Verfahren und Anordnung zum Steuern des Laststromes in einem Lastkreis mit einem induktiven Verbraucher, insbesondere mit einem Kraftstoffeinspritzventil

Abstract

 Zum Steuern der Einschaltzeiten des Laststromes in einem Last­kreis mit einer induktiven Last (1), insbesondere mit einem Kraftstoffeinspritzventil, wird ein Modell verwendet, das etwa dasselbe Zeitverhalten und dieselbe Abhängigkeit von der Höhe der Betriebsspannung wie der Lastkreis hat:
Dadurch kann auf einen Meßwiderstand im Lastkreis zur Erfassung des Stromistwertes verzichtet werden. Die Einschaltzeiten wer­den mit Hilfe monostabiler Kippglieder und spannungsabhängiger Ladekreise erzeugt. Die Einschaltsignale (SE) für mehrere Last­kreise können mit Hilfe von Verknüpfungsgliedern (5, 5′) von denselben Kippgliedern - Startsignalgeber (6), Taktgeber (7) - ­abgeleitet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Laststro­mes gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine zugehörige Anord­nung.

[0002] Bei einer aus der US-PS 4 180 026 bekannten Anordnung dieser Art liegt im Lastkreis ein Meßwiderstand, an dem ein dem Last­strom proportionaler Spannungsabfall entsteht, der als Istwert für eine Steuereinrichtung zum Steuern oder Regeln des Last­stromes dient.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mit einem solchen Widerstand verbundenen Nachteile, wie Leistungsverluste und niedrigeren Spitzenstrom, zu vermeiden.

[0004] Erfindungsgemäß gelingt dies mittels eines Modells, das etwa dasselbe Zeitverhalten und dieselbe Abhängigkeit von der Höhe der Spannung der den Lastkreis speisenden Spannungsquelle hat wie der Lastkreis und das zu Beginn des Einschaltsignals ge­startet wird und das das Ende des Einschaltsignals bestimmt. Die Erfindung geht davon aus, daß die das Zeitverhalten des Lastkreises bestimmenden Parameter - Widerstände, Induktivität - ­im wesentlichen konstant sind und somit das Zeitverhalten nur von der Betriebsspannung abhängig ist. Durch Nachbildung des Zeitverhaltens des Lastkreises mit Hilfe des Modelles erhält man so ohne Meßwiderstand im Lastkreis ein dem Laststrom pro­portionales Signal, das als Istwert zum Regeln, Steuern oder Begrenzen des Laststromes verwendet werden kann.

[0005] Vorzugsweise wird man als Modell einen Ladekreis mit einem elektrischen Speicher und einer Ladequelle (Spannungs- oder Stromquelle) verwenden und die Ladegröße (Spannung oder Strom) an dem Speicher mit einem Grenzwert vergleichen. Dabei kann entweder die von der Ladequelle gelieferte Quellgröße (Spannung oder Strom) bei konstantem Grenzwert oder dieser Grenzwert bei konstanter Quellgröße von der Betriebsspannung der Spannungs­quelle abhängig sein. Vorzugsweise ist die Quellgröße eine von der Betriebsspannung abhängige Spannung, mit der ein als Spei­cher dienender Kondensator aufgeladen wird. Grundsätzlich kann aber als Quellgröße auch ein Strom dienen, mit dem eine Spule als Speicher aufgeladen wird.

[0006] Das Zeitverhalten des Lastkreises läßt sich natürlich auch mit Hilfe eines Digitalrechners nachbilden.

[0007] Die Erfindung ermöglicht es auch, den Strom während der Dauer eines Schließsignales unterschiedlich einzustellen: Zum Bei­spiel kann man zu Beginn des Schließsignales ein Startsignal mit einer bestimmten Startdauer und anschließend intermittie­rend Taktsignale mit einer Taktdauer erzeugen, die kürzer als die Startdauer ist. Über die Einstellung der Startdauer und der Taktdauer läßt sich die Höhe des maximalen Einschaltstromes und eines niedrigeren Haltestromes bestimmen. Wenn mehrere indukti­ve Lasten, z.B. Einspritzventile, mit zeitlich versetztem Schließsignal angesteuert werden sollen, kann man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein einziges Modell zur Bestimmung der Startdauer und ein weiteres Modell zur Bestimmung der Takt­dauer verwenden. Die aus jeweils einem Startsignal und mehreren Taktsignalen zusammengesetzten Einschaltsignale für jede Last werden mit Hilfe logischer Verknüpfungsglieder gebildet.

