DD257662A1 - Anordnung zur erkennung des abfallzeitpunktes sowie der oeffnungszeit von magnetventilen insbesondere fuer brennstoffeinspritzvorrichtungen - Google Patents

Abstract

Durch die Erfindung soll der Aufwand zur Messung der Einspritzmenge sowie des Einspritzzeitpunktes verringert werden. Die Zuverlaessigkeit der Anordnung und deren Stoersicherheit sollen erhoeht werden. Erfindungsgemaess wird der Spannungsverlauf ueber dem im Schalterbetrieb angesteuerten Magnetventil durch einen Differentiator detektiert und ueber eine Impulsbegrenzungsbaugruppe einem Komparator zugefuehrt. Durch den Vergleich mit einer Referenzspannung wird der durch den Abfall des Ankers des Magnetventils hervorgerufene Induktionsspannungsimpuls erkannt. Die Verknuepfung der Ausgangsinformation des Komparators mit dem Eingangssignal fuer die Leistungssteuerbaugruppe gewaehrleistet die Unterdrueckung von Stoerimpulsen und stellt den zeitlichen Bezug zum Eingangssignal her. Fig. 1

Description

Leistungssteuerbaugruppe, einem Leistungsschalter, einem Magnetventil, einem Widerstand und einer Freilaufdiode (beide zueinander in Reihe und zum Magnetventil parallel geschaltet) mit der Besonderheit besteht, daß eine den Spannungsverlauf über der Erregerwicklung des Magnetventils detektierende Kombination, gebildet durch einen Differentiator mit einer nachgeschalteten Impulsbegrenzungsbaugruppe und einem nachgeordneten Komparator, einem Tor zugeordnet ist, das die Ausgangsinformationen des Komparators aufnimmt und seinerseits ansteuerimpulsempfangend mit der Leistungssteuerbaugruppe verknüpft ist.

Eine Variante dieser Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Spannungsverlairfs der Stromverlauf detektiert wird, indem der Differentiator besagter Kombination an den Knotenpunkt der Reihenschaltung von Widerstand und Freilaufdiode angeschlossen ist.

Die Ausgangsinformation des Komparators wird in einem Tor mit dem Ansteuersignal für die Leistungssteuerbaugruppe verknüpft. Der Differentiator unterdrückt den an der Wicklung des Magnetventils bestehenden Gleichspannungsanteil für die weitere Signalverarbeitung. Nach dem Ende des Ansteuersignals wird über den Rückstromkreis, bestehend aus der Freilaufdiode und dem Widerstand die im Magnetventil gespeicherte magnetische Energie abgebaut. Unterschreitet der dabei fließende Gegeninduktionsstrom den Haltestrom, fällt der Anker des Magnetventils ab. Dabei wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, was sich in einem sowohl dem Spannungsverlauf über dem Magnetventil als auch dem Strom verlauf durch den Widerstand im Rückstrom kreis überlagerten Impuls äußert. Die Amplitude dieses Impulses ist sehr klein gegenüber den Spannungs- bzw. Stromamplituden beim Schalten des Leistungsschalters, so daß ein Schutz des Komparators vor Zerstörung durch die Impulsbegrenzungsbaugruppe erforderlich ist. Die Zeitdauer des Abfallimpulses ist der Zeitdauer des Abfallvorganges proportional.

Der Komparator wandelt den Abfallimpuls in ein digitales Signal um. Durch die Verknüpfung mit dem Ansteuersignal für die Leistungssteuerbaugruppe wird der zeitliche Bezug zum Einspritzsignal hergestellt.

In der Anordnung wird also in vorteilhafter Weise das Magnetventil gleichzeitig als Stellglied und Sensor für dessen Öffnungsdauer und Abfallzeitpunkt genutzt. Ein besonderer Sensor zum Erkennen des Einspritzzeitpunktes ist damit nicht nötig. Der zeitliche Bezug zum Ansteuersignal wird in einfacher Weise durch ein Tor hergestellt.

Ausführungsbeispiel

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild und

Fig. 2: den Spännungsverlauf an ausgewählten Punkten der Anordnung.

