EP0977230A2 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Schaltungsanordnung Download PDF

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EP0977230A2
EP0977230A2 EP99111235A EP99111235A EP0977230A2 EP 0977230 A2 EP0977230 A2 EP 0977230A2 EP 99111235 A EP99111235 A EP 99111235A EP 99111235 A EP99111235 A EP 99111235A EP 0977230 A2 EP0977230 A2 EP 0977230A2
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EP
European Patent Office
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activation
energy
coil
circuit arrangement
storage element
Prior art date
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EP99111235A
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Joseph A. Engel
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Delphi Technologies Inc
Original Assignee
Delphi Technologies Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • H01F7/1816—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current making use of an energy accumulator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils

Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for control an electromagnetic actuator with an activation coil with coil core, an activation switch for connection and disconnecting the activation coil with or from an energy source and a movably mounted, ferromagnetic actuator, which when closed Activation switch through that of the activation coil generated magnetic field from a rest position to an activation position is movable. Furthermore, the invention relates to a method for operating directed such a circuit arrangement.
  • Circuit arrangements of this type are used, for example, in motor vehicle engines used.
  • the actuator designed as an electromagnet controls the injection process via the movement of the control element the fuel injection pump.
  • the low tension of usual In the automotive sector 12 volts are very demanding compared to the dynamics of the injection process.
  • 12 volts are very demanding compared to the dynamics of the injection process.
  • a diesel engine in which the fuel is injected into the combustion chamber done under high pressure in addition to a quick Response speed requires large forces.
  • One way to charge the coil until it reaches the required To decrease current level could be the inductance and reduce the resistance of the coil. This would cause that after applying the operating voltage to the coil, the coil current increases significantly faster and the required current value in shorter Time is reached. However, in this case the coil current will ultimately assume significantly higher values than are required for operation, so that these artificially increased current values through separate control circuits must be limited again.
  • an energy storage element for Storage of magnetic auxiliary energy is provided that the energy storage element for transmission in the energy storage element stored auxiliary energy connected to the activation coil with this is and that a control unit is provided by which the time of Energy transfer is controllable.
  • the object of the method is achieved in that magnetic Auxiliary energy is stored in an energy storage element, the Stored magnetic auxiliary energy suddenly of the activation coil is supplied and at least from the time of energy supply Activation coil with the energy source via the activation switch is connected.
  • one is preferably designed as an auxiliary coil Energy storage element stored magnetic auxiliary energy, the suddenly transferred to the activation coil at the time of switching becomes.
  • This sudden transmission increases the coil current the activation coil accordingly quickly, so that the threshold the coil current which is required for the movement of the actuating element, is exceeded after a very short time.
  • the coil current through the energy source for example the motor vehicle battery, are supplied in sufficient amounts.
  • the energy storage element connected in series with the activation coil and over a charge switch connectable to the reference potential or by this separable. While the charging switch is closed, the energy storage element can powered by the power source and with the desired one Amount of energy to be charged.
  • the corresponding parameters such as time constant, inductance, etc. become experimental determined and dimensioned so that in the energy storage element stored energy is sufficient to transfer after transfer the activation coil the desired switching process, i.e. moving of the actuator.
  • the charging switch After reaching the desired auxiliary energy or a corresponding time the charging switch is opened, which means that in the Energy storage element stored energy suddenly on the in Series-connected activation coil is transmitted. It is only required the activation switch, which together with the activation coil and the energy source forms a circuit, before or at the latest is closed when the charging switch is opened, so that a current flow is possible through the activation coil.
  • a plurality of energy storage elements and / or a plurality can preferably be used Activation coils can be provided.
  • the auxiliary energy stored in one energy storage element to several, Activation coils connected in parallel are transmitted.
  • a capacitor to buffer the energy transfer generated high voltage provided.
  • the by the sudden Energy transmission high voltages are common converted to heat, which is undesirable in most cases is.
  • the capacitor provided according to the invention these voltage peaks are buffered and the corresponding energy is transmitted to the activation coil in a practically loss-free manner. It is also possible to buffer only a part of the voltage peaks, to use capacitors with lower capacities to be able to, so that the response of the circuit arrangement is only insignificantly deteriorated by the capacitors.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement 1 designed according to the invention on the input side via two relays 2, 3 with one as a DC voltage source 4 trained energy source connected.
  • Activation coils are on the output side of the circuit arrangement L2, L2 ', L3, L3' (hereinafter also referred to as injector coils) of a motor vehicle injection system connected. Via the injector coils L2, L2 ', L3, L3 'becomes, for example, the hydraulics of a diesel injection system during the injection process controlled by a control device, not shown.
