DE3921308A1

DE3921308A1 - Versorgungsschaltung fuer den betrieb eines elektromagnetischen verbrauchers

Info

Publication number: DE3921308A1
Application number: DE3921308A
Authority: DE
Inventors: Henri Paganon; Guy Pichon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-01-10
Also published as: EP0479804A1; JPH04505787A; US5150687A; WO1991000421A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Versorgungsschaltung für den Betrieb eines elektromagnetischen Verbrauchers eines mit Generator (Lichtmaschine) sowie Batterie versehenen Fahrzeugs, insbesondere zum Betreiben mindestens eines Magnetventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs.

Beim Einschalten eines elektromagnetischen Verbrau chers steigt der Verbraucherstrom nicht schlagartig, sondern nur relativ langsam an. Dieses hat zur Folge, daß der Verbraucher seinen Nennbetrieb - ausgehend vom Einschaltzeitpunkt - erst nach einer gewissen Zeit verzögerung annimmt. Diese Eigenschaft ist bei vielen technischen Einrichtungen nachteilig.

Bei elektromagnetischen Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs führt die genannte Einschaltverzögerung dazu, daß sich der Einspritz zeitpunkt des Kraftstoffs nicht mit einer hinreichen den Genauigkeit festlegen läßt. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es bekannt, den Ansteuerimpuls für das Magnetventil derart zu erzeugen, daß ein relativ ho her Stromstoß (Anzugstrom) vorliegt, der zu einem sehr raschen Anziehen des Magnetventils führt und daß anschließend zu einem niedrigeren, stationären Strom wert (Haltestrom) übergegangen wird, um das Magnet ventil in seinem angenommenen Zustand zu halten. Zur Erzeugung derartiger Ansteuerimpulse sind sehr auf wendige elektronische Schaltungen erforderlich (DE-OS 28 28 678).

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Versorgungsschaltung mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß mit relativ einfachen Mitteln für den Aufbau der Erregung des elektromagnetischen Ver brauchers, das heißt also für die Anzugsphase des Ma gnetventils, ein entsprechend großer Strom zur Verfü gung gestellt werden kann, so daß das Magnetventil sicher und innerhalb kürzester Zeit anzieht. Ist die ser Zustand erreicht, so wird auf eine wesentlich ge ringere Energiezufuhr umgeschaltet, daß heißt, der Verbraucherstrom wird auf den Haltestrom des Ma gnetventils reduziert. Die Erfindung nutzt zur Durch führung des vorstehend geschilderten Betriebs die be reits im Fahrzeug vorhandenen Einrichtungen. Dieses sind zum einen der Generator (Lichtmaschine) und zum anderen die Batterie. Da der Generator während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Aufladung der Batterie vornimmt, ist seine Klemmenspannung größer gewählt, als die der Batterie. Die Erfindung macht sich dies zunutze, indem eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die den Verbraucher (Magnetventil) für einen Aufbau seiner Erregung, das heißt also für die Anzugsphase, mit dem Generator verbindet, so daß er an eine relativ hohe Spannung angeschlossen wird, die zu einer raschen Erregung führt. Handelt es sich bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel bei dem Verbraucher um das erwähnte Magnetventil, so wird dieses innerhalb sehr kurzer Zeit angezogen. Ist die ser Zustand erreicht, das heißt, liegt der gewünschte Erregungszustand der Verbrauchers vor, so nimmt die Schaltungsanordnung erfindungsgemäß eine derartige Umschaltung vor, daß für eine Aufrechterhaltung einer hinreichenden Erregung eine Verbindung zur Batterie hergestellt und die Verbindung zum Generator unter brochen wird. Vorzugsweise wird die Erregung dabei auf einen relativ niedrigen Wert heruntergefahren, der jedoch ausreicht, die Anzugsstellung des Magnet ventils beizubehalten. Der anfangs fließende Anzug strom kann demgemäß auf den Haltestrom reduziert wer den.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß zwischen Generator und Verbraucher eine Spannungserhöhungseinrichtung liegt. Hierdurch ist es möglich, in relativ kurzer Zeit einen sehr hohen Strom durch die Erregerwicklung des Magnetventils zu treiben. Der Anzugstromimpuls liegt bei einer Induk tivität von beispielsweise 170 mH vorzugsweise in ei ner Größenordnung von 70 A. Dies erfordert eine Span nung in der Größenordnung von etwa 100 Volt. Die Spannungserhöhungseinrichtung muß demgemäß die Bord netzspannung, die üblicherweise zwischen 12 und 14 Volt liegt, bis auf diesen Spannungsbetrag erhöhen.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin dung ist die Spannungserhöhungseinrichtung als Trans formator ausgebildet. Bei dem Generator handelt es sich vorzugsweise um einen Wechselstromgenerator, insbesondere kann ein Drehstromgenerator zum Einsatz gelangen.

