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Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmotoren Die Erfindung betrifft
ein Kraftstofieinspritzsystem für Brennkraftmotoren. Ein System dieser Art ist aus
der britischen Patentschrift 1 244 630 bekannt.
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Das dort beschriebene System bezieht sich auf einen Sechszylindermotor,
bei dem die Zylinder in drei Zylindern pro Gruppe angeordnet sind, wobei jede Gruppe
durch eine getrennte Kraftstoffeinspritzung versorgt wird. Um die beider kraftstoffeinspritzungen
zu betätigen, sind zwei getrennte Schnellumkehrschalt-Uriggerschaltungen vorgesehen,
die die Hubmagneten synchron zum Motor ein- und ausschalten, wobei die Triggerschaltungen
Jeweils durch eine Vorrichtung gesteuert werden, die die erforderlichen Spannungsimpulse
erzeugt, um die Triggerschaltungen zu betreiben.
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Insbesondere ist dort eine Vorrichtung beschrieben, um den Tjubmagne
ten eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Brennkraftmotors schnell zu schalten,
um damit die Sollmenge an Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen, wobei eine Halbleitervorrichtung,
die aus Infrarotstrahlune anspricht, eingeschaltet wird, wenn die Strahlung darauf
einwirkt, und die ausgeschaltet wird, wenn die Strahlung ausgeblendet wird, und
zwar mit Hilfe eines Elements, das gegen Infrarot strahlung undurchlässig iet, die
von einer Infrarotquelle kommt, und die zwischen der Quelle und der Halbleitervorrichtung
sitzt, wobei das undurchlässige element mindestens ein frooh aufweist und synohron
zu den Drehungen des Motors bewegt wird. Der Ausgang von der Halbleitervorrichtung
wird einem Verstärk@er zugeleitet, der mindestens zwei Transistoren hat, die in
Kaskade geschaltet sind und zum Schalten umgekehrt zueinender
eingerichtet
sind, derart, daß zu Jedem Zeitpunkt immer ein Transistor leitet. Bin Leistungstransistor
ist alt dem Ausgang des Verstärkers verbunden, um umgekehrt zum vorgeschalteten
Transistor des Verstärkers geschaltet zu werden, und or ist derart alt des Hubmagneten
zusammengeschaltet, daß jedesmal dann, wenn ein Strahl auf die Halbleitervorrichtung
fällt und von ihr ausgeblendet wird, die transistorisierte Verstärkerschaltung und
der Leistungstransistor ein Schnell schalten des Hubmagneten bewirken, um die Sollmenge
an Kraftstoff in einen Zylinder des Brennkraftmotorg einzuspritzen, und zwar entsprechend
der Zeit, während der die Ralbleitervorrichtung einer Infrarotstrahlung ausgesetzt
ist.
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lieses System wird nachstehend als ein Kraftstoffeinspritzdsystem
der genannten Art bezeichnet, und es hat viele Vorteile gegenüber den bekannten
Systemen, die entweder auf mechanische Kontaktunterbrecher zur Lieferung der Triggerspannung
oder auf magnetische Trigger basieren.
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Der bri'indung liegt'die Aufgabe zugrunde, die Triggerschaltung derart
zu verbessern, daß der Wirkungsgrad verbessert wird und die Bauteile vor einem Ausfall
geschützt werden, die durch Einschaltstöße ausgelöst werden, welche während des
Sin- und Ausschaltens des Hubmagneten induziert werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der beschriebenen
Art vorgesehen, bei dem die Leistungsstufe zwei Transistoren umfaßt, die als ein
Darlington-Paar angeordnet sind, und es ist dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur
Verlangsamung der Schaltgeschwindigkeit der Transistoren vorgesehen sind und daß
Mittel zur Verhinderung des Erscheinens der induzierten Spannung an den Letstunstransistoren
über einen Sollwert hinaus vorgesehen sinc.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeihnungen sind: Sig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung zur Erzeugung von Spannungsimpulsen Für ein Schnellschalten zweier
Hubmagneten
eines Kraftstoffeinspritzsystems für einen Sechzylinder-Brennkraftmotor,
Fig. 2 die Varstelllung der Scheibe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und lig.
3 eine Darstellung der Schaltung einer Hälfte eines elektronischecn Triggers zum
Erregen des Hubmagneten einer Kraftstoffeinspritzung für einen der Infrarotdetektoren
in der in Fig 1 gezeigten Vorrichtung, wobei die Schaltung zum Betrieb der anderen
Kraftstoffeinspritzung vom anderen Infrartordetektor identisch ist.