[0008] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0009] Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zei­gen:

FIG 1 ein Diagramm mit Signal- und Stromverläufen,

FIG 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Steuerung von zwei Lastkreisen,

FIG 3 den Aufbau des in FIG 2 mit 6 bezeichneten Startsignal­gebers,

FIG 4 eine alternative Ausführungsform für den Startsignalge­ber,

FIG 5 den Zusammenhang zwischen der Startdauer TES und der Be­triebsspannung UB,

FIG 6 den Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis (Taktdauer TEn zu Taktperiodendauer T) und der Betriebsspannung UB, und

FIG 7 ein Signaldiagramm für die in FIG 2 angegebenen Signale bei zwei unterschiedlichen Betriebsspannungen UB.

[0010] FIG 1 zeigt in der ersten Zeile ein Schließsignal SS, dessen Dauer die Öffnungszeit eines Einspritzventiles bestimmt und dementsprechend aus Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine berechnet ist. Um eine möglichst kleine Anzugzeit des Ventils zu erreichen, soll der Laststrom i so schnell wie möglich auf einen vorgegebenen Sollwert iS1 ansteigen; nach Anzug des Ven­tils soll der Strom durch einen Schaltbetrieb um einen mittle­ren Haltestrom iH pendeln und dabei intermittierend auf einen niedrigeren Sollwert iS2 ansteigen.

[0011] Das hierfür erforderliche Einschaltsignal SE für einen Schalter im Laststromkreis des Einspritzventils ist in Zeile 2 darge­stelle; es setzt sich zusammen aus einem Startsignal SES mit der Startdauer TES und dann intermittierend anschließenden Taktsignalen SET mit der Taktdauer TEn. Die Taktsignale sind durch Taktpausen TP getrennt. Der Haltestrom iH hängt dabei vom Tastverhältnis, also dem Verhältnis der Taktdauer TEn zur Takt­periodendauer T ab.

[0012] In FIG 2 sind zwei identische Lastkreise mit je einer indukti­ven Last 1, 1′ in Form eines Einspritzventils und einem Schal­ter 2, 2′ dargestellt und an eine Spannungsquelle 4 angeschlos­sen.

[0013] Jeder Schalter 2, 2′ besteht im wesentlichen aus einem MOSFET 21, der mit Hilfe des Spannungsabfalles an einem Widerstand 23 durchgesteuert wird. Dieser Spannungsabfall entsteht jedesmal, wenn ein Transistor 22 durch das Einschaltsignal SE1,2 durchge­steuert wird: Dann fließt über diesen Transistor 22 ein Strom von einer nicht dargestellten Spannungsquelle mit der stabili­sierten Spannung UBS über den Widerstand 23. Eine Serienschal­tung 24 aus einer Diode und einer Zenerdiode schützt den MOSFET 21 gegen Abschaltüberspannung.

[0014] Jeder Last 1, 1′ ist ein Freilaufzweig 3, 3′ parallelgeschaltet, der im wesentlichen aus einer Freilaufdiode 32 und einem Tran­sistor 31 besteht. Letzterer wird über einen Transistor 33 je­weils durch das Schließsignal SS während der Dauer dieses Schließsignals durchgesteuert: Wenn daher der Schalter 2, 2′ in den Taktpausen TP offen ist, kann der Laststrom über den Frei­laufzweig weiterfließen.

[0015] Das Startsignal SES für beide Laststromkreise wird von dem Startsignalgeber 6 erzeugt, der in FIG 3 detaillierter darge­stellt ist. Er enthält ein monostabiles Kippglied 60, das im wesentlichen aus einem integrierten Kippkreis 600 (z.B. Type LM555 der Firma National Semiconductor) und einem als Startmo­dell wirkenden Ladekreis mit einem einstellbaren Widerstand 101 einer Entkopplungsdiode 602 und einem Kondensator 603 besteht. An dem Ladekreis liegt die - variable - Betriebsspannung UB. Der Kondensator 603 ist an den Schwelleneingang THR und den Entladeeingang DIS des Kippkreises 600 angeschlossen, dessen Eingänge NSN, RES einerseits und GRO andererseits an eine nicht dargestellte Spannungsquelle mit der stabilisierten Spannung UBS angeschlossen sind. Um den in FIG 5 dargestellten Kurvenver­lauf zu erhalten wird der Kondensator 603 zusätzlich über einen Widerstand 604 und eine Entkopplungsdiode 605 abhängig von der stabilisierten Spannung UBS aufgeladen.

