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    公开号:WO1986005235A1
    申请号:PCT/T1986/000014
    申请日:1986-02-19
    公开日:1986-09-12
    发明作者:Karl-Heinz Schmidt
    申请人:Voest-Alpine Friedmann Gesellschaft M.B.H.；
    IPC主号:F02D41-00
    专利说明:
    [0001] Schaltungsanordnung zur Erfassung von Stromänderungssignalen
    [0002] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Stromänderungssignale eines an einer konstanten Gleichspannung liegenden Nadelhubsensors einer Einspritzdüsefür Brennkraftmaschinen.
    [0003] Bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffeinspritzung werden Einspritzventile verwendet, bei welchen eine Ventilnadel unter dem Druck des einzuspritzenden Kraftstoffes kurzzeitig und periodisch gegen die Kraft einer Feder bewegt wird und hiebei von ihrem Ventilsitz abhebt. Da für eine optimale Regelung die Kenntnis des genauen Einspritzzeitpunktes sowie der Einspritzdauer notwendig ist, sind Einspritzventile mit integrierte Nadelhubsensoren entwickelt worden, die, häufig auf magnetischem Weg unter Verwendung von Hallelementen, in Abhängigkeit von der Lage der Düsennadel ein Ausgangssignal liefert.
    [0004] Bei einer im. Handel erhältlichen Einspritzdüse dieser Art wird der Sensor mit einer konstanten Gleichspannung versorgt und bei öffnen des Ventils tritt eine Stromänderung von etwa 10 % auf, die weniger als ein Milliampere beträgt. Bei üblichen Brennkraftmaschinen liegt die Dauer der Sensorimpulse etwa zwischen 0,5 und 15 ms, ihr Abstand liegt dabei zwischen etwa 50 und 250 ms. Wegen ihrer geringen relativen und absoluten Größe ist diese Stromänderung oft schwer erfaßbar, insbesondere wegen des in einem Kraftfahrzeug vorherrschenden hohen Störpegels. Auch führen bereits geringe Änderungen der Versorgungsspannung zu Stromänderungen, die fälschlicherweise als Impulse des Nadelhubsensors aufgefaßt werden können, wobei zu bedenken ist, daß das Tastverhältnis in dem weiten Bereich von etwa 0,2 bis 25 % liegen kann.
    [0005] Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche unter den Bedingungen die in Kraftfahrzeugen vorherrschen mit geringem Aufwand eine sichere Erfassung solcher Stromänderungen ermöglicht.
    [0006] Dieses Ziel läßt sich mit einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erreichen, bei welcher erfindungsgemäß der Sensor am geregelten Ausgang einer geregelten Gleichspahnungsquelle liegt und zwischen dem Ausgang des Regelverstärkers und dem Ausgang der Gleichspannungsquelle ein Meßwiderstand geschaltet ist, der Ausgang des Regelverstärkers mit dem Eingang eines Wechselspannungsverstärkers mit Bandpaßcharakter verbunden ist und der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers verbunden ist, dessen Ausgangssignal für die Änderungen des Sensorstromes repräsentativ ist.
    [0007] Eine Schaltungsanordnung die eine besonders hohe Störsicherheit aufweist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Sensor an den Ausgangsklemmen einer geregelten Gleichspannungsquelle mit zwei symmetrisch arbeitenden Regelverstärkern liegt, zwischen den Ausgängen der Regelverstärker und den Ausgangsklemmen der Gleichspannungsquelle Je ein Meßwiderstand geschaltet ist, die Ausgänge der Regelverstärker mit den Eingängen eines symmetrischen Wechselspannungsverstärkers mit Bandpaßcharakter verbunden sind und der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers verbunden ist, dessen Ausgangssignal für die Änderungen des Sensorstromes repräsentativ ist.
    [0008] Um auch über die Erdung der Schaltung einfließende Störungen weltgehend zu unterdrücken, empfiehlt es sich, wenn zwischen die je über einen Widerstand mit den Polen der Referenzspannung verbundenen Referenzspannungseingänge der beiden Regelverstärker ein Siebkondensator geschaltet ist.
