DE2538301C3

DE2538301C3 - Steuereinrichtung zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2538301C3
Application number: DE2538301A
Authority: DE
Inventors: Claude Le Pecq Leichle (Frankreich)
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1981-02-26
Also published as: FR2284037B1; DE2538301B2; FR2284037A1; US4040397A; IT1047953B; GB1479806A; DE2538301A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, bei der die Anstiegszeit eines durch die Erregerwicklung der Einspritzdüse fließenden Stromes auf einen zumindest dem kleinsten Wert der F.rregerspannung der Einspritzdüse entsprechenden Wert elektronisch geregelt und eine dem durch die Einspritzdüse fließenden Strom proportionale Spannung auf die den Erregerstrom regelnde Regeleinrichtung zurückgeführt wird, wobei der Erregerstrom in etwa linear ansteigt

Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen werden in der Regel nur für eine sehr kurze Zeit periodisch geöffnet so daß die durch die Einspritzdüse eingespritzte Kraftstoffmenge stark von der Öffnungszeit bzw. Öffnungscharakteristik der Einspritzdüse beeinflußt wird. In die Zeit die die Einspritzdüse bis zum öffnen braucht geht neben anderen Parametern sehr wesentlich die Versorgungsspannung ein. Gerade bei Brennkraftmaschinen in K^ftfahrzeugen schwankt die Spannung im Bordnetz recht erheblich, was in der Folge zu unerträglichen Schwankungen der eingespritzten Kraftstoffmenge führen würde, wenn keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen würden.

Aus der DE-OS 21 32 717 ist eine Ansteuerschaltung für Magnetventile hoher Schaltgeschwindigkeit, insbesondere einer hydraulischen Stelleinrichtung bekannt, bei der die den Strom durch die Magnetwicklung der Einspritzdüse steuernde Leistungsendstufe durch ein Schaltsignal und ein Regelsignal beaufschlagt ist. Das Regelsignal wird durch einen Regelverstärker gebildet, der über einen Grenzwertschalter wahlweise die an der Magnetwicklung abfallende Spannung mit einem Bezugswert vergleicht oder den durch die Magnetwicklung fließenden Strom mit einem vorgegebenen Referenzstrom vergleicht

Wenn über die Schaltstufe die Leistungsendstufe so gesteuert wird, daß die Einspritzdüse erregt wird, stellt der Regelverstärker, über die Grenzwertschaltung gesteuert, zunächst eine konstante Spannung an der Magnetwicklung sicher. Sobald das Ventil geöffnet ist und der Anzugsstrom einen vorgegebenen Wert überschreitet, schaltet die Grenzwertschaltung um. und der Regelverstärker regelt die Leistungsendstufe derart, daß ein konstanter, geringfügig über dem Haltestrom fließender Strom durch die Magnutwicklung fließt, damit diese bei längeren Öffnungszeiten nicht unnötig erwärmt wird.

Bei der bekannten Ansteuerschaltung für Magnetventile wird versucht, durch Konstantregeln der Einschaltspannung reproduzierbare und konstante Anstiegszeiten der Magnetventile zu erreichen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn nicht durch Temperatureinflüsse der Innenwiderstand der Magnetwicklung zusätzlichen Änderungen unterworfen ist, die das Konstanthalten der Anstiegszeiten auf diese Weise zunichtemachen. Insbesondere für Einspritzventile bei Brennkraftmaschinen ist diese Schaltung nicht zweckmäßig, da hierbei die Magnetwicklungen wegen ihrer dichten Anordnung neben dem Zylinderkopf bzw. dem Auspuffkrümmer erheblichen Temperaturschwankungen unterworfen sind.

