DE4020094C2

DE4020094C2 - Verfahren und Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE4020094C2
Application number: DE19904020094
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Graf; Juergen Dipl Ing Schwenger; Werner Dr Ing Dr Zimmermann; Bernd Dipl Ing Wichert; Thomas Bielesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-06-23
Filing date: 1990-06-23
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2010-06-24
Also published as: DE4020094A1; WO1992000447A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise von einer Einrichtung zur Ansteuerung eines elek tromagnetischen Verbrauchers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Derartige Verfahren bzw. Einrichtungen sind jeweils aus der DE 29 05 900 A1 bzw. 35 07 130 A1 bekannt.

Aus der DE 29 05 900 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Entre gungszeit von elektromagnetischen Einrichtungen, insbesondere von elektromagnetischen Einspritzventilen bei Brennkraftmaschinen be kannt, bei der der elektromagnetischen Einrichtung eine Schaltungs anordnung mit insbesondere steuerbarer Ausgangsspannung in Reihe oder parallel geschaltet ist. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird der induktive Verbraucher beispielhaft aus einer Spannungsquel le über einen in Reihe geschalteten Transistor gespeist, der von An steuerungsmitteln ansteuerbar ist. Ein angestrebter schneller Strom abbau beim Abschalten des Transistors kann durch eine parallel zum Transistor geschaltete Zener-Diode beziehungsweise einen entspre chend betriebenen Transistor mit einer Zener-Spannung erreicht wer den, die höher ist als die Versorgungsspannung im Augenblick des Abschaltens. Statt einer separaten Löscheinrichtung kann ein solcher Transistor auch direkt mit einer sogenannten Zener-Klam merung versehen und damit als Löscheinrichtung betrieben werden. Soll der Verbraucherstrom im eingeschalteten Zustand begrenzt wer den, so kann der Transistor auch getaktet betrieben werden. Wenn ein schneller Stromabbau in diesem Betriebszustand nicht gewünscht wird, kann auch ein geschalteter Freilaufkreis vorgesehen werden. Durch einen Kurzschluß oder eine fehlerhafte dauernde Ansteuerung inner halb eines solchen Freilaufkreises oder innerhalb der vorstehend er wähnten Löscheinrichtung kann nun bei bekannten Vorrichtungen dieser Art der Fall auftreten, daß der Strom beim Abschalten des induktiven Verbrauchers nicht mit der geforderten Schnelligkeit abgebaut wird. Dadurch wird die Einschaltdauer des Verbrauchers in unerwünschter Weise verlängert, wodurch beispielsweise im Falle eines Kraftstoff einspritzventils eine unerwünscht hohe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Dies führt zu einem unerwünscht hohen Mehrverbrauch an Kraft stoff und letzlich zu einer nicht erwünschten Mehrbelastung der Um welt mit Schadstoffen oder zu einer unerwünscht hohen Drehmomententwicklung des Motors.

Aufgabe der Erfindung ist es die hier genannten technischen Probleme zu verhindern.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung mit den im Anspruchs 1 aufgezeigten Merkmalen hat den Vorteil, daß die oben erwähnten Feh ler erkannt werden können und daß dadurch in korrigierender Weise auf die für die Ansteuerung des Schaltmittels vorgesehenen Schalt mittel derart eingewirkt werden kann, daß das Schaltmittel nur so lange betätigt wird, wie es für die Ansteuerung des elektromagneti schen Verbrauchers unbedingt erforderlich ist. Insbesondere bei ei nem elektromagnetischen Einspritzventil bei Brennkraftmaschinen kann auf diese Weise sichergestellt werden, daß nur die für die jeweilige Betriebsweise der Brennkraftmaschine unbedingt erforderliche Kraft stoffmenge zugemessen wird. Dadurch ergibt sich neben einer Verrin gerung des Kraftstoffverbrauchs als weitere günstige Folge auch eine Verringerung von die Umwelt schädigenden Abgasen.

