DE60111802T2

DE60111802T2 - Vorrichtung zur Steuerung von Hubventilaktuatoren mit Stromregelung

Info

Publication number: DE60111802T2
Application number: DE60111802T
Authority: DE
Inventors: Stephane Guerin
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: EP1176287B1; ATE299230T1; FR2812340A1; FR2812340B1; DE60111802D1; ES2240371T3; EP1176287A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von elektromagnetischen Ventilen für einen Verbrennungsmotor und bezieht sich insbesondere auf die Steuerung derartiger Ventile mit Hilfe eines Rechners zur Steuerung der Stellglieder der Ventile.
Ein Rechner zur Steuerung von Ventilen besteht im allgemeinen aus einer elektronischen Leistungsschaltung (600 W für acht Ventile und 1700 W für sechzehn Ventile).
Er wird im allgemeinen direkt durch die Akkumulatorbatterie des Fahrzeugs gespeist, was Probleme der Kompatibilität mit dem Bordnetz von 14 V des Fahrzeugs aufwirft.
Derzeit ist die Anwendung von elektromagnetischen Ventilen in Reihe in einem Fahrzeug systematisch mit der kostspieligen Verwendung eines Wechselstromstarters oder einer Versorgungsspannung von 42 V verbunden.
Wenn der Rechner direkt mit der Akkumulatorbatterie verbunden ist, ist der vom System verbrauchte Strom nämlich vom Impulstyp, so daß die Spannung der Batterie schwankt. Dies kann die anderen elektronischen Geräte, die mit den Anschlußklemmen der Batterie verbunden sind, stören.
Man kennt aus dem Dokument EP-A-1 010 867 auch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aber diese Vorrichtung weist Funktionsstabilitätsprobleme auf.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellglieder von Ventilen eines Verbrennungsmotors zu erzeugen, die kein Problem der Kompatibilität mit dem Bordnetz des Fahrzeugs aufweist.
Sie hat folglich als Gegenstand eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellglieder von Ventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Rechner, der mit einer Einheit zur Steuerung von Ventilen versehen ist und von der Akkumulatorbatterie des Fahrzeugs gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Vorrichtung zur Stabilisierung des Versorgungsstroms des Rechners, der von der Batterie geliefert wird, bezüglich eines Stromsollwerts umfaßt, damit der an die Einheit zur Steuerung der Ventile angelegte Eingangsstrom gleich dem Sollstrom ist.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– umfaßt die Vorrichtung zur Stabilisierung des Stroms eine Leistungskette vom "Boost"-Typ mit einer Induktivität, einer Diode, einem statischen Unterbrecher und einem Kondensator und eine Schleife zur Regelung des an den statischen Unterbrecher der Leistungskette anzulegenden Eingangsstroms in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Leistungskette, vom Strom in der Induktivität und von einem Sollwert, der vom Rechner zur Steuerung der Ventile stammt, wobei die Stromregelungsschleife außerdem eine Begrenzung der Ausgangsspannung der Leistungskette sicherstellt;
– sind die Stromregelungsschleife und die Leistungskette in den Rechner integriert;
– ist die Stromregelungsschleife in den Rechner integriert und ist die Leistungskette vom Rechner getrennt;
– sind die Stromregelungsschleife und die Leistungskette vom Rechner getrennt;
– ist die Induktivität der Leistungskette mit der positiven Anschlußklemme der Batterie verbunden, ist die Kathode der Ausgangsdiode mit der entsprechenden Eingangsanschlußklemme des Rechners verbunden und ist der Kondensator mit den Anschlußklemmen des Rechners verbunden,
– ist die Versorgungsbatterie eine Batterie mit 12 V.

Die Erfindung wird bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen durchgeführt wird, besser verstanden, die nur als Beispiel gegeben werden und in denen gilt:
1 ist ein synoptisches Diagramm einer ersten Schaltungsarchitektur der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
2 ist ein synoptisches Diagramm einer zweiten Schaltungsarchitektur der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
3 ist ein synoptisches Diagramm einer dritten Schaltungsarchitektur der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
4 ist ein Diagramm in Abhängigkeit von der Zeit, das den Verlauf des Versorgungsstroms des Rechners und jenen der Spannung der Batterie bei Abwesenheit einer Stromstabilisierungsvorrichtung zeigt; und
5 ist ein Diagramm in Abhängigkeit von der Zeit, das den Verlauf des Versorgungsstroms des Rechners bei der Anwesenheit eines Filters zwischen der Batterie und dem Rechner zeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die in 1 dargestellte Schaltung einen Rechner 1 zur Steuerung von Ventilen mit einer Leistungskette 2 und einer Einheit 3 zur Steuerung von Ventilen mit acht Ausgängen 3a, beispielsweise wenn es sich um die Steuerung eines Motors mit acht Ventilen handelt.