  • the injector coils L2, L2 ', L3, L3' are each one side over as Activation switch T2, T2 ', T3, T3' with transistors connected.
  • the activation switches can also not from the shown control device can be turned on or off.
  • the coils L2 and L2 'or L3 and L3' are each parallel to each other switched and with their common connection points 5, 6 each via resistors 7, 8 at nodes 9, 10 within the circuit arrangement 1 connected.
  • the node 9 is on the one hand over a Capacitor C1 connected to ground, via a diode 11 with a between a charging coil L1 and a charging switch designed as a transistor T1 connected connection point 12 and via a further diode 13 and a resistor 14 connected in parallel thereto the relay 2 is connected to the DC voltage source 4.
  • the charging switch T1 While the end of the Charging coil L1 also via the relay 2 with the DC voltage source 4 is connected, the charging switch T1 is connected to ground.
  • the Charging switch T1 like the activation switches T2, T2 ', T3, T3' the control device, not shown, can be switched on and off.
  • the circuit part shown between node 10 and relay 3 fully corresponds to the one just described, between the Node 9 and the relay 2 lying circuit part.
  • FIG. 2a) shows the respective at the base of the transistors T1, T1 'applied switching voltage 15, Figure 2b) in the charging coils L1, L1 'flowing charging current 16, Figure 2c) on the activation switches T2, T2 ', T3, T3' applied switching voltage 17, Figure 2d) the injector current 18 flowing through the injector coils L2, L2 ', L3, L3' and FIG. 2e) shows the injector voltage applied to the injector coils L2, L2 ', L3, L3' 19th
  • the charging switches T1, T1 ' are acted upon by the control device at regular intervals or depending on the engine speed with the pulsed switching voltage 15.
  • T L which is defined by the width of the pulse of the charging voltage 15, these charging switches T1, T1 'are closed, so that the increasing charging current 16 shown in FIG. 2b) flows in the charging coils L1, L1'.
  • the activation switches T2, T2 ', T3, T3' are open during the charging time T L , since the switching voltage 17 is zero during this period. Because of the open activation switches T2, T2 ', T3, T3', the injector current 18 in the injector coils L2, L2 ', L3, L3 ' is zero during the charging time T L , as shown in FIG. 2d).
  • the start and the length of the charging time T L is chosen so that at the end of the charging time T L , ie at the time t 1 , sufficient energy is stored in the coils L1 and L1 'to enable a switching operation by the coils L2, L2' , L3, L3 'to trigger.
  • the switching voltage 17 is activated at the time t 1 , which corresponds, for example, to the desired injection time in a motor vehicle engine, so that the activation switches T2, T2 ', T3, T3' are closed, and the switching voltage 15 is set to zero almost simultaneously, so that the charging switches T1, T1 'open.
  • the charging coils L1, L1' are abruptly discharged, so that the energy stored in the charging coils L1, L1 'is transferred to the activation coils L2, L2', L3, L3 '. Since the activation coils L2, L2 ', L3, L3' are now connected to ground via the activation switches T2, T2 ', T3, T3', the injector current 18 increases very quickly in accordance with the steeply falling current curve 16 of the charging coils L1, L1 ' within a short time exceeds a threshold value I 0 of, for example, 3 amperes, which must be exceeded in order to move the actuating element, for example to control the injection pump of a diesel engine. In accordance with the rapidly increasing injector current 18, the injector voltage 19 also jumps to values from 100 to 150 volts.
  • a higher rise in injector voltage is caused by the capacitors C1, C1 'prevented, which are dimensioned as buffer elements so that all of the transmitted energy or at least a large part of this energy can be stored in the capacitors C1, C1 '.
  • the injector current of 5 amperes or more is supplied by the DC voltage source 4, so that up to a time t 3 the injector current 18 remains essentially constant or only drops slowly.
  • the switching voltage 17 is set to zero, so that the activation switches T2, T2 ', T3, T3' open and the injector current 18 decreases exponentially.
  • This decrease in injector current 18 is associated with a corresponding negative increase in injector voltage 19 to values down to -180 volts or more.
  • this stored auxiliary energy at the desired switching time on the actual activation coils is thus achieved that the essential for the switching process threshold value of the injector current is exceeded more quickly.
  • the signal profiles shown in FIG. 3 differ from the signal profiles according to FIG. 2 only in that the switching voltage 17 is not activated only at the time T1, but rather already when the switching voltage 15 is switched on. It is thereby achieved that during the charging time T L , in which the charging current 16 in the charging coils L1, L1 'rises to 12 amperes, the injector current 18 in the injector coils L2, L2', L3, L3 'also corresponds to the section 18' shown increases.