In der DE-OS 22 42 795 ist eine elektrische Kraft Stoffeinspritzanlage mit Steuerung durch die Ansaugluftmenge beschrieben, bei der der vorbereitete Steuerimpuls zum Aufsteuern der Einspritzventil vor dem Einspeisen in die Leistungsendstufe für die Einspritzventile einer Spannungskorrekturstufe zugeführt wird. In der Spannungskorrekturstufe wird während der Dauer des vorbereiteten Impulses ein Kondensator auf eine temperaturkompensierte Spannung aufgeladen, der dann nach dem Verschwinden des Steuerimpulses batteriespannungsabhängig entladen wird. Während der Entladezeit des genannten Konden-

sators wird ein Impuls in der Spannungskorrekturstufe erzeugt, der sich an den eigentlichen Steuerimpuls anschließt. Beide Impulse, d. h. der eigentliche Steuerimpuls und der Korrekturimpuls, werden der Leistungsendstufe zum Ansteuern der Einspritzventile zugeführt

Je nachdem wie hoch nun die Batteriespannung ist, umso langer oder kürzer dauert der Korrekturimpuls, der das unterschiedliche Öffnungsverhalten der Einspritzventile bei unterschiedlichen Batteriespannungen kompensiert

Der Schaltungsaufwand zur Erzeugung des Korrekturimpulses ist erheblich, und außerdem kann auch mit dieser bekannten Kraftstoffeinspritzanlage die Temperaturabhängigkeit der Anstiegszeiten der Einspritzventile nicht behoben werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Steuereinrichtung zu schaffen, die mit geringem schaltungstechnischem Aufwand und bei günstigem Energiebedarf unabhängig von der Batteriespannung gemacht ist

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Steuereinrichtung durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet

Durch den vorgesehenen Komparator wiru die bis zu einem vorgegebenen Grenzwert linear ansieigende Spannung an einem Kondensator mit dem Strom durch die Magnetwicklung der Einspritzdüse verglichen, so daß abhängig von dem Ausgangssignal des Komparators die Leistungsendstufe zum Ansteuern des Magnetventiles mehr oder weniger aufgesteuert wird, damit der Strom durch die Magnetwicklung dem Spansmngsverlauf an dem Kondensator folgt

Der lineare Spannungsanstieg des Kondensators wird so festgelegt, daß auch bei der kleinsten noch zulässigen Batteriespannung der Strom durch die Magnetwicklung dem Spannungsverlauf an dem Kondensator folgen kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Einspritzdüse bei keiner zulässigen Batteriespannung schneller oder langsamer öffnet als es durch den Spannungsverlauf an dem Kondensator vorgegeben ist. Wenn darüberhinaus auch noch der Maximalwiderstand der Magnetwicklung der Einspritzdüse dadurch berücksichtigt wird, daß der Spannungsanstieg an dem Kondensator noch entsprechend verlangsamt wird, so ist das Öffnungsverhalten der Einspritzdüse obendrein auch noch unabhängig von der Wicklungstemperatur.

Weiterbildungen der Vorrichtung zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 das schematische Schaltbild einer erfindungsgemäßen Hinrichtung zum Steuern einer Einspritzdüse einer Brennkraftmaschine und

F i g. 2a bis F i g. 2c den zeitlichen Spannungsverlauf an verschiedenen Punkten der Einrichtung nach Fig. 1.

Die Basis eines Transistors 1 (Fig. I) ist über einen Widerstand 2 mit einer hingangsklemme A verbunden, über die das Öffnungssignal für die Einspritzdüsen zu der Steuereinrichtung gelangt. Der Emitter des Transistors I liegt direkt an Masse, ebenso wie der Minuspol eines Akkumulators 3, der die erfindungsgemäße Steuervorrichtung mit Spannung versorgt. Der Kollektor des Transistors 1 ist über einen Widerstand 4 mit einer Leitung 3a verbunden, die ihrerseits an den Pluspol des Akkumulators 3 angeschlossen ist.