[0016] Das Kippglied 60 ist triggerbar über einen Impuls am Trigger­eingang TRI: Dadurch wird am Ausgang OUT das Startsignal SES gesetzt und der Kondensator 603 über den Eingang DIS schnell entladen. Das Startsignal SES entfällt wieder, sobald die Span­nung an dem Kondensator 603 einen in dem Kippkreis 600 einge­stellten festen Grenzwert G erreicht; dies ist umso früher der Fall, je höher die Betriebsspannung UB ist (vgl. FIG 5).

[0017] Jedem Lastkreis ist ein bistabiles Kippglied 631, 632 zugeord­net, das über je ein Differenzierglied 61, 62 (RC-Glied) abhän­gig von dem zugehörigen Schließsignal SS1,2 ansteuerbar und mit der absteigenden Endflanke des Startsignals SES rücksetzbar ist.

[0018] Die Widerstände der Differenzierglieder 61, 62 liegen auch an zwei Eingängen eines NOR-Gliedes 64, dessen Ausgang mit dem Triggereingang TRI verbunden ist: Daher wird mit der Anstiegs­flanke des Schließsignals SS1 sowohl das Kippglied 631 und da­mit das Startsignal SES1 wie auch das Kippglied 60 gesetzt. Nach einer von UB abhängigen Zeit kippt das Kippglied 60 zurück und setzt damit auch über das Signal SES das Kippglied 631 zu­rück. In derselben Weise löst das Schließsignal SS2 ein von der Betriebsspannung UB abhängiges Startsignal SES2 aus.

[0019] Der Startsignalgeber kann auch die in FIG 4 dargestellte und mit 6′ bezeichnete Struktur haben. Es ist hier für jeden Last­kreis ein Kippglied 60 vorgesehen, das den gleichen Aufbau und dieselbe Funktion hat wie das Kippglied 60 in FIG 3. Jedes Kippglied liefert unmittelbar an seinem Ausgang OUT das Start­signal SES und wird mit Hilfe des Schließsignals SS über einen Inverter 641, 642 angesteuert.

[0020] Der Taktgeber 7 in FIG 2 besteht im wesentlichen aus einem asta­bilen Kippglied 71, das ein Generatorsignal SG mit bestimmter Taktfrequenz liefert. Mit dem Generatorsignal SG wird der Trig­gereingang eines monostabilen Kippgliedes 72 angesteuert, des­sen Aufbau wieder gleich ist dem des Kippgliedes 60 in FIG 3. Es unterscheidet sich lediglich durch eine andere Bemessung des Ladekreises, so daß das Kippglied 72 an seinem Ausgang ein Taktsignal SET mit einer Taktdauer TEn liefert, die kleiner als die Startdauer TES ist, die aber ebenfalls von der Betriebs­spannung UB abhängt (bei steigender Spannung fällt). Die Abhän­gigkeit des Taktverhältnisses (TEn dividiert durch T) von der Betriebsspannung UB ist in FIG 6 gezeigt.

[0021] Diese einfachste Ausführungsform hat eine Zunahme des Halte­stromes iH mit abnehmender Betriebsspannung UB zur Folge. Dies läßt sich vermeiden, wenn man mit einer konstanten, auf die Zeitkonstante des Laststromkreises abgestimmten Taktpause TP, d.h. mit variabler Frequenz des astabilen Kippgliedes 71 arbei­tet: Die Frequenz dieses Kippgliedes muß dann mit abnehmender Betriebsspannung fallen.

[0022] Aus dem Impulsdiagramm nach FIG 7 in Verbindung mit FIG 2 ist zu ersehen, daß mit Beginn des Schließsignals SS1 der Freilauf­zweig 3 unmittelbar und der Schalter 2 über das Einschaltsignal SE1 durchgeschaltet wird. SE1 besteht dabei zunächst aus dem Startsignal SES1, das der Startsignalgeber 6, angestoßen durch das Schließsignal SS1 über das ODER-Glied 51 liefert.

[0023] Nach dem Ende des Startsignals SES1 liefert der Taktgeber 7 Taktsignale SET1 über UND-Glied 52 und ODER-Glied 51, bis das Schließsignal SS1 am UND-Glied 52 entfällt und damit der Schal­ter 2 und der Freilaufkreis 3 wieder geöffnet werden.

[0024] Der zugehörige Verlauf des Laststromes i1 ist in der vorletzten Zeile der FIG 7 dargestellt.

[0025] An der rechten Hälfte der FIG 7 ist der Einfluß einer niedri­geren Betriebsspannung UB auf die Einschaltsignale SE ersicht­lich, deren Dauer größer ist als die der Einschaltsignale in der linken Hälfte der FIG 7 (bei höherer UB).