  • the injector current 18 ' rises very much more slowly than the charging current 16 during the charging time T L , so that at the end of the charging time T L at the time t 1 the injector current 18 reached a value of less than 2 amps. This value is not sufficient to trigger the desired switching process, for example the injection process.
  • the premature switching on of the switching voltage 17 generates an offset of the injector current 18, so that after the switching voltage 15 is switched off, the injector current 18 generated by the energy transmission is added to this offset.
  • the injector current 18 has a value increased by this offset compared to the current profile according to FIG. 2. Since in this way the limit current I 0 is exceeded somewhat earlier than in the current profile according to FIG. 2, the response speed of a circuit arrangement designed according to the invention can be further improved in this way.
  • the switching voltage 17 is active for so long that the falling edge of the charging current 16 occurs before the falling edge of the switching voltage 17 and, in addition, the activation time T A is long enough to initiate and complete the triggered process , for example fuel injection.

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Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans mit einer Aktivierungsspule mit Spulenkern, einem Aktivierungsschalter zum Verbinden und Trennen der Aktivierungsspule mit bzw. von einer Energiequelle und einem beweglich gelagerten, ferromagnetischen Stellelement, das bei geschlossenem Aktivierungaschalter durch das von der Aktivierungsspule erzeugte Magnetfeld von einer Ruheposition in eine Aktivierungsposition bewegbar ist, beschrieben. Erfindungsgemäß ist zur Speicherung magnetischer Hilfsenergie ein Energiespeicherelement vorgesehen, das für eine Übertragung der in dem Energiespeicherelement gespeicherten Hilfsenergie auf die Aktivierungsspule mit dieser verbunden ist. Weiterhin ist eine Steuereinheit vorgesehen, durch die der Zeitpunkt der Energieübertragung steuerbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans mit einer Aktivierungsspule mit Spulenkern, einem Aktivierungsschalter zum Verbinden und Trennen der Aktivierungsspule mit bzw. von einer Energiequelle und einem beweglich gelagerten, ferromagnetischen Stellelement, das bei geschlossenem Aktivierungsschalter durch das von der Aktivierungsspule erzeugte Magnetfeld von einer Ruheposition in eine Aktivierungsposition bewegbar ist. Weiterhin ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung gerichtet.
Schaltungsanordnungen dieser Art werden beispielsweise in Kraftfahrzeugmotoren verwendet. Das als Elektromagnet ausgebildete Betätigungsorgan steuert dabei über die Bewegung des Stellelements den Einspritzvorgang der Kraftstoffeinspritzpumpe. Der geringen Spannung von üblicherweise 12 Volt im Kraftfahrzeugbereich stehen dabei hohe Anforderungen an die Dynamik des Einspritzvorganges gegenüber. Insbesondere bei einem Dieselmotor, bei dem die Einspritzung des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum unter hohem Druck erfolgt, sind neben einer schnellen Ansprechgeschwindigkeit große Kräfte erforderlich.
Die Induktivität der verwendeten Spulen zu erhöhen, ist in der Regel nicht möglich, da zwar die erzeugbare Kraft dadurch ebenfalls erhöht wird, die Ladezeit für die Spulen und damit das Erreichen des Spulenstroms, ab dem das Stellelement bewegt wird, jedoch weiter vergrößert wird, so daß die Ansprechgeschwindigkeit unakzeptabel werden würde.
Eine Möglichkeit, die Ladezeit der Spule bis zum Erreichen der erforderlichen Stromhöhe zu verringern könnte darin bestehen, die Induktivität und den Widerstand der Spule zu verringern. Dies würde dazu führen, daß nach Anlegen der Betriebsspannung an die Spule der Spulenstrom deutlich schneller ansteigt und der erforderliche Stromwert in kürzerer Zeit erreicht wird. Allerdings wird in diesem Fall der Spulenstrom letztlich deutlich höhere Werte annehmen als sie für den Betrieb erforderlich sind, so daß diese künstlich erhöhten Stromwerte durch separate Steuerschaltungen wieder begrenzt werden müssen.