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In Fig. 1 und 2, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zur Erzeugung der Spannungsimpulse für ein Schnell schalten der Hubmagneten
gezeigt ist, weist die Torrichtung ein becherförmiges Gehäuse 82, eine lichtundurchlässige
Scheibe 84 auf, die auf einer Welle 86 sitzt welohe von der Nockenwelle des Motors
angetrieben ist. Die Welle 86 iet innerhalb des Gehäuses 82 mittels eines Lagers
87 gelagert.
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Die Scheibe 84 ist mit einem einzigen V-förmigen Schlitz 88 versehen,
der in den Umfang der Scheibe eingeschnitten ist. Zu beachten ist, daß die Seiten
des V-förmigen Schlitzes 88 nicht radial der Mitte der Scheibe gegenüber angeordnet
sind, vielmehr unter einem Winkel dazu liegen, so daß der Boden des V-förmigeen
Schlitzes, der leicht gekrtimmt ist, erheblich vor dem Mittelpunkt der Schere endet.
Zur Drehung innerhalb des becherförmigen Gehäuses 82 ist eine Scheibe 89 gelagert.
Zwei Festkörper-Infrarotstrahlenquellen 46 und 46', beispielsweise Galliumarsenidlampen,
und zwei strahlungsempfindliche Halbleitervorrichtungen 48 und 48', beispielsweise
Phototransistoren, belnden sich auf gegenüberliegenden Enden von jeweils quadratiscn
C-förmigen Teilen 85 und 85', die in die Scheibe 89 verkeilt sind und auf der scheibe
89 radial verschiebbar sind.
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Diese Beiden Teile 85 und 85' sind diametral gegenüberliegende angeordnet
Mit dem Drehen der Scheibe 84 durch die Nockenwelle des Motors werden die-strahlungsempfindlichen
Elemente 48 und 48' durch die Infrarotbestrahlung von den betreffenden Festkörper-Quellen
40 und 46' belichtet, und zwar jedesmal dann, wenn sie von dem V-förmigen Solditz
88 freigelegt werden. Wenn wie Infra##otstrahlung auf die strahlungsempfindlichen
Elemente
48 oder 48' fällt, wird das letztere jeweils erregt, um
die Funktion der betreffenden transistorisierten Kraftstoffeinspritzschaltung einzuleiten,
die im einzelnen unter Bezugnahme auf fig. 3 beschrieben wird. Die Kraftstoffmenge,
die in den Zylinder eingespritzt wird, hängt von dem Winkel ab, der in der Mitte
der Scheibe 84 von einem Bogen zwisschen Punkten zu beiden Seiten des schlitzes
8 eingeschlossen wird, wobei der Bogen einen Radius hat, der gleiche der Entfernung
der Phototransistoren 48 und 4J' und aer Galliumarsenidlampen 46 und 46' von der
Mitte der Scheibe ist.
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Um die Kraftstoffmenge zu andern, die in einen Zylinder eingespritzt
wird, und um ein Vorlaufen oder Nachlaufen der Kraftstoffeinspritzung zu arreicnen,
um einen Ausgleich für unterschiedliche Motordrehzahlen undjoder Lasten zu schaffen,
können die quadratischen C-förmigen Teile 85 oder 83' entweder radial der Scheibe
89 gegenüber, d.h. innerhalb eines Keilschlitzes, wie vorstehend erwähnt, oder um
den Umfang herum bewegt werden, indem die Scheibe 89 dem Gehäuse 82 gegenüber #gedreht
wird. Im ersteren Fall sind die scheinbaren Positionen der Ingrarotquellen 46 und
46' und der strahlungsempfindlichen Elemente 48 - 48' längs der Linien Y-Y der Scheibe
84 gegenüber versetzt. In Anbetracht der Tatsache, daß die Seiten des Schlitzes
88 nicht radial sind, wird der Winkel, den der Bogen des Schlitzes 88 zur Mitte
der Scheibe 84 einschließt, anverkleinert, da die Sichtlinie radial nach innen wandert
und damit die eingespritzte Kraftstoffmenge reduziert wird. Im letzteren Fall werden
die anscheinenden Positionen der Infrarotquellen 46 und 46' und der strahlungsempfindlichen
Quellen 48 und 48' längs der Linien Z-Z der Scheibe 84 gegenüber versetzt, um für
eine ecnte Nacheilung oder einen echten Vorlauf des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung
zu sorgen.