In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die an dem Schaltmittel anliegende Spannung über ein Filter glied, insbesondere ein RC-Glied, geleitet; dadurch wird sicherge stellt, daß nicht nur das Vorhandensein der Löschspannung sondern auch deren Anliegen für eine hinreichend große Zeitdauer für den vollständigen Abbau des Stromes in den elektromagnetischen Verbrau cher erkannt wird, die unter anderem von der Versorgungsspannung, der Löschspannung und gegebenenfalls noch weiteren Parametern abhän gig ist. Alternativ kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung diese notwendige Zeitdauer auch dadurch kontrolliert wer den, daß zwischen den Ausgangsanschluß eines Spannungsvergleichsmit tels und die Ansteuermittel eine monostabile Kippstufe geschaltet wird.

Besonders vorteilhaft wird das die Ansteuermittel für die Schaltmit tel zum Zwecke der Verkürzung oder Verlangerung der Einschalt- oder Ausschaltdauer des Schaltmittels beeinflussende Signal zumindest zeitweilig gespeichert, da dieses Signal nur unmittelbar während des Stromabbaus in dem elektromagnetischen Verbraucher vorhanden ist. In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird diese Speicherung durch ein zwischen den Ausgangsanschluß eines Spannungsvergleichsmittels und einen Eingangsanschluß der Ansteue rungsmittel geschaltetes Speicherglied bewirkt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Stromlaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels der Er findung, in dem zusätzlich auch noch ein alternativ verwendbares Speicherglied dargestellt ist,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung mit einer zwischen den Ausgangsanschluß der Spannungsvergleichsmittel und die Ansteuermittel geschalteten mono stabilen Kippstufe und

Fig. 3 und Fig. 4 Impulsdiagramme an diver sen Punkten der Stromlaufpläne nach den Fig. 1 und 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Eine Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrau chers umfaßt nach dem Stromlaufplan in Fig. 1 einen elektromagneti schen Verbraucher 1, insbesondere ein elektromagnetisches Einspritz ventil für eine Brennkraftmaschine, und ein damit in Serie geschal tetes Schaltmittel 2, insbesondere einen Transistor. Der dem Schalt mittel 2 abgewandte Anschluß des elektromagnetischen Verbrauchers 1 ist mit der Betriebsspannung U verbunden. Parallel zu dem Schaltmit tel 2 ist eine Spannungsbegrenzungseinrichtung 4, beispielsweise ei ne Zener-Diode geschaltet. Alternativ und/oder zusätzlich, was in Fig. 1 durch den gestrichelten Rahmen um die entsprechenden Bauele mente angedeutet ist, ist parallel zu dem elektromagnetischen Ver braucher 1 ein Freilaufkreis 5 geschaltet, der beispielsweise einen Transistor 12 umfaßt, dessen Schaltstrecke in Serie zu einer Diode 13 geschaltet ist. Die Einrichtung umfaßt weiter Ansteuerungsmittel 3 zur Ansteuerung des Schaltmittels 2. Die Ansteuerungsmittel 3 um fassen vorzugsweise einen Mikrorechner. Weiter umfaßt die Einrich tung Spannungsvergleichsmittel 6 mit mindestens zwei Eingangsan schlüssen und einem Ausgangsanschluß. In einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung wird als Spannungsvergleichsmittel 6 ein als Komparator geschalteter Operationsverstärker eingesetzt, dessen nicht invertierender Eingang gegebenenfalls über ein gestrichelt eingezeichnetes RC-Glied R1, C1 mit dem Verbindungspunkt zwischen dem elektromagnetischen Verbraucher 1 und dem Schaltmittel 2 verbun den ist. An den invertierenden Eingangsanschluß der Spannungsver gleichsmittel 6 ist ein Pol einer Referenzspannungsquelle 11 gelegt, deren anderer Anschluß mit dem Masseanschluß verbunden ist. Der Aus gangsanschluß 8 des Spannungsvergleichsmittels 6 ist an einen Ein gangsanschluß der Ansteuermittel 3 geführt. Alternativ und in dem Stromlaufplan der Fig. 1 gestrichelt dargestellt, ist zwischen den Ausgangsanschluß 8 des Spannungsvergleichsmittels 6 und den Ein gangsanschluß des Ansteuermittels 3 ein Speicherglied, insbesondere ein bistabiles Speicherglied 9 geschaltet.