Gleiches gilt für die Möglichkeit, die an der Spule anliegende Spannung, beispielsweise durch DC-DC-Konverter zu erhöhen. Zwar wird auch in diesem Fall die Ansprechgeschwindigkeit des Systems erhöht, dies wird jedoch wiederum durch eine Erhöhung des Spulenstromes auf unerwünscht hohe Werte erreicht. Neben der in diesem Fall wiederum notwendigen Strombegrenzung sind auch die erforderlichen DC-DC-Konverter aufwendig, so daß diese Lösung auch aus Kostengründen nachteilig ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Reaktionszeit des angesteuerten elektromagnetischen Betätigungsorgans verringert wird, wobei die Schaltungsanordnung gleichzeitig einfach und kostengünstig aufgebaut sein soll. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltungsanordnung angegeben werden.
Ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Energiespeicherelement zur Speicherung magnetischer Hilfsenergie vorgesehen ist, daß das Energiespeicherelement für eine Übertragung der in dem Energiespeicherelement gespeicherten Hilfsenergie auf die Aktivierungsspule mit dieser verbunden ist und daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch die der Zeitpunkt der Energieübertragung steuerbar ist.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß magnetische Hilfsenergie in einem Energiespeicherelement gespeichert wird, die gespeicherte magnetische Hilfsenergie schlagartig der Aktivierungsspule zugeführt wird und zumindest ab dem Zeitpunkt der Energiezufuhr die Aktivierungsspule mit der Energiequelle über den Aktivierungsschalter verbunden wird.
Erfindungsgemäß wird somit in einem bevorzugt als Hilfsspule ausgebildeten Energiespeicherelement magnetische Hilfsenergie gespeichert, die zum Schaltzeitpunkt der Aktivierungsspule schlagartig auf diese übertragen wird. Durch diese schlagartige Übertragung steigt der Spulenstrom in der Aktivierungsspule entsprechend schnell an, so daß der Schwellenwert des Spulenstroms, der für die Bewegung des Stellelements erforderlich ist, nach sehr kurzer Zeit überschritten ist. Nach Abbau der Hilfsenergie in der Aktivierungsspule kann der Spulenstrom durch die Energiequelle, beispielsweise die Kraftfahrzeugbatterie, in ausreichender Höhe geliefert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Energiespeicherelement in Reihe mit der Aktivierungsspule geschaltet und über einen Ladeschalter mit dem Bezugspotential verbindbar bzw. von diesem trennbar. Während der Ladeschalter geschlossen ist, kann das Energiespeicherelement von der Energiequelle mit Strom versorgt und mit der gewünschten Energiemenge aufgeladen werden. Die entsprechenden Parameter, wie beispielsweise Zeitkonstante, Induktivität usw. werden experimentell ermittelt und so bemessen, daß die in dem Energiespeicherelement gespeicherte Energie ausreichend ist, um nach der Übertragung auf die Aktivierungsspule den gewünschten Schaltvorgang, d.h. das Bewegen des Stellelements, auszulösen.
Zu diesem Zweck wird nach Erreichen der gewünschten Hilfsenergie bzw. einer entsprechenden Zeit der Ladeschalter geöffnet, wodurch die in dem Energiespeicherelement gespeicherte Hilfsenergie schlagartig auf die in Reihe geschaltete Aktivierungsspule übertragen wird. Dabei ist lediglich erforderlich, daß der Aktivierungsschalter, der zusammen mit der Aktivierungsspule und der Energiequelle einen Stromkreis bildet, vor bzw. spätestens bei Öffnen des Ladeschalters geschlossen wird, damit ein Stromfluß durch die Aktivierungsspule möglich ist.
Bevorzugt können mehrere Energiespeicherelemente und/oder mehrere Aktivierungsspulen vorgesehen sein. Insbesondere kann dabei die jeweils in einem Energiespeicherelement gespeicherte Hilfsenergie auf mehrere, parallel geschaltete Aktivierungsspulen übertragen werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Verbindungsstelle zwischen dem Energiespeicherelement und der Aktivierungsspule ein Kondensator zur Pufferung der bei der Energieübertragung erzeugten hohen Spannung vorgesehen. Die durch die schlagartige Energieübertragung entstehenden hohen Spannungen werden üblicherweise in Wärme umgewandelt, was in den meisten Fällen unerwünscht ist. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Kondensator werden diese Spannungsspitzen gepuffert und die entsprechende Energie wird praktisch verlustlos kontrolliert an die Aktivierungsspule übertragen. Dabei ist es auch möglich, nur einen Teil der Spannungsspitzen zu puffern, um auf diese Weise Kondensatoren mit geringeren Kapazitäten einsetzen zu können, so daß das Ansprechverhalten der Schaltungsanordnung durch die Kondensatoren nur unwesentlich verschlechtert wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:
Figur 1
ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltungsanordnung,
Figur 2
schematische Strom- bzw. Spannungsverläufe bei der Verwendung der Schaltung nach Figur 1 und
Figur 3
weitere schematische Strom- bzw. Spannungsverläufe bei der Verwendung einer Schaltung nach Figur 1.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Schaltungsanordnung 1 eingangsseitig über zwei Relais 2, 3 mit einer als Gleichspannungsquelle 4 ausgebildeten Energiequelle verbunden.