    [0009] Es hat sich auch als günstig herausgestellt, wenn der bzw. die Regelverstärker im Gegenkopplungszweig einen Kondensator zur Erzielung eines Tiefpaßcharakters aufweisen.
    [0010] Im Sinne einer hohen Störfestigkeit ist es zweckmäßig, wenn die untere Grenzfrequenz des Wechselspannungsverstärkers zwischen 5 und 10 Hz und die obere Grenzfrequenz zwischen 15 und 30 kHz liegt.
    [0011] Es ist weiters empfehlenswert, wenn die Regelzeitkonstante der geregelten Gleichspannungsquelle unter 1 μs, vorzugsweise unter 0,5 μs, liegt.
    [0012] Die Erfindung samt ihren weiteren Vorteilen, und Merkmalen ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. in dieser zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung, Fig. 2 in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf einiger Signale der Schaltung, Fig. 3 eine im Detail ausgeführte Schaltung, und Fig. 4 eine ähnliche Schaltung mit noch höherer Störfestigkeit. Gemäß Fig. 1 speist eine geregelte Gleichspannungsquelle 1 einen Nadelhubsensor Zs einer Einspritzdüse. Die Gleichspannungsquelle 1 weist einen Regelverstärker 2 auf, an dessen nicht invertierenden Eingang eine Referenzgleichspannung UR gelegt ist. Zwischen dem Ausgang 3 des Verstärkers 2 und dem Ausgang 4 der Gleichspannungsquelle 1 liegt ein Meßwiderstand RM, wobei der Ausgang 4, an dem der Sensor Zs liegt, zur Bildung der Regelschleife mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 2 verbunden ist. Der Ausgang 3 des Regelverstärkers 2 ist mit dem Eingang eines Wechselspannungsverstärkers 5 verbunden, dessen Ausgang 6 wiederum mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers 7 verbunden ist. An dem Ausgang des Schmitt-Triggers 7 tritt das gewünschte Ausgangssignal UA auf.
    [0013] Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung arbeitet folgendermaßen. Die" Gleichspannungsquelle 1 sorgt am geregelten Ausgang 4 für eine konstante Spannung Us von z.B. 5 Volt, wobei ein Strom Is, z.B. 4 mA, durch den Sensor Zs fließt. Bei öffnen der Ventilnadel der Einspritzdüse sinkt der Strom Is geringfügig, z.B. um 400 μA, ab (siehe Diagramm a der Fig. 2). Da die Gleichspannungsquelle 1 eine kurze Regelzeitkonstante, bei einer Kapazität des Verbindungskabels zum Sensor von 500 pF typisch 0,5 us oder kleiner, aufweist, wird die Spannung Us am Sensor Zs entsprechend rasch nachgeregelt; während des Sensorsignales sinkt jedoch die Spannung U3 am Ausgang 3 des Regelverstärkers 2 ab, z.B. um 220 mV (Diagramm b der Fig. 2). Der Wechselspannungsverstärker 5 verstärkt diese Spannung, wobei am Ausgang 6 dieses Verstärkers eine Spannung U6 aufritt, die im Diagramm c der Fig. 2 dargestellt ist. Die mplitude dieser Spannungsimpulse beträgt nun etwa 4 V. Die untere Grenzfrequenz des Verstärkers wird zwischen etwa 5 bis 10 Hz, im folgenden Schaltungsbeispiel CFig. 3) 7 Hz, gewählt, um einerseits die erforderliche Gleichspannungstrennung zu erhalten und um andererseits zu vermeiden, daß langfristige Spannungsänderungen (Drift) als Nadelhubsignale aufgefaßt werden. Die obere Grenzfrequenz wird mit etwa 15 bis 30 kHz gewählt, im folgenden Ausführungsbeispiel 13 kHz. Hiedurch sollen kurzfristige Störspitzen, die in Kraftfahrzeugen häufig auftreten, unterdrückt werden.