Gemäß der aus Fig. 1 ersichtlichen prinzipiellen Zusammenschaltung sind eine Leistungssteuerbaugruppe 1,ein Leistungsschalter 2, ein Magnetventil 3, ein Widerstand 4sowie eine Freilaufdiode 5 vorgesehen. Die Leistungssteuerbaugruppe 1 steuert in bekannter Weise den Leistungsschalter 2, welcher im konkreten Fall als bipolarer Transistorschalter realisiert ist, an. Thyristoren, unipolare Tranistoren oder elektromechanische Schalter sind prinzipiell ebenso verwendbar. Der Leistungsschalter schließt im eingeschalteten Zustand den Stromkreis über die Stromversorgung UB und das zwischengeordnete Magnetventil 3, so daß sich dessen Anker nach Ablauf einer Einschaltverzögerung in die Anzugslage bewegt. Aus der Vorderflanke des Ansteuerimpulses für die Leistungssteuerbaugruppe 1 kann durch Addition der Einschaltverzögerungszeitkonstante in einer nicht zu dieser Anordnung gehörenden informationsverarbeitenden Baugruppe der Einschaltzeitpunkt des Magnetventils 3 berechnet werden. Die Leistungssteuerbaugruppe 1 arbeitet in bekannter Weise im Schalterbetrieb, wobei zur Gewährleistung eines schnellen Anzuges des Magnetventils 3 zu Beginn des Ansteuerimpulses für eine Zeitdauer, die größer als die Einschaltverzögerung des Magnetventils 3 ist, der Leistungsschalter 2 kontinuierlich eingeschaltet wird. Danach erfolgt de'r Übergang zum geschalteten Betrieb, wobei die Periodendauer der Ansteuerimpulsfolge für das Magnetventil 3 wesentlich kleiner als dessen mechanische Zeitkonstanten ist. Das Tastverhältnis der Ansteuerimpulsfolge bestimmt in Verbindung mit der Dimensionierung des aus dem Widerstand 4, der Freilaufdiode 5 und der Erregerwicklung des Magnetventils 3 bestehenden . Rückstromkreises den Haltestrom durch das Magnetventil 3.

DerSpannungsverlauf über dem Magnetventil 3 wird über einen Differentiator 6, eine nachgeschaltete Impulsbegrenzungsbaugruppe 7 sowie einen nachgeordneten Komparator 8 detektiert. Die Ausgangsinformation des Komparators 8 wird in einem nachgeschalteten Tor 9 mit dem Ansteuerimpuls für die Leistungssteuerbaugruppe 1 verknüpft. Der Differentiator 6 unterdrückt den am Anschluß des Magnetventils 3 vorhandenen Gleichspannungsanteil, so daß nur die transienten Spannungsverläufe über dem Magnetventil 3 weiter verarbeitet werden. Aus dem sehr großen Amplitudenverhältnis zwischen dem Nutzsignal zum Erkennen des Abfalls des Ankers des Magnetventils 3 und den beim geschalteten Betrieb des Magnetventils 3 auftretenden Induktionsspannungen ergibt sich die Notwendigkeit der Störsignalunterdrückung durch die -Impulsbegrenzungsbaugruppe 7. Im konkreten Ausführungsbeispiel erfolgt die Impulsbegrenzung durch vorgespannte Dioden. Der Einsatz von z. B. Z-Dioden oder ZNO-Varistoren ist ebenfalls möglich. Der Komparator 8 vergleicht den Spannungsverlauf an seinem Eingang mit einer geeignet zu wählenden Referenzspannung. Durch die im Tor 9 realisierte Verknüpfung seiner Ausgangsinformation mit dem Ansteuerimpuls für die Leistungssteuerbaugruppe 1 werden die durch den geschalteten Betrieb des Magnetventils 3 hervorgerufenen Störimpulsfolgen unterdrückt.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, erzeugt die Leistungssteuerbaugruppe 1 aus dem Ansteuerimpuls A die Impulsfolge B. Der zeitliche Verlauf der Spannung über dem Magnetventil 3 und des Stromes durch den Widerstand 4 entspricht in der ersten Phase der Impulsfolge C. Nach Beendigung der Ansteuerung des Magnetventils 3 äußert sich der Abbau der in dessen Magnetkreis gespeicherten Energie in einem Gegeninduktionsspannungsverlauf und einem Rückstrom mit relativ großer Zeitkonstante. Unterschreitet der Rückstrom den Abfallstrom des Magnetventils 3, bewegt sich dessen Anker in die Ruhelage. Dieser Bewegungsvorgang führt zu einem der Gegeninduktionsspannung und dem Rückstrom überlagerten Impuls. Die zeitliche Lage dieses sowohl am Magnetventil 3 als auch am Widerstand 4 auswertbaren Impulses durch den Differentiator 6, der Impulsbegrenzungsbaugruppe 7 sowie den Komparator 8 kennzeichnet also den Abfall des Ankers des Magnetventils 3. Der Spannungsverlauf C liefert nach der Verknüpfung durch das Tor 9 den Bezug zum Ansteuerimpuls A. Eine nachzuordnende

informationsverarbeitende Baugruppe ermittelt aus der Zeitmessung zwischen der Rückflanke des den Ansteuerimpuls A kennzeichnenden Teils der Impulsfolge C und dem Abfallimpuls die mechanische Abfallzeit des Magnetventils 3 sowie durch Differenzbildung zum Anzugszeitpunkt dessen Einschaltzeitdauer. Diese Informationen erlauben sowohl den Ausgleich von Toleranzen der dynamischen Parameter des Magnetventils 3 als auch das unmittelbare Erkennen des Ausfalls des Magnetventils 3 bzw. der unzulässigen Änderung seiner Parameter.