Ausgangsseitig sind an die Schaltungsanordnung 1 Aktivierungsspulen L2, L2', L3, L3' (im folgenden auch Injektorspulen genannt) eines Kraftfahrzeugeinspritzsystems angeschlossen. Über die Injektorspulen L2, L2', L3, L3' wird beim Einspritzvorgang beispielsweise die Hydraulik eines Dieseleinspritzsystems über eine nicht dargestellte Steuervorrichtung gesteuert.
Die Injektorspulen L2, L2', L3, L3' sind jeweils mit einer Seite über als Transistoren ausgebildete Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' mit Masse verbunden. Die Aktivierungsschalter können dabei ebenfalls von der nicht dargestellten Steuervorrichtung ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Die Spulen L2 und L2' bzw. L3 und L3' sind jeweils parallel zueinander geschaltet und mit ihren gemeinsamen Verbindungspunkten 5, 6 jeweils über Widerstände 7, 8 an Knotenpunkte 9, 10 innerhalb der Schaltungsanordnung 1 angeschlossen. Der Knotenpunkt 9 ist zum einen über einen Kondensator C1 gegen Masse geschaltet, über eine Diode 11 mit einem zwischen einer Ladespule L1 und einem als Transistor ausgebildeten Ladeschalter T1 gelegenen Verbindungspunkt 12 verbunden sowie über eine weitere Diode 13 und einen dazu parallel geschalteten Widerstand 14 über das Relais 2 an der Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen.
Während das von dem Verbindungspunkt abgewandt liegende Ende der Ladespule L1 ebenfalls über das Relais 2 mit der Gleichspannungsquelle 4 verbunden ist, ist der Ladeschalter T1 gegen Masse gelegt. Dabei kann der Ladeschalter T1, wie bereits die Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' über die nicht dargestellte Steuervorrichtung ein- und ausgeschaltet werden.
Der zwischen dem Knotenpunkt 10 und dem Relais 3 dargestellte Schaltungsteil entspricht vollständig dem soeben beschriebenen, zwischen dem Knotenpunkt 9 und dem Relais 2 liegenden Schaltungsteil.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung 1 wird im folgenden anhand der in Figur 2a) bis e) dargestellten Strom- bzw. Spannungsverläufe naher beschrieben. Dabei zeigt Figur 2a) die jeweils an der Basis der Transistoren T1, T1' anliegende Schaltspannung 15, Figur 2b) den in den Ladespulen L1, L1' fließenden Ladestrom 16, Figur 2c) die an den Aktivierungsschaltern T2, T2', T3, T3' anliegende Schaltspannung 17, Figur 2d) den durch die Injektorspulen L2, L2', L3, L3' fließenden Injektorstrom 18 und Figur 2e) die an den Injektorspulen L2, L2', L3, L3' anliegende Injektorspannung 19.
Im Normalbetriebszustand, d.h. beispielsweise nach Einschalten der Zündung eines entsprechenden Kraftfahrzeuges, sind die Relais 2, 3 geschlossen.
Die Ladeschalter T1, T1' werden durch die Steuervorrichtung in regelmäßigen Abständen bzw. abhängig von der Motordrehzahl mit der impulsförmigen Schaltspannung 15 beaufschlagt. Während der Ladezeit TL, die durch die Breite des Pulses der Ladespannung 15 definiert ist, sind diese Ladeschalter T1, T1' geschlossen, so daß in den Ladespulen L1, L1' der in Figur 2b) dargestellte ansteigende Ladestrom 16 fließt. Die Induktivitäten der Ladespulen L1, L1' sind dabei jeweils so gewählt, daß der Ladestrom 16 in kurzer Zeit sehr hoch wird und beispielsweise wie in Figur 2b) dargestellt, während der Ladezeit TL 12 Ampere erreicht.
Die Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' sind während der Ladezeit TL offen, da die Schaltspannung 17 während dieses Zeitabschnittes gleich Null ist. Aufgrund der offenen Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' ist der Injektorstrom 18 in den Injektorspulen L2, L2', L3, L3' während der Ladezeit TL gleich Null, wie es in Figur 2d) dargestellt ist.