    [0014] Qie AusgangsSpannung U6 des Wechselspannungsverstärkers 5 ist dem Schmitt-Trigger 7 zugeführt, dessen Schaltschwellen so gelegt sind, daß auch bei den längsten vorkommenden Nadelhubsignalen die Signalflanken von U6 sicher erfaßt werden. Dies ist dem Diagramm c der Fig. 2 entnehmbar, in dem die Schaltschwellen des Schmitt-Triggers 7 strichliert eingezeichnet sind. Am Ausgang des Schmitt-Triggers 7 tritt dann die Ausgangsspannung UA mit einer Amplitude von z.B. 5 Volt auf (siehe Diagramm d der Fig. 2) . Die Spannung UA entspricht in ihrem zeitlichen Verlauf den Sensorsignalen und kann einer Regeleinheit zur Regelung und Steuerung der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
    [0015] In Fig. 3 ist eine unter Verwendung dreier identischer Operationsverstärker aufgebaute praktische Schaltungsanordnung gezeigt. Die geregelte Gleichspannungsquelle 1 enthält einen Operationsverstärker 2, dessem nicht invertierenden Eingang über ein Siebglied R1 , C1 eine Referenzspannung UR zugeführt ist. Der Ausgang 3 des Operationsverstärkers ist über einen Meßwiderstand RM zu dem Ausgang 4 der Gleichspannungsquelle 1 geführt; zwischen diesem Ausgang 4 und Masse ist der Nadelhubsensor Z geschaltet, wobei je eine Schutzdiode D1, D2 Von diesem Ausgang 4 gegen Masse bzw. gegen die Betriebsspannung UB geschaltet ist. Weiters ist von dem Ausgang 4 eine Diode D3 in Durchlaßrichtung zum nicht invertierenden
    [0016] Eingang des Verstärkers 2 geführt. Hiedurch wird bei Abschalten des Gerätes oder bei Ausfall der Referenzspannung eine Oberspannung am Sensor vermieden. Die Betriebsspannung UB ist dem Verstärker 2 über ein Siebglied R2 , C3 zugeführt. Zur Bildung der Regelschleife ist der Ausgang 3 des Verstärkers 2 mit dessen invertierendem Eingang verbunden.
    [0017] Der Wechselspannungsverstärker 5 enthält ebenfalls einen Operationsverstärker 8, dessen nicht invertierender Eingang zur Festlegung des Arbeitspunktes an der Referenzspannung UR liegt. Ober die Serienschaltung eines Widerstandes R3 und eines Kondensators C ist der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 8 mit dem Ausgang 3 des Verstärke'rs -2* verbunden. Im Gegenkoppl'ungszweig des Operationsverstärkers 8 liegt ein Parallel-RC-Glied R4, C5 .
    [0018] Auch der Schmitt-Trigger 7 enthält einen Operationsverstärker 9, dessen invertierender Eingang über einen Widerstand R5 mit dem Ausgang 6 des Wechselspannungsverstärkers 5 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Spannungsteiler R6 R7 gegen Masse geführt. An dem Spannungsteiler wird die Ausgangsspannung UA abgegriffen. Der Ausgang des Verstärkers 9 ist über einen Widerstand R8 zu dem nicht invertierenden Eingang geführt. Dieser Eingang liegt weiters einerseits über einen Widerstand R9 an der Betriebsspannung UB, andererseits über einen Widerstand R10 an der Referenzspannung UR. Der Arbeitspunkt des Verstärkers bzw. die Schaltschwellen des Schmitt-Triggers. - bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Dimensionierung +0,6 V bzw. +1,7 Volt - sind demnach durch die Spannungen UR und UB sowie durch die Widerstände R8 bis R10 festgelegt. Es sei hier angemerkt, daß sich die im Zusammenhang mit dem Blockschaltbild nach Fig. 1 erwähnten Signalwerte auf die Dimensionierung nach Fig. 3 beziehen. Die AusgangsSpannung UA entspricht dem standardisiertem CMOS-Pegel und kann daher digital weiterverarbeitet werden.