Der Kollektor des Transistors I ist außerdem mit der Basis eines Transistors 5 über einen zwischengeschalteten Widerstand 6 verbunden. Der Emitter des Transistors S liegt direkt an Masse und sein Kollektor ist mit dem Pluspol des Akkumulators 3 über zwei in Reihe liegende Widerstände 7 und 8 verbunden. Der Verbindungspunkt dieser beiden Widerstände 7 und 8 ί ist über einen Widerstand 9 an die Basis eines Transistors 10 angeschlossen, dessen Emitter direkt mit der Speiseleitung 3a und dessen Kollektor mit einer Klemme B verbunden ist Zwischen der Klemme B und der Leitung 3a — und damit parallel zu dem

ίο Emitter-Kollektorstromkreis des Transistors 10 — liegt eine aus einer Zenerdiode Il und aus einem Kondensator 12 bestehende Parallelschaltung.

Der Emitter eines Transistors 13 ist über einen Widerstand 14 mit Masse verbunden, während sein Kollektor direkt mit der Klemme B verbunden ist Die Basis des Transistors 13 ist über eine Zenerdiode 15 mit Masse und außerdem mit der Drainelektrode eines Feldeffekttransistors 16 verbunden, dessen Tor- oder Steuerelektrode direkt an die Leitung 3a angeschlossen ist, während seine Sourceelektrode über einen Widerstand 17 mit der Leitung 3a verbund .-.< ist.

Der Kollektor des Transistors ii st über einen Widerstand 18 an den nichtinvertierenden Eingang (+) eines !Comparators 19 angeschlossen, der zwischen der

-'ί Leitung 3a und Masse liegt. Der Ausgang des Komp^.-ators 19 ist mit der Basis eines Transistors 20 über einen dazwischenliegenden Widerstand 21 angeschlossen. Der Transistor 20 steuert einen Transistor 22 in einer sogenannten Darlington-Schaltung, bei der der

in Emitter des Transistors 20 direkt m.t der Basis des Transistors 22 und sein Kollektor direkt mit dem Koilektor des Transistors 22 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 22 ist über die Wicklung eines Elektromagneten 23 mit Masse verbunden. Der

ii Elektromagnet 23 ist der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung gesteuerten Einspritzdüse zugeordnet. Der Emitter des Transistors 22 ist über einen Widerstand 24 mit der Leitung 3a und über einen Widerstand 25 mit dem invertierenden Eingang ( —) des Kowipara ors 19 verbunden. Durch die Wicklung des die Einspritzdüse steuernden Elektromagneten 23 fließt ein Strom /.

J\e aus Fig. 1 ersichtliche Vorrichtung funktioniert folgendermaßen. Der Transistor 1 erhält über die Anschlußklemme A ein Steuersignal Ua für die öffnung der von dem Elektromagneten 23 betätigten Einspritzdüse. Die Gestalt dieses Steuersignals ist aus F i g. 2a ersichtlich. Das Signal Ua wird am Kollektor des Transistors 1 invertiert und gelangt über den Transistor 5 und die Widerstände 7,8 und 9 zu dem Transistor 10, der bei nicht an der Klemme A anliegendem Signal gesättigt ist, und macht ihn nichtleitend. Das Potential an der Verbindungsklemme B. das bei gesperrtem Transistor 10 gleich den Potential der Speiseleitung 3a /Po'-.iiial U in Fig. 2b) ist, verändert sich danach entsprechend der fortschreitenden Aufladung des Kondensators 12. Der Kondensator 12 wird über den Transistor 13 aufgeladen, der zusammen mit dem Transistor 16. der Zenerdiode 15 und den Widerständen 17 und 14 einen Stromgenerator bildet. Der Transistor 16 versorgt die Zenerdiode 15 mit Strom, die als Bezugspunkt für den genannten, den Transistor 13 einschließenden Stromgenerator dient. Eine solche doppelte Regelung ist erforderlich, um eine weitgehende Unabhängigkeit von der von der Batterie 3

<>5 gelieferten Speisespannung i/zu gewährleisten.