Aufgrund des ansteigenden Ladestrom 16 in den Ladespulen L1, L1' wird während der Ladezeit TL in diesen Ladespulen L1, L1' eine Energie WL = 0,5 x L x i2 gespeichert, wobei L die jeweilige Induktivität der Spule und i der jeweils durch die Spule fließende Strom ist.
Der Beginn sowie die Länge der Ladezeit TL wird so gewählt, daß am Ende der Ladezeit TL, d.h. zum Zeitpunkt t1, in den Spulen L1 bzw. L1' ausreichend Energie gespeichert ist, um einen Schaltvorgang durch die Spulen L2, L2', L3, L3' auszulösen. Dazu werden zum Zeitpunkt t1, der beispielsweise dem gewünschten Einspritzzeitpunkt bei einem Kraftfahrzeugmotor entspricht, zum einen die Schaltspannung 17 aktiviert, so daß die Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' geschlossen werden, und nahezu gleichzeitig die Schaltspannung 15 auf Null gesetzt, so daß die Ladeschalter T1, T1' öffnen.
Durch das Öffnen der Ladeschalter T1, T1' werden die Ladespulen L1, L1' abrupt entladen, so daß die in den Ladespulen L1, L1' gespeicherte Energie auf die Aktivierungsspulen L2, L2', L3, L3' übertragen wird. Da die Aktivierungsspulen L2, L2', L3, L3' nun über die Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' gegen Masse geschaltet sind, steigt entsprechend der steil abfallenden Stromkurve 16 der Ladespulen L1, L1' der Injektorstrom 18 sehr schnell an und überschreitet dabei innerhalb kurzer Zeit einen Schwellenwert I0 von beispielsweise 3 Ampere, der zum Bewegen des Stellelements, beispielsweise zum Ansteuern der Einspritzpumpe eines Dieselmotors, überschritten werden muß. Entsprechend dem schnell ansteigenden Injektorstrom 18 springt auch die Injektorspannung 19 sprunghaft auf Werte von 100 bis 150 Volt an.
Ein höheres Ansteigen der Injektorspannung wird durch die Kondensatoren C1, C1' verhindert, die als Pufferelemente so dimensioniert sind, daß die gesamte übertragene Energie oder zumindest ein Großteil dieser Energie in den Kondensatoren C1, C1' gespeichert werden kann.
Nach Übertragung der gesamten Energie von den Ladespulen L1, L1' auf die Injektorspulen L2, L2', L3, L3' zum Zeitpunkt t2 wird der erreichte Injektorstrom von 5 Ampere oder mehr von der Gleichspannungsquelle 4 geliefert, so daß bis zu einem Zeitpunkt t3 der Injektorstrom 18 im wesentlichen konstant bleibt oder nur langsam abfällt.
Zum Zeitpunkt t3 wird die Schaltspannung 17 auf Null gesetzt, so daß die Aktivierungsschalter T2, T2', T3, T3' öffnen und der Injektorstrom 18 exponentiell abnimmt. Diese Abnahme des Injektorstroms 18 ist mit einer entsprechenden negativen Zunahme der Injektorspannung 19 auf Werte bis -180 Volt oder mehr verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Vorspeicherung von Hilfsenergie und Übertragung dieser gespeicherten Hilfsenergie zum gewünschten Schaltzeitpunkt auf die eigentlichen Aktivierungsspulen wird somit erreicht, daß der für den Schaltvorgang erforderliche Schwellenwert des Injektorstroms wesentlich schneller überschritten wird. Dabei ist eine separate Strombegrenzung nicht erforderlich, da durch Öffnen der Ladeschalter L1, L1' der Ladestrom 16 automatisch unterbrochen wird und der Aktivierungsstrom 18 in den Aktivierungspulen L2, L2', L3, L3' durch die Gleichspannungsquelle 4 auf dem gewünschten Niveau gehalten wird.
Die in Figur 3 dargestellten Signalverläufe unterscheiden sich von den Signalverläufen gemäß Figur 2 lediglich dadurch, daß die Schaltspannung 17 nicht erst zum Zeitpunkt T1, sondern bereits mit Einschalten der Schaltspannung 15 aktiviert wird. Dadurch wird erreicht, daß während der Ladezeit TL, in der der Ladestrom 16 in den Ladespulen L1, L1' auf 12 Ampere ansteigt, auch der Injektorstrom 18 in den Injektorspulen L2, L2', L3, L3' entsprechend dem dargestellten Abschnitt 18' ansteigt. Aufgrund der gewählten Dimensionierung der Induktivitäten der Injektorspulen L2, L2', L3, L3' steigt der Injektorstrom 18' während der Ladezeit TL sehr viel langsamer an als der Ladestrom 16, so daß am Ende der Ladezeit TL zum Zeitpunkt t1 der Injektorstrom 18 einen Wert von unter 2 Ampere erreicht. Dieser Wert ist nicht ausreichend, um den gewünschten Schaltvorgang, beispielsweise den Einspritzvorgang, auszulösen.