Der nur teilweise dargestellte Stromlaufplan in Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von den in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß zwischen dem Ausgangsanschluß 8 des Spannungsver gleichsmittels 6 und dem Eingangsanschluß der Ansteuermittel 3 eine monostabile Kippstufe 10 eingeschaltet ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist gemäß Strom laufplan nach Fig. 1 vor den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Spannungsvergleichsmittels 6 ein aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 bestehendes RC-Glied geschaltet.

Durch einen Fehlern z. B. einen Kurzschluß, innerhalb des Freilauf kreises 5 oder in der Spannungsbegrenzungseinrichtung 4 kann nun der Fall auftreten, daß der Strom beim Abschalten des elektromagneti schen Verbrauchers 1 mittels der Ansteuerung des Schaltmittels 2 durch die Ansteuermittel 3 nicht mit der geforderten Schnelligkeit abgebaut wird. Dadurch wird die Einschaltdauer des elektromagneti schen Verbrauchers verlängert, wodurch beispielsweise im Falle eines Kraftstoffeinspritzventils eine zu hohe Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Hierdurch ergeben sich ersichtlich nachteilige Folgen bezug lich des sparsamen Kraftstoffverbrauchs und der Vermeidung von die Umwelt belasteten Abgasen. Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß trotz des Auftretens der zuvor beschriebenen Fehlererschei nungen eine exakte Zumessung der notwendigen Kraftstoffmenge dadurch erreichbar ist, daß die an dem Schaltmittel 2 anliegende Spannung überwacht wird und daß bei Erkennung eines Fehlers infolge dieser Überwachung durch Beeinflussung der Ansteuermittel 3 mittels eines Korrektursignals die Einschaltdauer des Schaltmittels 2 derart ver ringert wird, daß nur die unbedingt notwendige Kraftstoffmenge zuge messen wird. Dazu wird die an dem Schaltmittel 2 anstehende Spannung dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Vergleichsmittels 6 zugeführt, an dessen invertierenden Eingangsanschluß die Spannung UREF einer Referenzspannungsquelle 11 angelegt ist. In einem alter nativen Ausführungsbeispiel kann gegebenenfalls in einer preisgün stigeren Version der Schaltungsanordnung anstelle einer besonderen Referenzspannungsquelle 11 eine Referenzspannung, beispielsweise durch einen nicht dargestellten Spannungsteiler auch unmittelbar aus der Betriebsspannung U abgeleitet werden. In dem Spannungsver gleichsmittel 6 werden die an dem Schaltmittel 2 anstehende Spannung und die Spannung UREF der Referenzspannungsquelle 11 miteinander verglichen. Überschreitet die an dem nicht invertierenden Eingangs anschluß des Spannungsvergleichsmittels 6 anstehende Spannung wäh rend des Abschaltens des elektromagnetischen Verbrauchers 1 durch das Schaltmittel 2 einen durch die Referenzspannungsquelle 11 vor gebbaren Sollwert, so liefert das Spannungsvergleichsmittel 6 an seinem Ausgangsanschluß 8 ein Ausgangssignal, das anzeigt, daß die Löscheinrichtungen ordnungsgemäß arbeiten oder daß ein Fehler vor liegt. Dieses Ausgangssignal wird einem Eingangsanschluß der Ansteu ermittel 3 zugeleitet, die einen Mikrorechner umfassen. Mit Hilfe des Mikrorechners kann dieses Ausgangssignal derart ausgewertet wer den, daß bei Erkennung eines Fehlerzustandes das Ansteuersignal für das Schaltmittel 2 beispielsweise im Sinne einer Verkürzung der Ein schaltdauer des Schaltmittels 2 beeinflußt wird. Da dieses Ausgangs signal am Ausgangsanschluß 8 des Spannungsvergleichsmittels 6 im wesentlichen nur unmittelbar während der Zeitdauer des Stromabbaus in dem elektromagnetischen Verbraucher 1 vorhanden ist, kann dieses Ausgangssignal in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zumindest zeitweilig gespeichert werden, um eine bessere Auswertung in dem Mikrorechner der Ansteuermittel 3 zu ermöglichen. Auf besonders vorteilhafte Art und Weise erfolgt diese zeitweilige Speicherung des Ausgangssignals in einem Speicherglied 9, das zwischen den Ausgangsanschluß 8 des Spannungsvergleichsmittels 6 und den Eingangsanschluß der Ansteuermittel 3 eingeschaltet ist. Beson ders vorteilhaft wird ein bistabiles Speicherglied 9 vorgesehen, das jeweils durch das an dem Ausgangsanschluß der Ansteuermittel 3 an stehende Einschaltsignal für das Schaltmittel 2 zurücksetzbar ist.