Der Kondensator 12 wird somit soweit aufgeladen, bis seine Klemmenspannung den Wert der Durchbrtichspannung der Zenerdiode 11 erreicht, womit die

Aufladung beendet ist. Die Klemmenspannung des Kondensators 12 wird dann wieder Null, wenn der Transistor erneut durchgeschaltet ist, d. h. das an der Eingangsklemme A anliegende Signal verschwindet.

Die Spannung an der Verbindungsklemme B, die den aus Fig.2b ersichtlichen Verlauf aufweist, schwankt zwischen + U (Wert der von der Batterie 3 gelieferten Speisespannung) und U-U₁, wobei U, die Durchbruchsspannung der Zenerdiode Il ist. Die Steigung in dem Zwischenbereich zwischen den genannten beiden Spannungen (Bezugszeichen 26 in Fig. 2b) ist eine Funktion der Ladegeschwindigkeit des Kondensators 12 und damit von dessen Kapazität und von dem von dem Transistor 13 gelieferten konstanten Strom abhängig. Demzufolge weist diese Steigung bei gegebenem Kondensator 12 und bei gegebenem Stromgenerator (aus den Transistoren 13 und 16, der Zenerdiode 15 und den Widerständen 14 und 17 hpstphpnd) pinen bestimmten Wert auf. Der Zwischenbereich 26 zwischen dem Potentialniveau U und dem Niveau IJ- U, entspricht aber der Niveaudifferenz ίΛ, die einen festen Wert aufweist. Die Übergangszeit von dem Niveau U zu dem Niveau U-U₁ ist demzufolge konstant und hängt nicht von dem Wert der Spannung Uab, solange diese größer als U₁ ist.

Der aus dem Komparator 19, den Transistoren 20 und 22. den Widerständen 18, 21, 24 und 25 und dem Einspritzdüsen-Elektromagneten 23 bestehende Stromkreis bildet einen gesteuerten Spannungs-Stromwandler. der in dem Elektromagneten 23 einen zu der Spannung an der Verbindungsklemme B umgekehrt proportionalen Strom erzeugt. Dieser Stromkreis funktioniert folgendermaßen: sobald die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 24 (d. h. die an dem invertierenden Eingang des Komparators 19 anliegende Spannung) von der Spannung zwischen der Verbindungsklemme B und Masse (d. h. der an dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators 19 anliegenden Spannung) abweicht, erzeugt der Komparator 19 ein Fehlersignal und liefert an seinem Ausgang ein in Abhängigkeit von diesem Fehlersignal korrigiertes Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird durch die I ransistoren 20 und 22 verstärkt und ergiDt einen den Elektromagneten 23 der Einspritzdüse erregenden Strom /. Da die Spannung an den Klemmen des Widerstandes 24 dem durch den Elektromagneten 23, dessen Erregerwicklung mit dem Widerstand 24 in Reihe liegt, fließenden Strom / proportional ist. erhält der Komparator 19 an seinem invertierenden Eingang ein diesem Strom /(der seinerseits von der Speisespan- > nung abhängt) proportionales Signal und ist demnach in der Lage, in jedem Augenblick sein Ausgangssignal derart zu ändern, daß die Änderungsgescnwindigkeit des Stromes /genau der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung an dem Punkt B folgt. Damit benötigt der

in Strom /die gleiche Zeit T, um von dem Wert Null seinen Maximalwert zu erreichen, wie die Spannung an dem Punkt ß, um von U auf U — U, überzugehen, wobei die Zeit T, wie oben erwähnt, konstant ist. In der Praxis ist es wünschenswert, eine möglichst kleine konstante Zeit

ι > Γ zu wählen, es müssen aber die Kenndaten der Einspritzdüse und der Batterie berücksichtigt werden, die es nicht ermöglichen, einen bestimmten Grenzwert für Tzu unterschreiten.