Zwischen Generator und Verbraucher kann ein Gleich richter geschaltet sein. Dieser liegt insbesondere zwischen dem die Spannungserhöhungseinrichtung bil denden Transformator und dem Magnetventil. Im Falle eines Drehstromgenerators wird somit zunächst eine Transformation der erzeugten dreiphasigen Wechsel spannung und anschließend deren Gleichrichtung vorge nommen. Die dreiphasige Anordnung hat den Vorteil, daß die Welligkeit der gleichgerichteten Gleichspan nung relativ gering ist.

Um für die Anzugphase des Magnetventils hinreichend Energie zur Verfügung stellen zu können, ist der Ein satz eines Energiespeichers möglich. Dieser kann ins besondere dem Gleichrichter nachgeschaltet und als Kondensator ausgebildet sein.

Die Umschaltung von dem geschilderten Anzugbetrieb in den Haltebetrieb wird von steuerbaren Schaltgliedern der Schaltungsanordnung ausgeführt. Vorzugsweise ist eines der Schaltglieder mit dem Generator und ein weiteres mit der Batterie verbunden. Die beiden Schaltglieder führen den Verbraucherstrom über in Durchlaßrichtung geschaltete Dioden zum Verbraucher.

Diese Dioden entkoppeln die beiden Energiequellen (Generator bzw. Energiespeicher und Batterie) von einander.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines mit der erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung verse henen Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Generators und einer Spannungserhöhungsschaltung,

Fig. 3 eine mit der Einrichtung gemäß Fig. 2 in Verbindung stehende Schaltungsanordnung, die mehrere Magnetventile einer Einspritzanlage ei ner Brennkraftmaschine des Fahrzeugs versorgt,

Fig. 4a-d die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 in verschiedenen Schaltzuständen,

Fig. 5 ein Diagramm einer gleichgerichteten Generatorspannung und

Fig. 6 ein Strom-Zeitdiagramm eines Magnet ventils.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Über eine Keilriemen anordnung 2 ist die Brennkraftmaschine 1 mit einem Generator 3 (Lichtmaschine) verbunden, der als Dreh stromgenerator ausgebildet ist. Die Brennkraftma schine 1 weist vier Zylinder auf, so daß demgemäß vier Einspritzventile 4 vorgesehen sind, die als Magnetventile 5 ausgebildet sind und somit elektromagnetische Verbraucher 6 darstellen.

Über Leitungen 7 sind die Magnetventile 5 mit einem Steuergerät 8 verbunden, das mit einem Rechner 9 zu sammen wirkt. Der Rechner 9 weist Eingänge 10 auf, denen die notwendigen Informationen zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes, der Einspritzmenge und der Länge des Einspritzvorgangs zugeführt werden.

Das Steuergerät 8 ist über eine Leitung 11 mit dem Generator 3 und über eine Leitung 12 mit einer Batte rie 13 des Fahrzeugs verbunden. Ferner besteht eine Leitungsverbindung 14 zwischen dem Generator 3 und der Batterie 13. Die Leitungsverbindung 14 stellt das Nachladen der Batterie 13 sicher.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den näheren Aufbau des Generators 3. Dieser besitzt einen Rotor 15 sowie einen Stator 16 und einen Regler 17, der elektronisch ausgebildet ist, was in der Zeichnung durch die Dar stellung eines Transistors symbolisiert wird. Der Stator 16 steht über Leitungen 18 mit einer Span nungserhöhungseinrichtung 19 in Verbindung, die als Transformator 20 ausgebildet ist. Während die Primär wicklung P an den Stator 16 des Generators 3 ange schlossen ist, steht die Sekundärwicklung S des Transformators 20 mit einem Gleichrichter 21 in Ver bindung. Die gleichgerichtete Transformatorspannung steht an Klemmen 22 und 23 zur Verfügung.