Allerdings wird durch das vorzeitige Einschalten der Schaltapannung 17 ein Offset des Injektorstroms 18 erzeugt, so daß nach Abschalten der Schaltspannung 15 der durch die Energieübertragung erzeugte Injektorstrom 18 zu diesem Offset addiert wird. Dadurch besitzt zum Zeitpunkt t2 der Injektorstrom 18 gegenüber dem Stromverlauf nach Figur 2 einen um diesen Offset erhöhten Wert. Da auf diese Weise das Überschreiten des Grenzstroms I0 etwas früher stattfindet als bei dem Stromverlauf gemäß Figur 2, kann auf diese Weise die Ansprechgeschwindigkeit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltungsanordnung weiter verbessert werden.
Bezüglich des durch die Steuervorrichtung einzuhaltenden Timings ist lediglich wesentlich, daß die Schaltspannung 17 so lange aktiv ist, daß die abfallende Flanke des Ladestroms 16 vor der abfallenden Flanke der Schaltspannung 17 auftritt und zusätzlich die Aktivierungszeit TA ausreichend lang zum Anstoßen und Abschließen des angesteuerten Vorgangs, beispielsweise der Kraftstoffeinspritzung, ist.
Bezugszeichenliste
1
Schaltungsanordnung
2
Relais
3
Relais
4
Spannungsquelle
5
Verbindungspunkt
6
Verbindungspunkt
7
Widerstand
8
Widerstand
9
Knotenpunkt
10
Knotenpunkt
11
Diode
12
Verbindungspunkt
13
Diode
14
Widerstand
15
Schaltspannung
16
Ladestrom
17
Schaltspannung
18
Injektorstrom
19
Injektorspannung
L1
Ladespule
L1'
Ladespule
L2
Injektorspule
L2'
Injektorspule
L3
Injektorspule
L3'
Injektorspule
T1
Ladeschalter
T1'
Ladeschalter
T2
Aktivierungsschalter
T2'
Aktivierungsschalter
T3
Aktivierungsschalter
T3'
Aktivierungsschalter
C1
Kondensator
C1'
Kondensator
TL
Ladezeit
TA
Aktivierungszeit

Claims (14)

  1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans mit einer Aktivierungsspule (L2, L2', L3, L3') mit Spulenkern, einem Aktivierungsschalter (T2, T2', T3, T3') zum Verbinden und Trennen der Aktivierungsspule (L2, L2', L3, L3') mit bzw. von einer Energiequelle (4) und einem beweglich gelagerten, ferromagnetischen Stellelement, das bei geschlossenem Aktivierungsschalter (T2, T2', T3, T3') durch das von der Aktivierungsspule (L2, L2', L3, L3') erzeugte Magnetfeld von einer Ruheposition in eine Aktivierungsposition bewegbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Energiespeicherelement (L1, L1') zur Speicherung magnetischer Hilfsenergie vorgesehen ist, daß das Energiespeicherelement (L1, L1') für eine Übertragung der in dem Energiespeicherelement gespeicherten Hilfsenergie auf die Aktivierungsspule (L2, L2', L3, L3') mit dieser verbunden ist und daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, durch die der Zeitpunkt der Energieübertragung steuerbar ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Energiespeicherelement (L1, L1') als Spule ausgebildet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Energiespeicherelement (L1, L1') in Reihe mit der Aktivierungsspule (L2, L2', L3, L3') geschaltet und über einen Ladeschalter (T1, T1') mit dem Bezugspotential verbindbar bzw. von diesem trennbar ist.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Energiequelle (4) als Spannungsquelle, insbesondere als Gleichspannungsquelle, ausgebildet ist, die vorzugsweise eine Spannung von ca. 3 bis ca. 50 V, insbesondere von ca. 12 oder ca. 24 V liefert.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Aktivierungsschalter (T2, T2', T3, T3') und/oder der Ladeschalter (T1, T1') als Transistor ausgebildet ist.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an der Verbindungsstelle (9, 10) zwischen dem Energiespeicherelement (L1, L1') und der Aktivierungsspule (L2, L2', L3, L3') ein Kondensator (C1, C1') zur Pufferung der bei der Energieübertragung erzeugten hohen Spannung vorgesehen ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kondensator (C1, C1') gegen das Bezugspotential oder gegen die Batteriespannung geschaltet ist, insbesondere daß mehrere Kondensatoren (C1, C1') vorgesehen sind, die gegen das Bezugspotential und/oder gegen die Batteriespannung geschaltet sind.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere Energiespeicherelemente (L1, L1') vorgesehen sind.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere Aktivierungsspulen (L2, L2', L3, L3') vorgesehen sind.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jeweils ein Energiespeicherelement mit mehreren, insbesondere parallelgeschalteten Aktivierungsspulen verbunden ist.
