DE3344662A1

DE3344662A1 - Schaltungsanordnung zur ansteuerung eines magnetventils, insbesondere fuer kraftstoffeinspritzventile

Info

Publication number: DE3344662A1
Application number: DE19833344662
Authority: DE
Inventors: Richard 8786 Rieneck Knüttel; Konrad 8775 Partenstein Schreier
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1985-06-13
Also published as: DE3344662C2

Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Magnetventils, insbesondere für Kraftstoff-Einspritzventile mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Das Öffnen und Schließen des Magnetventils erfolgt durch einen Leistungstransistor, der die Magnetwicklung im Takt des Rechtecksignals an eine Betriebsspannungsquelle schaltet. Der Tastgrad, also das Impuls/Pausen-Verhältnis des Rechtecksignals bestimmt die Durchschaltzeiten bzw. Sperrzeiten des Transistors. Das Rechtecksignal wird in einem Rechner erzeugt. Bei sich ändernden Temperaturen des Magnetventils ändert sich entsprechend auch der Widerstand der Magnetwicklung und damit der Magnetstrom; um den Effektivwert des Magnetstroms konstant zu halten, soll erfindungsgemäß eine Temperaturkompensationsschaltung vorgesehen werden, die einfach aufgebaut und zuverlässig wirksam ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale verwirklicht.
Als besonders vorteilhaft wird angesehen, daß zur Verwirklichung der Temperaturkompensation das tastgradmodulierte Rechtecksignal in digitaler Form und ohne den Tastgrad zu verändern, zum Leistungstransistor durchgeschaltet wird.
Bei einer durch die Temperatur erfolyenden Widerstandsänderung der Magnetwicklung wird der Magnetstrom gemessen und die über den Leistungstransistor an die Magnetwicklung gelegte Spannungsamplitude der Betriebsspannung so verändert, daß der effektive Strom in der Magnetwicklung konstant bleibt.
Als ein weiterer Vorteil wird angesehen, daß zunächst zu Beginn eines Impulses des Rechtecksignals die volle Betriebsspannung an die Magnetwicklung angelegt wird, wor- auf dann abhängig vom Amplitudenvergleich das Schaltsignal zur Regelung der Spannungsamplitude früher oder später einsetzt und damit der Mittelwert der Betriebsspannungsamplitude verringert wird. Die volle Betriebsspannung ist vorteilhaft, um das Magnetventil schnell zu öffnen, während anschließend zum Offenhalten des Ventils ein kleinerer Strom ausreicht.
Die Treiberschaltung für das Magnetventil zusammen mit der temperaturabhängigen Regelung des Magnetstroms kann unmittelbar am Gehäuse des Magnetventils angeordnet werden. Es entfallen damit Temperaturmeßfühler und entsprechende Leitungen, die zur Istwertübertragung des Magnetstroms erforderlich sind, wenn beispielsweise in einem Rechner der Tastgrad des Rechtecksignals temperaturabhängig geändert werden sollte.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die erfindunsgemäße Schaltung zeichnet sich durch einen sehr geringen Aufwand aus.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild der Treiberstufe zur Ansteuerung eines Magnetventils und Fig. 2 die Darstellung von Signalen, die das Verständnis der in Fig. 1 dargestellten Schaltung erleichtern.
In Fig. 1 dient ein Leistungstransistor 10 zur Ansteuerung eines Magnetventils 11, dessen Wicklung zwischen einer Betriebsspannung +UB und den Kollektor des Transistors 10 geschaltet ist. Zwischen den Emitter des Transistors und Masse ist ein Meßwiderstand 12 geschaltet, an dem ein Spannungsabfall auftritt, der proportional dem in der Magnetwicklung fließenden Strom ist, wenn der Transistor 10 durchgeschaltet ist. Das Öffnen und Schließen des Magnetventils wird durch ein Führungssignal bestimmt, das als tastgradmoduliertes Rechtecksignal auf eine Eingangsleitung 14 gegeben wird. Während der Impulsdauer des Rechtecksignals soll das Ventil geöffnet und während der Pause zwischen den Impulsen geschlossen werden. Das Rechtecksignal wird von einem nicht dargestellten Rechner geliefert, dem alle erforderlichen Daten zur Bestimmung des Tastgrades des Rechtecksignals eingegeben werden. Bei einer Widerstandsänderung der Magnetspule des Ventils 11, die bei Temperaturänderungen auftritt, verändert sich der Stromfluß im Magneten und damit die vom Magnet ausyeübte Kraft, die z.B.