    [0019] Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung unterscheidet sich im Detail von der Schaltung nach Fig. 3 vor allem dadurch, daß die Gleichspannungsquelle 1 zwei symmetrisch arbeitende Regelverstärker 2', 2" enthält und der Wechselspannungsverstärker 5 als Differenzverstärker ausgebildet ist.
    [0020] Im einzelnen enthält die Gleichspannungsquelle 1 zwei Operationsverstärker 2', 2", wobei der nicht invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers 2' über einen Widerstand R401 an der Referenzspannung UR und der nicht invertierende Eingangdes zweiten Operationsverstärkers 2" über einen Widerstand R402 an Masse liegen. Zwischen die beiden erwähnten Eingänge ist ein Siebkondensator C401 geschaltet. Durch diese symmetrische Siebung der Referenzspannung können verschiedene Störeinflüsse, die z.B. über die Erdung eingeschleift werden, eliminiert werden. Die Ausgänge der Operationsverstärker 2', 2" sind je über einen Meßwiderstand R'M, R"M zu den Ausgangsklemmen 4', 4" der Gleichspannungsquelle 1 geführt, an die über ein geschirmtes Kabel der Nadelhubsensor Zs geschaltet ist, wobei, ähnlich wie nach Fig. 3 , zwei Schutzdioden D401, D402 an den Ausgangsklemmen liegen. Im Gegenkopplungszweig der Verstärker 2', 2" liegen je ein Kondensator C402 bzw. C403 und ein Widerstand R404 bzw.R406 , um dem Verstärker Tiefpaßcharakter zur Ausfilterung höherfrequenter Störungen zu geben. Der Wechselspannungsverstärker 5 enthält einen Operationsverstärker 8a, der als Differenzverstärker arbeitet. Seine beiden Eingänge sind je über ein RC-Glied C404/ R407 bzw. C405/R408 mit den Ausgängen 3', 3" der Regelverstärker 2', 2" verbunden. Der nicht invertierende Eingang liegt über einen Widerstand R410 an Masse. Der Gegenkopplungszweig des Verstärkers besteht aus einem Parallel-RC-Glied C406/R409. Es ist ersichtlich, daß der Verstärker 5 dieses Ausbildungsbeispiels ebenso Bandpaßcharakter zeigt wie jener nach der vorhin beschriebenen Ausführung.
    [0021] Der Schmitt-Trigger 7 enthält einen Operationsverstärker 9a, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des Wechselspannungsverstärkers 5 verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang liegt über einen Widerstand R412 an Masse.
    [0022] Der Ausgang des Operationsverstärkers ist.über einen Spannungsteiler R414 R415 gegen Masse geführt. An dem Spannungsteiler wird über eine Diode D404 die AusgangsSpannung UA abgenommen, wobei eine weitere Diode D403 von dem Teilerpunkt gegen die Referenzspannung UR (5,1 V) führt. Der Teilerpunkt ist über einen Widerstand R413 mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 9a verbunden. Ein parallel geschalteter Kondensator C407 dient zur Verbesserung der Flankensteilheit.
    [0023] Die Dioden D403, D404 am Ausgang des Schmitt-Triggers bewirken folgendes: Die Diode D403 klemmt die AusgangsSpannung auf den Wert UR + UD (=spannungsabfall an der Diodenstrecke), wobei hier anzumerken ist, daß alle Operationsverstärker mit einer Spannung UB (12 V) betrieben werden, die größer ist als UR (5,1 V). Die Diode D404 kompensiert den Spannungsabfall an der Diode D403 wieder, sodaß am Ausgang genau die Spannung UR bzw. die Spannung "Null" liegt. Gegenüber der Schaltung nach Fig. 3 bietet die eben beschriebene Schaltung den Vorteil noch höherer Störfestigkeit. Diese wird einerseits durch die bereits erwähnte symmetrische, erdfreie Zuführung und Siebung der Referenzspannung in der Gleichspannungsquelle 1 erreicht und andererseits durch die symmetrische und erdfreie Zuführung der Gleichspannung an den Sensor Zs. Gleichtaktig auftretende induktive Einstreuungen auf die Verbindungsleitung zwischen Sensor Zs und Gleichspannungsquelle 1 werden ebenso unterdrückt wie kapazitive Einstreuungen auf den Sensor.