Die Eingänge der Leistungskette 2 sind mit einer Akkumulatorbatterie 4 verbunden, während ihre Ausgänge mit den Eingängen des Rechners 1 verbunden sind. Die Leistungskette 2 vom "Boost"-Typ umfaßt eine Induktivität 10, die mit einer Diode 11 verbunden ist, die selbst mit einem Kondensator 12 verbunden ist. Zwischen dem Verbindungspunkt der Induktivität 10 und der Diode 11 und der Anschlußklemme des Kondensators 12 entgegengesetzt zur Diode 11 ist ein statischer Unterbrecher 13 wie ein Bipolar- oder MOS-Transistor oder ein IGTB angeschlossen. Die Leistungskette 2 ist in den Rechner 1 integriert, wobei der Verbindungspunkt der Diode 11 und des Kondensators 12 mit einem Eingang der Einheit 3 zur Steuerung von Ventilen verbunden ist, während die andere Anschlußklemme des Kondensators 12 mit dem anderen Eingang der Einheit 3 zur Leistungssteuerung verbunden ist.
Die Steuervorrichtung umfaßt außerdem eine Stromregelungsschleife 15 mit beispielsweise einem Mikroprozessor, von welchem ein erster Eingang mit der Anschlußklemme des Kondensators 12 verbunden ist, an welcher die Ausgangsspannung der Leistungskette 2 erscheint, von welchem ein zweiter Eingang den in der Induktivität 10 der Leistungskette fließenden Strom empfangen soll, und von welchem ein dritter Eingang ein Signal entsprechend einem Sollstrom, der von einer Einheit 1a des Rechners 1 stammt, empfangen soll.
Gemäß dieser ersten Ausführungsform sind die Leistungskette 2 und die Stromregelungsschleife 15 ein Teil des Rechners 1.
Die Ausgangsspannung der Leistungskette wird am Kondensator 12 entnommen, der Strom der Induktivität 10 wird am Ausgang des statischen Unterbrechers 13 gemessen, der im vorliegenden Fall ein MOS-Transistor ist.
Der Ausgang der Regelungsschleife 15 ist mit der Steuerelektrode des statischen Unterbrechers 13 verbunden.
Die in 2 dargestellte Schaltung umfaßt einen Rechner 1 zur Steuerung von Ventilen mit einer Leistungskette 2 und einer Einheit 3 zur Steuerung von Ventilen mit beispielsweise acht Ausgängen 3a.
Der Rechner 1 ist mit der Akkumulatorbatterie 4 über die Leistungskette 2 verbunden, die vom Rechner getrennt ist.
Dagegen ist die Stromregelungsschleife 15 ein Teil des Rechners 1.
In dieser Ausführungsform wird die Messung des Stroms in der Induktivität durch einen Stromtransformator 16 sichergestellt, der den Leiter umgibt, der die Induktivität 10 mit der Diode 11 verbindet und mit der entsprechenden Anschlußklemme der Stromregelungsschleife 15 verbunden ist.
Gemäß der Variante von 3 umfaßt der Rechner 1 zur Steuerung von Ventilen nur die Steuereinheit 3, während die Leistungskette 2 und die Stromregelungsschleife 15 vom Rechner getrennt sind.
Die Ausgangsspannung der Leistungskette 2 wird nicht geregelt, sondern nur auf einen vorbestimmten Maximalwert von beispielsweise 42 Volt begrenzt, und ihr Eingangsstrom wird mit Hilfe des vom Rechner 1 stammenden Sollwerts geregelt. Der Wert dieses Stroms ist gleich dem von der Steuerung von Ventilen verbrauchten mittleren Strom für die Drehzahl des Motors und für die Eingangsbatteriespannung im betrachteten Moment.
Der Kondensator 12 ist ein Kondensator mit hoher Kapazität von beispielsweise 30 mF.
Die Funktion der Vorrichtung, die gerade beschrieben wurde, ist folgende.