Claims (2)

Patentanspruch:

1. Anordnung zur Erkennung des Abfallzeitpunktes sowie der Öffnungszeit von Magnetventilen
insbesondere für Brennstoffeinspritzvorrichtungen, in der jedem Einspritzelement ein
Düsennadeihubgeber zugeordnet ist und die Auswertung des Sensorsignals mit Hilfe einer aus
Komparatoren, Differenzier- und Integrierschaltungen monostabilen Multivibratoren sowie
logischen Gattern bestehenden Elektronik erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß eine
Standardbaugruppe, bestehend aus einer Leistungssteuerbaugruppe (1), einem Leistungsschalter (2), einem Magnetventil (3) einem Widerstand (4) und einer Freilaufdiode (5), letztere zueinander in Reihe und zum Magnetventil (3) parallel geschaltet, eine Besonderheit insoweit aufweist, als eine den Spannungsverlauf über der Erregerwicklung des Magnetventils (3) detektierende Kombination eines Differentiators (6) mit einer nachgeschalteten Impulsbegrenzungsbaugruppe (7) und einem nachgeordneten Komparator (8) einem die Ausgangsinformationen des Komparators (8)
aufnehmenden Tor (9) zugeordnet ist, wobei das Tor (9) ansteuerimpulsempfangend mit der
Leistungssteuerbaugruppe (1) verknüpft ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine den Stromverlauf über der
Erregerwicklung des Magnetventils (3) detektierende Kombination vom Differentiator (6),
Impulsbegrenzungsbaugruppe (7) und Komparator (8) mit der Maßgabe vorgesehen ist, daß der
Differentiator (6) an den Knotenpunkt der Reihenschaltung des Widerstandes (4) sowie der
Freilaufdiode (5) angeschlossen ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich vorzugsweise auf die Ansteuerung einer Druckstoßeinspritzanlage für
Dieselmotoren. Das Prinzip ist darüber hinaus zur Erkennung der Anzugszeitdauer sowie des Abfallzeitpunktes beliebiger
Lastmagneten bzw. Magnetventile mit zwei Endlagen einsetzbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In einer bekannten elektronischen Steuereinrichtung für Stellgrößen bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung (DE-OS 3032381; Int. Cl.: F 02 D 35/00) ist jedem Einspritzelement ein Düsennadeihubgeber zugeordnet. Die Kurvenform (Zeitdauer) des Düsennadelhubsignals erlaubt Rückschlüsse auf die Einspritzzeitdauer und damit die tatsächlich eingespritzte
Kraftstoffmenge, während das Ende des Düsennadelhubsignals das Einspritzende markiert.

Die Steuereinrichtung ermöglicht damit über einen nachzuschaltenden Regelkreis den Ausgleich von Toleranzen des
Einspritzsystems. An den Düsennadeihubgeber stehen jedoch aufgrund seiner exponierten Einbaulage sowie der zu messenden sehr kleinen Düsennadelwege hohe Anforderungen, die eine derartig ausgestattete Einspritzanlage verteuern. Die nachfolgende Elektronik zur Auswertung des Sensorsignals wurde mit Hilfe von Komparatoren, Differenzier- und Integrierschaltungen,
monostabilen Multivibratoren und logischen Gattern realisiert. Es entsteht ein erhöhter Aufwand bei der Auswertung des sehr kleinen Düsennadelhubsignals sowie bei der Unterdrückung von Störsignalen.

Ziel der Erfindung „

Durch die Erfindung soll der Aufwand zur Messung der Einspritzmenge sowie des Einspritzzeitpunktes reduziert werden. Die
Zuverlässigkeit der Anordnung und deren Störsicherheit sollen erhöht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung.

Die zu lösende technische Aufgabe besteht darin, für den Ausgleich der Toleranzen der einzelnen Komponenten einer
Druckstoßeinspritzanlage Informationen über die Zeitdauer der Öffnung des Magnetventils, welche die Einspritzmenge
charakterisiert, sowie über den Einspritzzeitpunkt zu gewinnen. Die zu realisierende Einspritzmenge wird von der Steuereinheit über die Zeitdauer des Ansteuersignals für das Magnetventil vorgegeben. Mit dem Beginn des Ansteuersignals wird der Anker des Magnetventils nach einer konstruktiv vorgegebenen Verzögerungszeit in die Anzugslage bewegt. Das Ende des
Ansteuersignals legt den Einspritzzeitpunkt fest. Bis zum Beginn der Einspritzung vergeht eine Zeitspanne, welche sich aus der Abfallverzögerung des Magnetventils und einer Verzögerungszeit des hydraulischen Teils des Einspritzsystems zusammensetzt. Untersuchungen zeigten, daß insbesondere die Abfallverzögerung des Magnetventils sehr großen Exemplarstreuungen
unterworfen ist. DieToleranzen der anderen Zeitkonstanten des Systems sind dagegen in erster Näherung vernachlässigbar. Es ist also die Abfallverzögerung des Magnetventils zu messen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anordnung zur Erkennung des Abfallzeitpunktes sowie der Öffnungszeit von Magnetventilen insbesondere für Brennstoffeinspritzvorrichtungen gelöst, deren Standardbaugruppe aus einer