Die Klemmen 22 und 23 der Fig. 2 sind an ent sprechende Klemmen 22′ und 23′ der Fig. 3 angeschlossen. Die Klemme 22′ steht ferner mit Masse 24, das heißt, dem Chassis des Fahrzeugs in Verbindung. Der Minus-Pol der Batterie 13 ist eben falls auf Masse 24 gelegt. Der Plus-Pol der Batterie 13 ist an eine Klemme 25 angeschlossen. Mithin liegt zwischen der Klemme 25 und Masse 24 die Batteriespan nung U_Batt und zwischen der Klemme 23 bzw. 23′ und Masse 24 die durch den Transformator 3 hochgespannte und vom Gleichrichter 21 gleichgerichtete Generator spannung U_Gen.

Die Klemmen 22′, 23′ und 25 gehören einer Schaltungs anordnung 26 an, die steuerbare Schaltglieder S1, S2, S3, S4, S5 und S6 aufweist. Die Schaltglieder S1 bis S6 lassen sich über eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung der Schaltungsanordnung 26 bzw. durch das Steuergerät 8 in ihren ein- bzw. ausge schalteten Zustand versetzen.

Während der eine Pol 27 des Schaltglieds S1 mit der Klemme 25 verbunden ist, führt der andere Pol 28 zur Anode einer Diode D1. Die Kathode der Diode D1 ist an einen Verbindungspunkt 29 angeschlossen.

Zwischen die Klemmen 22′ und 23′ ist ein Kondensator C geschaltet, der einen Energiespeicher 30 bildet. Die Klemme 23′ steht ferner mit dem einen Pol 31 des Schaltglieds 82 in Verbindung. Der andere Pol 32 des Schaltglieds S2 ist an die Anode einer Diode D2 ange schlossen, dessen Kathode zum Verbindungspunkt 29 führt. Über Leitungen 33, die die in der Fig. 1 dar gestellte Leitung 7 umfassen, ist der Verbindungs punkt 29 mit dem jeweiligen einen Anschluß von Erregerwicklungen 34 der Magnetventile 5 verbunden. Die anderen Anschlüsse der Erregerwicklungen 34 ste hen mit Polen 35, 36, 37 und 38 der Schaltglieder S3, S4, S5 und S6 in Verbindung. Die anderen Pole 39, 40, 41 und 42 der Schaltglieder S3, S4, S5 und S6 führen zu einer Sammelleitung 43, die über einen Meßwider stand 44 mit Masse 24 verbunden ist. Parallel zum Meßwiderstand 44 ist ein Stromregler 45 geschaltet, der mit Einrichtungen des Steuergeräts 8 zusammen wirkt, um eine optimale Stromversorgung der Magnet ventile 5 sicherzustellen.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte, erfindungs gemäße Versorgungsschaltung für die Magnetventile 5 arbeitet folgendermaßen:
Es sei unterstellt, daß das Steuergerät 8 eine Kraft stoffeinspritzung in den ersten Zylinder Zyl1 der Brennkraftmaschine 1 vornehmen will. Der erste Zylin der Zyl1 ist dem Schaltglied S3 zugeordnet, während der zweite Zylinder Zyl2 mit dem Schaltglied S4, der dritte Zylinder Zyl3 mit dem Schaltglied S5 und der vierte Zylinder Zyl4 mit dem Schaltglied S6 zusammen wirkt (vergleiche Fig. 4). Für den Betrieb des er sten Zylinders Zyl1 steuert das Steuergerät 8 die Schaltglieder S2 und S3 in ihre geschlossenen Zu stände, so daß durch die Erregerwicklung 34 des dem ersten Zylinder Zyl1 zugeordneten Magnetventils 5 ein Anzugstrom I_A fließt, der von der Generatorspan nung U_Gen getrieben wird. Aufgrund der Spannungserhö hung durch den Transformator 20 kann die Generator spannung U_Gen einen relativ hohen Wert aufweisen und überdies tritt zu der Direktspeisung durch den Gene rator 3 noch der Energieinhalt des Kondensators C hinzu, so daß es insgesamt zu einem kräftigen und schnell ansteigenden Stromimpuls des Anzugstroms I_A kommt, wie dies aus der Fig. 6 zu entnehmen ist. Der Zeitpunkt t₁ kennzeichnet dort das Einschalten der Erregerwicklung 34 des Magnetventils 5 des Zylinders Zyl1.