    [0024] Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet beim Einsatz in Kraftfahrzeugen trotz der dort auftretenden starken elektromagnetischen Störungen ein sicheres Erfassen der schwachen Stromsignale des Nadelhubsensors. Die Funktion der Schaltung bleibt bei Toleranzen des Nadelhubsignales bis etwa +/- 10 % unbeeinflußt.. Anzumerken ist noch, daß die Erfindung auch für Nadelhubsensoren anwendbar ist, deren Strom sich bei Öffnen der Ventilnadel erhöht.
    权利要求:
    ClaimsP a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Schaltungsanordnung zur Erfassung der Stromänderungssignale eines an einer konstanten Gleichspannung liegenden Nadelhubsensors einer Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Zs) am geregelten Ausgang (4) einer geregelten Gleichspannungsquelle (1) liegt und zwischen dem Augang (3) des Regelverstärkers (2) und dem Ausgang der Gleichspannungsquelle (1) ein Meßwiderstand (RM) geschaltet ist, der Ausgang (3) des Regelverstärkers (2) mit dem Eingang eines Wechselspannungsverstärkers (5) mit Bandpaßcharakter verbunden ist und der Ausgang des Wechselspannungsyerstärkers (5) mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers (7) verbμnden ist, dessen Ausgangssignal (UA) für die Änderungen des Sensorstromes (Is) repräsentativ ist.
    2. Schaltungsanordnung zur Erfassung de Stromänderungssignale eines an einer konstanten Gleichspannung liegenden Nadelhubsensors einer Einspritzdüse für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (Zs) an den Ausgangsklemmen(4', 4") einer geregelten Gleichspannungsquelle (1) mit zwei symmetrisch arbeitenden Regelverstärkers (2', 2") liegt, zwischen den Ausgängen der Regelverstärker (2', 2") und den Ausgangsklemmen (4', 4") der Gleichspannungsquelle (1) je ein Meßwiderstand (R'M, R"M) feschaltet ist, die Ausgänge (3'. 3") der Regelverstärker (2', 2") mit den
    Eingängen eines symmetrischen Wechselspannungsverstärkers (5) mit Bandpaßcharakter verbunden sind und der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers (5) mit dem Eingang eines Schmitt-Triggers (7) verbunden ist, dessen Ausgangssignal (UA) für die Änderungen des Sensorstromes (Is) repräsentativ ist.
    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die je über einen Widerstand (R 401, R 402) mit den Polen der Referenzspannung verbundenen Referenzspannungseingänge der beiden Regelverstärker (2', 2") ein Siebkondensator (C 401) geschaltet ist.
    4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Regelverstärker (2', 2") im Gegenkopplungszweig einen Kondensator (C 402, C 403) zur Erzielung eines Tiefpaßcharakters aufweisen.
    5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Grenzfrequenz des
    Wechselspannungsverstärkers (5) zwischen 5 und 10 Hz und die obere Grenzfrequenz zwischen 15 und 30 kHz liegt.
    6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkonstante der geregelten Gleichspannungsquelle (1) unter 1 us, vorzugsweise unter 0,5 us, liegt.
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    BR8605821A| BR8605821A|1985-03-08|1986-02-19|Disposicao de circuito para a deteccao dos sinais de alteracao de corrente de um sensor de curso de agulha,conectado a uma voltagem continua constante,de um bocal de injecao para motores de combustao interna|
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