Fig. 3a zeigt einige charakteristische Signale der Schaltung nach Fig. 1 bei ordnungsgemäßer Funktion. Durch das Ansteuerspiel A am Steuereingang des Schaltmittels 2 wird das Schaltmittel 2 einge schaltet und die Spannung B fällt vom Wert der Versorgungsspannung U auf einen sehr kleinen Wert ab. Nach dem Abschalten des Schaltmit tels 2 steigt die Spannung B dann auf einen durch die Löscheinrich tung 4 begrenzten, über der Versorgungsspannung U liegenden Wert an, bis der Strom im Verbraucher 1 abgeklungen ist. Danach sinkt die Spannung B wieder auf den Wert der Versorgungsspannung U. Die Span nungsvergleichseinrichtung 6 vergleicht die gegebenenfalls über das RC-Glied R1-C1 gefilterte Spannung A bzw. C mit dem Referenzwert UREF der Referenzspannungsquelle 11 (Signal D) und liefert während des Anliegens der Löschspannung den Impuls im Signal E. Ist dagegen der Freilaufkreis nach Abschalten des Schaltmittels 2 aufgrund eines Fehlers kurzgeschlossen so steigt die Spannung am Punkt B nicht über den Wert der Versorgungsspannung U an und das Spannungsver gleichsmittel 6 liefert an seinem Ausgang (Punkt E) keinen Impuls. Der am Ausgang des Spannungsvergleichsmittels 6 nur während des Löschvorgangs (bei ordnungsgemäßer Funktion) anstehende Impuls kann durch das Speicherglied 9 beispielsweise bis zum nächsten Einschalten des Schaltmittels 2 zwischengespeichert werden (Signal F).

Der vollständige Abbau des Stromes in dem elektromagnetischen Ver braucher 1 erfordert eine beispielsweise von der Versorgungsspannung U, der Löschspannung und gegebenenfalls noch anderen Parametern ab hängige Zeitdauer, während der die Löschspannung anstehen muß. Das Vorhandensein der Löschspannung während dieser Mindestzeit wird zweckmäßig in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch sichergestellt, daß dem Spannungsvergleichsmittel 6 die an dem Schaltmittel 2 anstehende Spannung über ein frequenzabhängiges Glied, insbesondere ein RC-Glied zugeleitet wird. Dieses RC-Glied umfaßt gemäß Fig. 1 den Widerstand R1 und den Kondensator C1, deren Verbindungspunkt mit dem nicht invertierenden Anschluß des Span nungsvergleichsmittels 6 verbunden ist. Alternativ kann in einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dem Stromlaufplan der Fig. 2 die zeitliche Dauer des Ausgangssignals am Ausgangsanschluß 8 des Spannungsvergleichsmittels 6 auch dadurch erfaßt werden, daß zwischen die Spannungsvergleichsmittel 6 und die Ansteuermittel 3 eine monostabile Kippstufe 10 geschaltet ist. Durch die vorgebbare Zeitkonstante dieser monostabilen Kippstufe 10 kann erreicht werden, daß ein am Ausgangsanschluß 8 der Spannungsver gleichsmittel 6 anstehendes Ausgangssignal nur bei hinreichend lan ger Dauer am Eingangsanschluß der Ansteuermittel 3 ansteht. Fig. 4A zeigt die Signale an den Punkten E, F, G, H bei hinreichend langer, Fig. 4B bei zu kurzer Dauer.