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In Fig. 3 ist das elektronische System für jede Einspritzung gezeigt,
die vollkommen getrennt ist, auger daß beide durch die 12-Volt-Batterie erregt werden,
wobei die Bauteile in jedem Teii i@cntisch sind. Die Spannung für die Galliumarsenidlampe
46 geht
über einen Widerstand 52 und wird durch ein@ Tener@iode Z stabilisiert. Ein Widerstand
51
ist in Reihe mit der Lampe 46 geschaltet, und beide sind zur Zenerdiode Z parallelgeschaltet.
Der Phototransistor 48 ist in Reihe mit einem Widerstand 53 geschaltet, die erneut
zuir Zenerdiode Z parailelgeschaltet sind. Eine Diode 100 ist zum Emissionselektroden-Kollektorweg
des Transistors 48 parallelgeschaltet, um ein sauberes Schalten sicherzustellen.
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Der umgekehrt schaltende Verstärkerteil des systems weist drei kaskadenförmig
angeordnete Transistoren 61, 62 und 64 für die erste Hälfte der Schaltung und entsprechende
Transistoren für die zweite hälfte der Schaltung auf (nicht dargestellt). Der Eingang
zur Steuerelektrode des ersten Transistorg61 kommt direkt von dem Kollektor des
Photogtransistors 48. Dieser Teil der Schaltung weist auch Widerstände 67, 68 und
70 auf, die jeweils in die Kollektorkreise der betreffenden Transistoren 61, 62
und 64 geschaltet sind. Ein Widerstand 101 ist zwischen den Kollektor des Transistors
62 und die Steuerelektrode des Transistors 61 geschaltet.
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Wenn die Widerstände 70, 68, 67 und 53 jeweils als R1, r", R3 und
R4 bezeichnet werden, sind die Werte des Widerstands jeweils vorzugsweise so eingerichtet,
daßs R2 = nR1 R3 I n2R1 R4 = n3R1 Dabei Ist n eine ganse Zahl vorzugsweise zwischen
15 und 20. Der tatsächliche Widerstand von R1 ist vorzugsweise gleich 22 Ohm. Diese
Anordnung unterstütst das Schnellschalten und stellt sicher, daß die Transistoren
von eine voll gesättigten Zustand zu eine voll nicht leitenden Zustand und umgekehrt
gehen.
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Die Größe der durch die Widerstände R1 bis r4 fließenden Ströme ist
die folgende R4 - 16 mA B3 - 80 mA R2 - 0,4 R1 - 2,0A
Das bedeutet,
daß eine Stromstärke von 10 Impere für den Hubmagneten zur Verfügung steht.
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Der dritte Teil der Schaltung weist zwei Leistungstransistoren 106
und 107 auf, die als ein Darlington-Paar in Reihe mit dem Rubmagneten 50 angeordnet
sind. Der Kollektor des letzten Transistors 64 ist mit der Steuerelektrode des Leistungstransistors
106 über eine Diode 102 und eine Induktivität L verbunden. eine Reihenschaltung,
bestehend aus einer Zenerdiode 104 und einem Widerstand 105, ist zwischen die zusammengefaßten
Kollektoren des Darlington-Paare und die Steuerelektrode des Leistungstransistors
106 gesohaltet. Die Steuerelektrode des Leistungstransistors ist über ein paaralleles
Netzwerk mit Masse verbunden, dae aus einem Widerstand 74 und einer Diode 103 besteht.
Die Verbindung zwischen der Emissionselektrode des Transistors 106 und der Steuerelektrode
des Transistors 107 ist mit Masse über einen Widerstand 108 verbunden. Schließlich
ist eine Diode 109 zwischen die zusammengefaßten Kollektoren und Masse geschaltet.
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Die Aufgabe der Induktitivät L besteht darin, Energie in der Form
eines Magnetfeldes zu speichern, wenn der Transistor 64 ausgeschaltet ist und die
Steuerelektrode des Leistungstransistors 106 mit Strom über die In-Induktivität
L versorgt wird. Wenn die Strahlung aus dem Phototransistor 48 ausgeblendet wird,
schaltet er sich aus, und der Transi@tor 61 schaltet ein, der Transistor 62 schaltet
aus, der Transistor 64 schaltet ein und die Leistungstransistoren 106 und 107 schaltetn
aus, um den magnetischen Zusammenbruch des Felde im Hubaagneten 50 zu bewirken.