das Öffnen der Ventile bei einem bestirmnten Druck bewirkt. Um den effektiven Strom in der Wicklung konstant zu halt, ist exle Temperaturkoensationseinrichtung vorgesehen, bei der das Reehtecksignal von der Eingangsleitung 14 auf den Transistor 10 und damit auf das Magnetventil 11 durchgeschaltet wird, ohne den Tastgrad zu ändern, so daß die Genauigkeit des vorgegebenen Sollwertes erhalten bleibt. Um den effektiven Strom durch die Magnetwicklung temperaturunabhängig konstant zu regeln wird dagegen die Amplitude der Betriebsspannung zug UB über den Transistor 10 geregelt. Dies wird in folgender Weise durchgeführt: Einer Vergleichsstufe 15 wird der Magnetstrom, der im Meßwiderstand 12 gemessen wird, über eine Schaltung 16 zur Anpassung der Spannung als Istwert über die Leitung 17 zugeführt. Dieses Istwertsignal ist in Fig. 2d dargestellt und weist denselben Tastgrad wie das Eingangsrechtecksignal auf, das in Fig. 2a dargestellt ist.
Dem anderen Eingang der Vergleichsstufe 15 wird über die Leitung 1 8 eine getaktete Analogspnnnung zugeführt, die in Fig. 2c dargestellt ist und deren Amplitude proportional dem Tastgrad des Eingangsrechtecksignals ist. Das Analogsignal wird in einem Digital/Analog-Wandler 20 aus dem Rechtecksignal auf der Leitung 14 erzeugt. Hierzu dient eine bekannte und im einzelnen nicht näher beschriebene RC-Schaltung, die aus den Widerständen 21,22 und dem Kondensator 23 besteht. Dem Wandler 20 ist ein Widerstand 24 und eine Diode 25 vorgeschaltet, die als Spannungsbegrenzung für die Amplitude des Rechtecksignals dient. Damit wird die Amplitude des Rechtecksignals konstant gehalten. Die Amplitude des vom Wandler 20 erzeugten Analogsignals (Fig. 2b) ist somit dem Tastgrad, also dem Impuls/Pausen-Verhältnis des Rechtecksignals proportional.
Dieses Analogsignal wird von dem Eingangsrechtecksignal getaktet. Dies erfolgt in dem Transistor 26, dessen Kollektor-Emitterpfad zwischen die Leitung 18 und Masse geschaltet ist und an dessen Basis über einen Transistor 29 das Rechtecksignal vom Eingang 14 ansteht. Damit steht am Eingang der Vergleichsstufe 15 das in Fig. 2c dargestellte getaktete Analogsignal als Sollwert an.
In der Vergleichs stufe wird zwischen den beiden synchron und im gleichen Tastgrad anstehenden Sollwert- und Istwertsignalen ein Amplitudenvergleich durchgeführt. Abhängig von dem Amplitudenvergleich wird in der Vergleichsstufe 15 ein Schaltsignal erzeugt, das eine wesentlich höhere Frequenz als das Rechtecksignal aufweist. Mit diesem Schaltsignal wird die Basis des Transistors 10 beaufschlagt, der somit beim Einsetzen des Schaltsignals mit der Frequenz des Schaltsignals zwischen dem Sperrzustand und Durchschalten hin- und hergeschaltet wird. Damit wird die an der Magnetwicklung 11 anliegende Betriebsspannung UB zerhackt, wie dies in Fig. 2f dargestellt ist. Damit steht an der Magnetwicklung der in Fig. 2f dargestellte geregelte Mittelwert der Spannungsamplitude der Betriebsspannung UB an, der einen unabhängig von der Temperatur der Magnetwicklung konstanten effektiven Strom zur Folge hat. Der sich beim Regeln ergebende Mittelwert für die Amplitude der Betriebsspannung ist davon abhängig, zu welchem Zeitpunkt das Schaltsignal während der Impulsdauer erzeugt wird und damit die Regelung einsetzt. Je größer die Regelgröße ist, also je größer der Unterschied zwischen dem Istwertstrom und dem Sollwert, desto früher muß die Regel zeit beginnen, um den erforderlichen Mittelwert zu bilden.
Der zur Magnetspannung in Figur 2f gehörende Stromverlauf ist in Figur 2e dargestellt.
Die Vergleichsstufe 15 ist als Operationsverstärker aufgebaut, der aus dem Amplitudenvergleich abhängig von dem Unterschied in den Amplituden zwischen Soll-und Istwert das zeitabhängig einsetzende Schaltsignal zur Ansteuerung des Transistors 10 erzeugt.
Die negative Betriebsspannung für den Operationsverstärker wird in einer an sich bekannten Schaltung 28 in Verbindung mit einem Transistor 29 erzeugt, deren einzelnen Komponenten nicht beschrieben werden. Der Tastgrad des Rechtecksignals auf der Leitung 14 wird durch den Transistor 29 nicht verändert.
In Figur 2 sind die Verhältnisse für zwei Engangsrechtecksignale von unterschiedlichem Tastverhältnis dargestellt.

