der Einrichtung zum Erzeugen bestimmter Spannungswerte abgenommen und es entspricht dem jeweiligen Ist-Wert.
Fig. 5 zeigt eine weitere prinzipielle Darstellung der
Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungswerte mit den Grundelementen Spule 20, Diode 21, Transistor
31 als Schalter 23 von Fig. 1 und Kondensator 27. In Reihe zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 31 liegt
hier noch ein Strommeßwiderstand 35. Er dient der Realisierung einer Strombegrenzungsschaltung für den Kollektorstrom
des Transistors 31. Der Basis dieses Transistors 31 ist ein UND-Gatter 36 mit vier Eingängen 37 bis kO vorgeschaltet.
Eingangsgröße für dieses UND-Gatter 36 sind die Ausgangssignale
dreier Vergleicher kl, k2 und H 3 - Während der Vergleicher
kl die Eingangsspannung erfaßt und das prinzipielle Ein-Ausschaltverhalten der Einrichtung bestimmt, dient der
Vergleicher k2 dem Soll-Istwertvergleich der Ausgangs spannung.
Der dritte Vergleicher k3 erfaßt den Spannungsabfall über dem
Widerstand 35 zur Realisierung der Strombegrenzung für den Transistor 31. An den vierten Eingang (38) des UND-Gatters
36 wird schließlich ein Signal aus einer gegebenenfalls
steuerbaren Wechselsspannungsq.uelle k5 angelegt. Ihre Frequenz
kann über einen Eingang k6 veränderbar sein, wobei als Einflußgröße auch das Ausgangssignal der Strombegrenzungseinrichtung
(Vergleichet 3) zum Tragen kommen kann.
Die Schaltschwellen vor allem der Vergleicher kl und k2 sind
auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen und können eine mehr oder weniger große Hyterese aufweisen.
Ein ausführliches Beispiel für den Gegenstand von Fig. 5
zeigt Fig. 6, wobei ebenfalls gleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszahlen versehen sind. Die einzelnen Vergleicher U1, 1*2 und k3 sind "beim Gegenstand von Fig. 6
in bekannter Form aufgebaut. Die Wechselspannungsquelle lj-5 ist mittels eines RC-Generators bekannter Bauart realisiert.
Im Gegensatz zur Darstellung von Fig. 5 findet sich bei Fig. 6 nicht das UID-Gatter 36 in unmittelbarer Form.
Es ist vielmehr aufgespalten, wobei die Ausgangs signale des Vergleichers U3 und des Oszillators U5 auf den Schnell
wert des Vergleichers ^t-1 einwirken, während beide Ausgänge
der Vergleicher U1 und h2 auf einen gemeinsamen Eingangsanschluß des Transistors 31 geführt sind. Einzelheiten des
obenbeschriebenen Schaltungsaufbaus des in der Zeichnung
in Fig. β näher dargestellten Gegenstandes sind dem Fachmann seit langem geläufig und es erübrigt sich daher ein
weiteres Eingehen.
Zusammengefaßt weisen die obenbeschriebenen Einrichtungen
zum Erzeugen bestimmter Spannungswerte folgende Vorteile auf:
- Die Ausgangs spannung der Einrichtung kann auf ein gewünschtes
Niveau angehoben werden. Dadurch Schutz nachfolgender Verbraucher gegen Spannungseinbrüche.
- Auslegung der Verbraucher auf höhere Spannung, kleineren Strom.
- Die erforderliche Eingangsspannung, bei deren Unterschreitung
die Regelung einsetzen soll, kann genau eingestellt werden.
- Von einander unabhängiges Einstellen der Regelgrößen möglich und dadurch optimaler Wirkungsgrad des Schaltreglers
erreichbar.
- Kurζ zeitbetrieb bei entsprechender Auslegung.
- Geringe Verlustleistung der Einrichtung durch mögliches Kurzschließen von Diode 21 und/oder Spule 20 im nicht
aktiven Betrieb.
r-λθ
- Der Spitzenstrom durch den Transistor 31 kann auf einen zulässigen Wert begrenzt -werden.
Je nach Frequenz des Oszillators ^5, der das Schaltsignal
für den Transistor 31 liefert, kann die Spule 20 als gesondertes Bauelement dann entfallen, Trenn eine entsprechend
hohe Frequenz gewählt wird und die Leitungsinduktivität dann bereits für die erforderliche Selbstinduktion ausreicht.
Claims (8)
- R. Ob υ 9k.3.1981 Mü/KnROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1Ansprüche/1 . !Einrichtung zum Erzeugen bestimmter elektrischer Spannungs-werte für in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine vorhandene Verbraucher, die auf Mindestspannungen ausgelegt sind und mit einer Spannungserhöhungschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhungschaltung (20, 21, 23) im Bereich der Mindestspannung einschaltbar ist.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhungschaltung aus einer Reihenschaltung "von Induktivität (20) und Diode (21) in einer Spannungsversorgungsleitung (22) für den Verbaucher besteht und zwischen Induktivität (20) und Diode (21) ein Schalter (23) gegen die zweite Versorgungsleitung (2U) geschaltet ist.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagbar ist.
- k. Einrichtung nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhungschaltung bei einer Eingangs spannung unterhalb eines bestimmten Wertes einschaltbar ist und eine Ausgangsspannungsregelung auf einen bestimmten Sollwert erfolgt.
- 5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schalter 23, 31 eine Strombegrenzungseinrichtung (in Verbindung mit dem Vergleicher U3) zugeordnet ist.
- 6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schalter 23, 31 ein .UND-Gatter 36 vorgeschaltet ist, das eingangsseitig mit einer Wechselspannungsquelle ^5 und wenigstens einem Vergleicher die Eingangsspannung Ui, die Ausgangs spannung ^2 und dem Strom durch den Schalter 23, 31 "verbunden ist.
- T. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Induktivität (Spule 20) die Leitungsinduktivität der Zuleitung ausgenützt wird.
- 8. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß während des nicht aktiven Betriebs der Einrichtung die Diode 21 und/oder die Spule 20 überbrückbar ist.
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