Zum Zeitpunkt t₂ (Fig. 6) wird Schaltglied S2 der Schaltungsanordnung 26 wieder in seinen geöffneten Zustand zurückversetzt (Fig. 4b) und gleichzeitig das Schaltglied S1 in seine geschlossene Stellung überführt. Hierdurch erfolgt eine Abtrennung der Er regerwicklung 34 des Magnetventils 5 des ersten Zylinders Zyl1 von der Generatorspannung U_Gen und gleichzeitig ein Anschluß an die Batteriespannung U_Batt. Da - wie eingangs schon erwähnt - die Batterie spannung U_Batt kleiner als die Generatorspannung U_Gen ist, fällt auch der durch die Erregerwicklung 34 fließende Strom ab und zwar bis auf einen Haltestrom I_H, der ausreicht, das Magnetventil 5 in angezogenem Zustand zu halten. Der Abfall des Stromes ist deut lich aus der Fig. 6 entnehmbar: vom Zeitpunkt t₂ an sinkt der Strom durch die Erregerwicklung 34 auf den Haltestrom I_H ab.

Zum Zeitpunkt t₃ (Fig. 6) öffnen die Schaltglieder S1 und S3 (vergleiche Fig. 4c), so daß der Strom auf den Wert "0" absinkt.

Die Ansteuerung der anderen Erregerwicklungen 34 der den Zylindern Zyl2, Zyl3 und Zyl4 zugeordneten Ma gnetventile 5 erfolgt in entsprechender Weise.

Aus alledem wird deutlich, daß der Aufbau der Erre gung in der Erregerwicklung 34 des entsprechenden Magnetventils 5 direkt durch die vom Generator 3 gelieferte Energie erfolgt, wobei das Wort "direkt" die Möglichkeit des Einsatzes einer Spannungs erhöhungseinrichtung und eines Gleichrichters um fassen soll. Für die Aufrechterhaltung einer hin reichenden Erregung derart, daß der angezogene Zu stand der Magnetventile 5 erhalten bleibt, wird die von der Batterie 13 gelieferte Energie eingesetzt.

Die Fig. 5 zeigt - wie bereits erwähnt -, daß die von dem Drehstromgenerator gelieferte und von dem Trans formator 20 hochgespannte sowie von dem Gleichrichter 21 gleichgerichtete Spannung nur eine relativ geringe Welligkeit aufweist.

Claims

1. Versorgungsschaltung für den Betrieb eines elek tromagnetischen Verbrauchers eines mit Generator (Lichtmaschine) sowie Batterie versehenen Fahrzeugs, insbesondere zum Betreiben mindestens eines Magnet ventils einer Einspritzanlage einer Brennkraftma schine des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (26), die den Verbraucher (6) für einen Aufbau seiner Erregung mit dem Generator (3) verbindet und anschließend für eine Aufrechterhaltung einer hinreichenden Erregung eine Verbindung zur Batterie (13) herstellt und die Verbindung zum Generator (3) unterbricht.

2. Versorgungsschaltung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch eine zwischen Generator (3) und Verbraucher (6) liegende Spannungserhöhungs einrichtung (19).

3. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Spannungserhöhungseinrichtung (19) ein Transformator (20) ist.

4. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Generator (3) ein Wechselstromgenera tor ist.

5. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Generator (3) ein Drehstromgenerator ist.

6. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß zwischen Generator (3) und Verbraucher (6) ein Gleichrichter (21) geschaltet ist.

7. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß dem Gleichrichter (21) ein Energiespeicher (30) nachgeschaltet ist.

8. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Energiespeicher (30) ein Kondensator (C) ist.

9. Versorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Schaltungsanordnung (26) ein mit dem Generator (3) und ein mit der Batterie (13) verbun denes steuerbares Schaltglied (S1, S2) aufweist und daß die beiden Schaltglieder (S1, S2) jeweils über eine für den Verbraucherstrom (I_A, I_H) in Durch laßrichtung geschaltete Diode (D1, D2) an den Ver braucher (6) angeschlossen sind.