Die Stromregelungsschleife 15 empfängt den entweder auf der Höhe der Induktivität, wie in 2 dargestellt, oder auf der Höhe des statischen Unterbrechers 13, wenn er sich im Durchlaßzustand befindet, gemessenen Strom.
Dieser Strom wird mit dem vom Rechner 1 empfangenen Sollwert verglichen und wirkt auf die Steuerung des statischen Unterbrechers 13 ein, damit der an die Einheit 3 zur Steuerung von Ventilen angelegte Eingangsstrom gleich dem Sollstrom ist.
Außerdem empfängt die Stromregelungsschleife 15 an einem ihrer Eingänge den Wert der Ausgangsspannung der Leistungskette, den sie im Fall der Überschreitung eines vorbestimmten Werts, beispielsweise 42 Volt, durch diesen begrenzt.
Bei Abwesenheit der Stromstabilisierungsvorrichtung ist das Verhalten der Schaltung in 4 dargestellt, in welcher die Kurve 4a den Verlauf des zum Rechner 1 gelieferten Stroms in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.
Man sieht, daß der vom System verbrauchte Strom vom Impulstyp ist.
Für eine Drehzahl von 6000 U/min treten die Stromimpulse beispielsweise alle 5 ms auf und weisen eine Breite von ungefähr 2 ms auf.
Daraus ergibt sich, wie die Kurve 4b zeigt, daß die Spannung der Batterie auch in Impulsweise schwankt und einen Abfall bei jeder Stromspitze erkennen läßt.
Die Schwankung der Spannung der Batterie kann die anderen elektrischen Geräte, die mit der Batterie verbunden sind, stören.
Anstatt direkt vom Wechselstromgenerator geliefert zu werden, wird der Strom von der Batterie geliefert, die durch den Wechselrichter langsamer aufgeladen wird. Dies steigert den globalen Stromverbrauch, da die Batterie keinen Wirkungsgrad gleich 100% aufweist.
Durch den Eingriff der Stromstabilisierungsvorrichtung 5 der Schaltungen der 1 bis 3 ist der Strom von dem in 5 dargestellten Typ, das heißt, daß er sehr langsam variiert, ohne die Spannungsabfälle, die in 4 dargestellt sind, aufzuweisen.
Die Anordnung, die gerade beschrieben wurde, ermöglicht durch die Erfindung, sich mit einer Versorgung über das herkömmliche Bordnetz von 12 V der Kraftfahrzeuge zu begnügen.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung der Stellglieder von Ventilen eines Verbrennungsmotors mit einem Rechner (1), der mit einer Einheit (3) zur Steuerung von Ventilen ausgestattet ist und von der Akkumulatorbatterie des Fahrzeugs gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Vorrichtung (2, 15) zur Stabilisierung des Versorgungsstroms des Rechners, welcher von der Batterie geliefert wird, bezüglich eines Stromsollwerts umfaßt, damit der an die Einheit (3) zur Steuerung der Ventile angelegte Eingangsstrom gleich dem Sollstrom ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstabilisierungsvorrichtung eine Leistungskette (2) vom "Boost"-Typ mit einer Induktivität (10), einer Diode (11), einem statischen Unterbrecher (13) und einem Kondensator (12) und eine Schleife (15) zur Regelung des an den statischen Unterbrecher (13) der Leistungskette (2) anzulegenden Eingangsstroms in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung der Leistungskette, vom Strom in der Induktivität (10) und von einem Sollwert, der vom Rechner (1) zur Steuerung der Ventile stammt, umfaßt, wobei die Stromregelungsschleife (15) außerdem eine Begrenzung der Ausgangsspannung der Leistungskette (2) sicherstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelungsschleife (15) und die Leistungskette (2) in den Rechner (1) integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelungsschleife (15) in den Rechner (1) integriert ist und die Leistungskette (2) vom Rechner (1) getrennt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelungsschleife (15) und die Leistungskette (2) vom Rechner (1) getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (10) der Leistungskette (2) mit der positiven Anschlußklemme der Batterie (4) verbunden ist und die Kathode der Ausgangsdiode (11) mit der entsprechenden Eingangsanschlußklemme des Rechners (1) verbunden ist und der Kondensator (12) mit den Anschlußklemmen des Rechners (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsbatterie (4) eine Batterie mit 12 Volt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelungsschleife (15) einen Mikroprozessor umfaßt.