  11. Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Betätigungsorgans mit einer Aktivierungsspule mit Spulenkern, einem Aktivierungsschalter zum Verbinden und Trennen der Aktivierungsspule mit bzw. von einer Energiequelle und einem beweglich gelagerten, ferromagnetischen Stellelement, das bei geschlossenem Aktivierungsschalter durch das von der Aktivierungsspule erzeugte Magnetfeld von einer Ruheposition in eine Aktivierungsposition bewegbar ist, insbesondere für eine Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei in einem Energiespeicherelement dem magnetische Hilfsenergie gespeichert wird, die gespeicherte magnetische Hilfsenergie schlagartig der Aktivierungsspule zugeführt wird und zumindest ab dem Zeitpunkt der Energiezufuhr die Aktivierungsspule mit der Energiequelle über den Aktivierungsschalter verbunden wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Hilfsenergie so groß gewählt wird, daß der aufgrund der übertragenen Hilfsenergie in der Aktivierungsspule fließende Strom ein Magnetfeld erzeugt, durch das das Stellelement von der Ruheposition in die Aktivierungsposition bewegt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Aktivierungsspule bereits vor Beginn der Energieübertragung, insbesondere im wesentlichen ab dem Zeitpunkt der Speicherung der Hilfsenergie in dem Energiespeicherelement, über den Aktivierungsschalter mit der Energiequelle verbunden wird.
  14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für die Ansteuerung einer Einspritzanlage, insbesondere für die Hydraulik einer Einspritzanlage eines Diesel-, Otto- oder Zweitaktmotors.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010050724B4 (de) * 2010-05-14 2016-09-01 Mitsubishi Electric Corp. Fahrzeugmotor-Steuersystem

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7098458B2 (en) 2003-06-07 2006-08-29 Zeiss Optronik Gmbh System and method for generating three-dimensional image displays

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2913576A1 (de) * 1978-05-01 1979-11-08 Bendix Corp Steuerschaltung fuer induktive verbraucher
GB2124044B (en) * 1982-07-10 1986-03-05 Lucas Ind Plc Power supply circuit
JPS61140114A (ja) * 1984-12-12 1986-06-27 Koushinraido Hakuyo Suishin Plant Gijutsu Kenkyu Kumiai 電磁石駆動装置
IT1182673B (it) * 1985-11-12 1987-10-05 Iveco Fiat Dispositivo atto a trasferire in modo rapido una corrente in un carico di tipo induttivo
DE3623908A1 (de) * 1986-07-15 1988-01-21 Spinner Gmbh Elektrotech Steuerschaltung fuer die magnetspule eines elektromagneten
DE3904605A1 (de) * 1989-02-16 1990-08-23 Bosch Gmbh Robert Schaltungsanordnung und verfahren fuer das beschleunigte schalten von elektromagnetischen verbrauchern
JPH0626589A (ja) * 1992-05-11 1994-02-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電磁弁駆動装置
JPH06292398A (ja) * 1993-02-05 1994-10-18 Komatsu Ltd 誘導負荷駆動装置
JPH074291A (ja) * 1993-06-18 1995-01-10 Toyota Motor Corp 燃料噴射弁駆動装置
JP3596205B2 (ja) * 1996-03-22 2004-12-02 株式会社デンソー 電磁弁駆動装置
JPH1022124A (ja) * 1996-07-02 1998-01-23 Zexel Corp 電磁負荷駆動装置
DE19632872C2 (de) * 1996-08-14 1998-08-13 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern eines kapazitiven Stellgliedes
JPH10288336A (ja) * 1997-04-16 1998-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 遮断弁駆動回路
JP3268245B2 (ja) * 1997-11-04 2002-03-25 本田技研工業株式会社 電磁弁駆動回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010050724B4 (de) * 2010-05-14 2016-09-01 Mitsubishi Electric Corp. Fahrzeugmotor-Steuersystem

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