Die Spannung an der Induktivität L wird sofort auf Null geksenkt. Bekanntlich jedoch
kann als Folge des Lenzsohen Gesetzes die Stromstärke durch die Induktivität nicht
sofort auf Null als Polge des Zusammenbruchs des Magnetfelds gebracht werden, das
der Induektivität zugeordnet ist. Die in diesem Feld gespeicherte Energie wird als
Strom zur Steuerelektrode des Transistors 106 abgeleitet, so daß das Ausschalten
der Leistungotranistoren 106 und 107 verlangsamt wird. Damit wird Jede Hubmagnet-Spannungs-"Spitze"
verhindert.
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Die Induktivität L ist vorzugsweise mit einem Weicheisenkern versehen
und
hat den zusätzlichen Vorteil, daß dann, wenn die Betrie'osspannung abnormal hoch
ist, die Induktivität das Ausschalten der Leistungstransistoren 106 und 107 sogar
noch weiter als für eine normale Betriebsspannung verlangsamt.
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Die Diode 100 und der. Widerstand 101 sind dafür vorgesehen, daß ein
sauberes Schalten und eine Stabilisierung des Triggers erfolgt. Die Diode 100 ist
zum Phototransistor 48 parallelgeschaltet. Sie hat den Effekt der Verringerung der
Interelektrodenkapazität zwischen diesen beiden Elektroden und ermöglicht es damit
dem Phototransistor, sauber zu schalten, wenn er die Infrarotstrahlung von der Galliumarsenidlampe
46 empfängt. Die Diode 100 8ermöglicht damit die Verwendung einer großen Verstärkung
im Phototransistor ohne Vielfachsohaltung oder Oszillation. Der Widerstand 101 sorgt
für eine negative Rückkopplung vom Kollektor des Transistors 62 zur Steuerelektrode
des Transistors 61.
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Die Diode 102, die in Reihe mit der Induktivität L zwischen dem Kollektor
des Transistors 64 und der Steuerelektrode des ersten Transistors 106 des Darlington-Paars
als Leistungsstufe angeordnet ist, worhindert Spannungsstöße, die in der Induktitität
L induziert werden oder werden könnten, wenn sich die Leistungstransistoren 106
und 107 einschalten, an einem Zusammenbrechenlassen des Transistors 64. der sich
gerade ausgeschaltet hat.
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Die Zenerdiode 104 und der Widerstand 105 sind vorgesehen, um die
Leistungstransistoren 106 und 107 vor positiv gehenden Einschaltstößen zu schützen,
die im Hubmagneten beim Schalten induziert werden. Es versteht sich, daß als Folge
der Schnellschaltung des Hubmagneten, hervorgerufen durch den Trigger, selbst wenn
die Induktivität L ein pliötzliches Zusammenbrechen des Magnetfelds im Hubmagneten
verhindert, nichtsdestoweniger die Leistungstransistoren unter diesen Bedingungen
verwundbar sind, indem sie nämlich durch positiv führende Stromstöße zusammenbrechen
können. Wenn also lrgendwelche positiv führenden Stromstöße auf treten, während
die Leistungstransistoren nicht leitend sind, leitet die Zenerdiode 104 über einen
bestimnten Spannungswert, um die Steuerelektrodenspannung
des Leistungstransistors
106 ausreichend zu erhöhen, damit die Leistungstransistoren eingeschaltet werden,
ehe die Spannung einen Wert überschreitet, bei dem der Transistor zusammenbricht.
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Der Widerstand 105 begrenzt die Endstromstärke, die in der £teuerelektrodenschaltung
des Transistors 106 fließt, nachdem die Zenerdiode 104 einmal leitet. Diese Anordnung
der Zenerdiode 104 und des Widerstands 105 unterstützt auch die Induktivität L in
der Verlangsamung der Ausschaltgeschwindigkeit der Leistungstransistoren 106 und
107.
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Die Dioden 10 und 109 schützen die Leistungstransistoren 106 und 107
vor einem Zusammenbruch als Folge negativ führender Stromstöße.
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Es ist zu beachten, daß in der vorstehend beschriebenen Schaltung
der umgekehrt schaltende Trigger so eingerichtet ist, daß immer ein Transistor im
voll gesättigten Zustand vorhanden ist, während die sich unmittelbar daran anschließenden
Transistoren vollständig nicht leitend sind. Der voll gesättigte Transistor oder
die voll gesättigten Transistoren fungieren als ein Kurzschlußweg für jewden EinschaltstiomstöB,
der in der Schaltung während des Betriebs induziert werden kann. Dieser Eurzgehlußweg,
der durch die voll gesättigten Transistoren geschaffen wird, stellt sicher, daß
der oder die ausgeschalteten Transistoren durch diese Einschaltstromstlße nicht
zusammenbrechen können.
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PatentansPrüche