Ansprüche

1. Verfahren zum Steuern des Laststromes (i) in einem Last­kreis mit einer Spannungsquelle (4), einem Schalter (2, 2′) und einer induktiven Last (1, 1′), insbesondere einem Kraftstoff­einspritzventil, wobei die Einschaltdauer (TE) des Laststromes (i) jeweils durch die Länge eines Einschaltsignals (SE) be­stimmt ist, das endet, wenn der Laststrom einen Sollwert (iS) erreicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ende des Einschaltsignals (SE) durch ein Modell be­stimmt ist, das mit Beginn jedes Einschaltsignals (SE) gestar­tet wird und das etwa dasselbe Zeitverhalten und dieselbe Ab­hängigkeit von der Höhe der Betriebsspannung (UB) der Span­nungsquelle (4) hat wie der Lastkreis.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Einschaltsignal (SE) aus einem Startsignal (SES) und intermittierenden Taktsignalen (SET) besteht, die innerhalb eines Schließsignales (SS) liegen, wobei Einschaltdauer der Taktsignale (SET), nämlich die Takt­dauer (TEn), kleiner als die Einschaltdauer des Startsignales (SES), nämlich die Startdauer (TES), ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß den unterschiedlich langen Einschaltsignalen (SES, SET) je ein entsprechend eingestelltes Modell, nämlich ein Startmodell bzw. Taktmodell zugeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2 zur Steuerung von n Schaltern (1, 1′) in n Lastkreisen abhängig von diesen Schaltern zugeordneten Schließsignalen (SSn),
dadurch gekennzeichnet,
daß dasselbe Startmodell von jedem Schließsignal (SSn) angesto­ßen wird und die Länge aller Startsignale (SESn) bestimmt und daß dasselbe Taktmodell die Länge aller Taktsignale (SETn) be­stimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Taktsignale (SET) von einem Taktgeber (7) mit einem astabilen (71) und einem monostabilen (72) Kippglied geliefert werden, wobei das astabile Kippglied (71) die Taktfrequenz und das monostabile Kippglied (72) die Taktdauer (TEn) der Taktsi­gnale (SET) abhängig von der Betriebsspannung (UB) bestimmt.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Taktpause (TP) zwischen aufeinanderfolgenden Taktsigna­len (SET) konstant ist und die Taktfrequenz von der Betriebs­spannung (UB) abhängt.

6. Anordnung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Modell ein Ladekreis (601, 602, 603) mit einem elektri­schen Speicher (603) und einer Ladequelle (4) dient und die Auf­ladung des Speichers (603) mit Beginn jedes Einschaltsignales (SE) startet, daß das Einschaltsignal (SE) endet, wenn die La­degröße an dem Speicher gleich einem Grenzwert ist, wobei ent­weder die von der Ladequelle gelieferte Quellgröße bei konstan­tem Grenzwert oder der Grenzwert bei konstanter Quellgröße von der Betriebsspannung (UB) der Spannungsquelle (4) abhängt.

7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ladekreis einen Widerstand (601) und einen Kondensator (603) enthält und an die Spannungsquelle (4) angeschlossen ist, daß der Kondensator an den Entladeeingang (DIS) und den Schwel­leneingang (THR) eines Schaltkreises (600) angeschlossen ist, der mit dem Ladekreis ein monostabiles Kippglied (60) bildet, das durch ein Triggersignal setzbar ist, den Kondensator (603) entlädt und ein Einschaltsignal (SE) liefert, das endet, wenn die Spannung an dem Kondensator (603) einen festeingestellten Grenzwert erreicht.

8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei monostabile Kippglieder (60, 72) vorgesehen sind, und zwar in einen Startsignalgeber (6) und in einen Taktgeber (7), daß als Triggersignal für den Startsignalgeber (6) das Schließ­signal (SS) und für den Taktgeber (7) ein Generatorsignal (SG) von einem astabilen Kippglied (71) dient, daß jedem Schalter (1, 1′) in einem Lastkreis ein Verknüpfungsglied (5, 5′) vorge­schaltet ist, das während der Dauer des diesem Schalter zuge­ordneten Schließsignals (SSn) ein Einschaltsignal (SEn) zusam­mensetzt, das aus einem Startsignal (SESn) von dem einzigen Startsignalgeber (6) und nachfolgenden Taktsignalen (SETn) von dem einzigen Taktgeber (7) besteht.

9. Anordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Last (1, 1′) ein Freilaufzweig (3, 3′) parallelgeschal­tet ist, der während der Dauer des Schließsignales (SSn) des zugehörigen Schalters ebenfalls durchgeschaltet ist.

Zeichnung