Claims

PatentansEruche.

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Magnetventils, insbesondere für Kraftstoff-Einspritzventile, mit wenigstens einem Leistungstransistor, der abhängig von einem an seine Basis angelegten tastgradmodulierten Rechtecksignal das Magnetventil an eine Betriebsspannung schaltet, und mit einem vom Magnetstrom durchflossenen Meßwiderstand sowie einer Kompensationsschaltung zur Konstanthaltung des effektiven Magnetstroms bei temperaturbedingten Widerstandsänderungen des Magnetventils, dadurch gekennzeichnet, daß ein Digital/Analog-Wandler (20) vorgesehen ist, in dem aus dem Rechtecksignal ein Analogsignal erzeugt wird, dessen Amplitude dem Tastgrad proportional ist, daß eine Schaltstufe (Transistor 26) vorgesehen ist, von der das Analogsignal von dem Rechtecksignal getaktet wird, und daß eine Vergleichsstufe (15) vorgesehen ist, der das getaktete Analogsignal als Sollwert und der am Meßwiderstand abgegriffene temperaturabhängige Magnetstrom als Istwert zugeführt werden, die einen Amplitudenvergleich durchführt, und die als Ausgangssignal innerhalb der Impulsdauer des Rechtecksignals ein vom Amplitudenvergleich abhängiges Schaltsignal von höherer Frequenz zur Ansteuerung des Leistungstransistors (10) erzeugt, um den Mittelwert der vom Schaltsignal der Vergleichsstufe geschalteten Amplitude der Betriebsspannung auf die durch den Sollwert vorgegebene Amplitude zu regeln.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Vergleichsstufe durchgeführte Amplitudenvergleich den Zeitpunkt bestimmt, zu dem das Schaltsignal zur Regelung des Amplitudenmittelwerts der Betriebsspannung einsetzt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (11) an den Kollektor, der Meßwiderstand (12) an den Emitter und der Ausgang der Vergleichsstufe (15) an die Basis des Leistungstransistors (10) angeschlossen sind.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Digital/Analog-Wandler (20) aus einer RC-Schaltung besteht, der eine Spannungsbegrenzungsschaltung (24,25) für die Amplitude des tastgradmodulierten Rechtecksignals vorgeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitterpfad eines Transistors (26) an die Verbindung zwischen dem Ausgang des Digital/ Analog-Wandlers (20) und dem Sollwerteingang der Vergleichsstufe (15) angeschlossen ist und an die Basis des Transistors (26) das tastgradmodulierte Rechtecksignal angelegt ist.