Da die Klemmenspannung der Batterie 3 bekanntlich

zwischen zwei Werten, Uu (Maximalspannung) und U_m (Minimalspannung), schwankt, kann man in bekannter Weise die Zeit berechnen, die der Strom / bei der Spannung U_m benötigt, um sich bei nicht vorhandener Regeleinrichtung in dem Elektromagneten 23 der

-' Einspritzdüse aufzubauen. Man wird demnach bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung eine Stromaufbauzeit Γ wählen, die geringfügig über dem vorgenannten Wert liegt (die Zeit T hängt lediglich, wie berehs erwähnt, von der Durchbruchspannung der Zenerdiode

*> 11, dem Kondensator 12 und den Bestandteilen des vorgenannten Stromgenerators ab). Auf diese Weise kann der Strom bei beliebigem, zwischen U_n, und Um liegendem Wert der Spannung U einen ausreichenden Wert annehmen, um ein normales Funktionieren der Einspritzdüse zu gewährleisten und trotz in der Regeleinrichtung verursachter geringfügiger Leistungsverluste bleibt die Stromanstiegszeit konstant, wie ja zu fordern war.
Bei einigen Steuereinrichtungen für stromerregte

Einspritzdüsen ist vorgesehen, vor der Öffnung der jeweiligen Einspritzdüse einen eine Vormagnetisierung bewirkenden Strom fließen zu lassen. Auch solche Steuereinrichtungen können mit einer ciTuiüuiigägCüiaßen Schaltung zur Regelung der Anstiegszeit des

Hauptstromes versehen werden und weisen dann zusätzlich die erfindungsgemäßen Vorteile auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung zum Steuern einer elektromagnetisch betätigten Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine, bei der die Anstiegszeit eines durch die Erregerwicklung der Einspritzdüse fließenden Stromes auf einen zumindest dem kleinsten Wert der Erregerspannung der Einspritzdüse entsprechenden Wert elektronisch geregelt und eine dem durch die Einspritzdüse fließenden Strom proportio- ι ο nale Spannung auf die den Erregerstrom regelnde Regeleinrichtung rückgeführt wird, wobei der Erregerstrom in etwa linear ansteigt dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Komparator (19) aufweist dessen einer π Eingang (+) an einem seinerseits mit einem einen konstanten Ladestrom liefernden Stromgenerator (13, 14, 15, 16, 17) sowie mit einer seine Aufladung begrenzenden Einrichtung (11) verbundenen Kondensator (121 anliegt, dessen anderer Eingang (—) mit einem sn Reihe mit der Erregerspule der Einspritzdüse (23) liegenden Widerstand (25) verbunden ist und dessen Ausgang an dem Eingang eines den Erregerstrom für die Einspritzdüse (23) Steuernden Verstärker (20,22) liegt

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei e<.ier innerhalb weiter Grenzen veränderlichen Speisespannung einen konstanten Ladestrom gewährleistende Stromgenerator mindestens zwei Transistoren (13, 16), jo mindestens eine das Basispotential desjenigen dieser beiden Translatoren (13,16), der den Ausgangsstrom des Stromgenerators li-fert, fc .legende Zenerdiode (15) sowie mindestens eiren Ladewiderstand (14,17) für jeden dieser Transistoren auf .eist. «

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die bei konstantem Ladestrom erfolgende Aufladung des Kondensators (12) auf einen vorgegebenen Wert begrenzende Einrichtung eine parallel zu dem Kondensator (12) liegende Zenerdiode (11) ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch I oder 3. dadurch gekennzeichnet daß sie ein die Aufladung und Entladung des Kondensators (12) ermöglichendes Halbleiterbauelement (10) aufweist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer mindestens zwei Transistoren (1, 5) aufweisenden Steuerschaltung versehen ist. durch die das die Öffnung der Einspritzdüsen steuernde Signal in ein das Halb- v> leiterbauelement (10) sperrendes oder entsperrendes und dadurch die Aufladung bzw. Entladung des Kondensators (12) steuerndes Signal umformbar ist.

6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die « Einspritzdüse betätigende Elektromagnet (23) vor seiner Erregung durch einen schwachen Strom vormagnetisierbar ist.