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Ver brauchers (1) mit einer Serienschaltung des elektromagneti schen Verbrauchers (1) und eines Schaltmittels (2), mit An steuermitteln (3), zur Betätigung des Schaltmittels (2), und mit einem parallel zu dem elektromagnetischen Verbraucher (1) schaltbaren Freilaufkreis (5) oder einer parallel zu dem Schaltmittel (2) angeordneten Spannungsbegrenzungseinrich tung (4), dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Schaltmit tel (2) anliegende Spannung erfaßt und die erfaßte Spannung mit mindestens einem vorgebbaren Sollwert verglichen wird und daß in Abhängigkeit von dem festgestellten Differenzwert zwischen der gemessenen Spannung und dem mindestens einem vorgebbaren Sollwert eine Fehlfunktion des Freilaufkreises (5) und/oder der Spannungsbegrenzungseinrichtung (4) erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erkannten Fehlfunktion abhängig von dem Differenz wert zwischen der gemessenen Spannung und dem mindestens ei nem vorgebbaren Sollwert die Ansteuermittel (3) für das Schaltmittel (2) zum Zwecke der Verkürzung der Einschalt- oder der Ausschaltdauer des Schaltmittels (2) beeinflußt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Schaltmittel anliegende Spannung vor dem Ver gleich mit dem vorgebbaren Sollwert über ein Filterglied, insbesondere ein RC-Glied (R1, C1), geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das durch Vergleich zwischen der an dem Schaltmittel (2) anliegenden Spannung und dem vorgebbaren Sollwert gewonnene Ausgangssignal zumindestens zeitweilig gespeichert wird.

5. Einrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers (1) mit einer Serienschaltung des elektromagne tischen Verbrauchers (1) und eines Schaltmittels (2), mit Ansteuermitteln (3), zur Betätigung des Schaltmittels (2), und mit einem parallel zu dem elektromagnetischen Verbrau cher (1) schaltbaren Freilaufkreis (5) oder einer parallel zu dem Schaltmittel (2) angeordneten Spannungsbegrenzungs einrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgese hen sind, die an dem Schaltmittel (2) anliegende Spannung erfassen, und die erfaßte Spannung mit mindestens einem vor gebbaren Sollwert vergleichen und in Abhängigkeit von dem festgestellten Differenzwert zwischen der gemessenen Span nung und dem mindestens einem vorgebbaren Sollwert auf eine Fehlfunktion des Freilaufkreises (5) und/oder der Spannungs-Be grenzungseinrichtung (4) erkennen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß als Spannungsvergleichsmittel (6) ein Komparator vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch ge kennzeichnet, daß als Schaltmittel (2) ein Transistor vorge sehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß als Ansteuermittel (3) für die Schaltmit tel (2) ein Mikrorechner vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen das Schaltmittel (2) und einem Eingangsanschluß der Spannungsvergleichsmittel (6) ein RC-Glied (R1, C1) geschaltet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgangsanschluß der Span nungsvergleichsmittel (6) und einem Eingangsanschluß der An steuermittel (3) ein Speichermittel (9) und oder eine Kipp stufe (10) geschaltet ist.