DE2231630A1 - Verfahren und einrichtung zur funktionspruefung eines elektromagnetischen ventils, insbesondere eines kraftstoff-einspritzventils - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur funktionspruefung eines elektromagnetischen ventils, insbesondere eines kraftstoff-einspritzventils

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Description

Aktiengesellschaft
31BO Wolfslmrg
Unser Zeichen: K 1315
9709-Hu/Sa
27. 6.
Verfahren und Einrichtung stir Funktionsprüfung eines elektromagnetischen Ventils,insbesondere eine3 Kraftstoff-Einspritzventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines elektromagnetischen Ventils für ein flüssiges oder gasförmiges Medium, insbesondere eines Zraftstoff-Einf.pritzventils für eine Brennkraftmaschine, das eine Magnetspule und einen Anker enthält, der mit einem durch Änderung eines die Magnetspule durchfließenden elektrischen Stromes bewegbaren Ventilkörper mechanisch verbunden ist.
Betrachtet man beispielsweise ein Kraftstoff-Einspritzventil, wie es für die Motoren von Kraftfahrzeugen Einsats findet, so enthält es als Ventilkörper eine Ventilnadel, die im Bereich ihrer Spitze im geschlossenen Zustand des Ventils unter der Wirkung einer Druckfeder dicht an einem Ventilsitz aufliegt und dabei eine Ventilöffnung dicht abdeckt. Dio Ventilnadel ist mit einem Anker aus den magnetischen Fluß leitendem Material bestückt, der relativ zu der Magnetnpule so angeordnet ist, daß bei
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Zuführen eines Erregerströme3 zu der Magnetspule der Anker zusammen mit der Ventilnadel in axialer Richtung so weit bewegt wird, daß die Ventilnadel die Ausspritzöffnung freigibt.
Nach diesem Prinzip aufgebaute Ventile zeigen außer den üblichen elektrischen Fehlern, nämlich Kurzschluß, Windungsschluß und Unterbrechung in der Magnetspule bzw. der Stromzuleitung,als relativ häufig auftretende Funktionsstörung die sogenannte Innenkorros.ion, die darauf beruht, daß beispielsweise bei einem Kraftstoff-Einspritzventil das durch dieses Ventil zugeführte oder abgesperrte Medium, nämlich Kraftstoff, Wasser enthält, wodurch im Laufe der Zeit eine Korrosion der Innenteile des Ventils auftritt. Auch andere Medien, die durch ein elektromagnetisches Ventil hinsichtlich ihrer Zuführung geregelt oder gesteuert werd«n, können Teile des Ventils angreifen, was zur Folge Mt, &&3 die Bewegbarkeit des Ventilkörpers sumindeet in unzulässiger Weise herabgesetzt,wenn nicht sogar vollständig unterbunden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Funktionsprüfung derartiger elektromagnetischer Ventile zu schaffen, wodurch alle erwähnten Funktionsstörungen erkannt werden können, ohne daß das Ventil ausgebaut werden nuß. Insbesondere soll die Möglichkeit einer automatischen Funktionsprüfung bestehen. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einem dadurch gekennzeichneten Verfahren, daß die Magnetspule mit einem Strom solcher zeitlich zumindest ungefähr konstanten Stärke gespeist wird, daß bei Bewegung des
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Ventilkörpers ein diesem oder dem Anker zugeordneter Anschlag wirksam wird, und daß der zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung an der Magnetspule während einer das Virksamwerden des Anschlags enthaltenden Zeitspanne zur Gewinnung eines Kontroilsignals herangezogen wird.
Der Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, daß "bei Einspeisung eines konstanten, beispielsweise durch einen Hechteckimpuls gegebenen Erregerstromes in die Magnetspule die Spannung an dieser einen ganz bestimmten Verlauf hat, der unterschiedlich ist je nachdem, ob das Ventil funktioniert oder nicht. In den Figuren 1 und 2 ist der Verlauf der Spannung TJ über der Zeit t an der Magnetspule dargestellt, wie er sich im Oszillogranun ergibt, und zwar in Figur 1 bei einem funktionierenden Ventil und in Figur 2 bei einem Einspritzventil mit gestörter Funktion. Betrachtet man zunächst den Spannungsverlauf nach Figur 1, so erfolgt im Zeitpunkt t 1 das Einschalten der Speisespannung für die Hagnetspule, und etwas nach dem Zeitpunkt t2 kommt der Anker bzw. der Ventilkörper zur Anlage an einem Anschlag. Sa ist zweckmäßig, während der Funktionsprüfung die Zuführung des Mediums, also bei einem Einspritzventil des Kraftstoff-s, zu unterbrechen, um eine deutliche Änderung der Spannung an der Magnetspule bei Beendigung der Bewegung des Ventilkörperε zu erhalten. Man erkennt, daß etwas nach dem Zeitpunkt t2 eine Spannungspitze vorliegt, der weitere Spannungsspitzen folgen, die durch das Prellen des Ankers bzw. des · Ventilkörpers bedingt sind. Im Zeitpunkt t3 wird die Spannung abgeschaltet, und die im Ventil Vorhandenen Rückstellfedern bringen den Anker sum Abfallen und den Ven-
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tilkörper zum Aufliegen auf dem Ventilsitz.
Betrachtet man demgegenüber den Spannungsverlauf "bei einem Ventil mit gestörter Punktion, wie er in Figur 2 dargestellt ist, so fehlen die charakteristischen Spannungsspitzen vom Zeitpunkt t2 ab, die mit dem Anziehen und Prellen des Ankers verbunden sind, da hier eine Punktionsstörung vorliegt, die die Bewegbarkeit des Ventilkörpers und des Ankers in unzulässiger Weise verringert hat.
Wie weiterhin die Diagramme erkennen lassen, enthält der Spannungsverlauf zwischen den Zeitpunkten ti und t2 praktisch keine für die Funktionsprüfung brauchbaren Besonderheiten, so daß auf diesen Zeitraum des Spannungsdiagramms bei der Punktionsprüfung zweckmäßigerweise verzichtet wird, um eine irrtümliche Signalgabe durch Störimpulse auszuschließen.
Die im Rahmen der Erfindung bevorzugte Einrichtung zur Durchführung dea Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Spannung über ein den Gleichspannungsanteil aussiebendes Crl-ied einer Verstärker- und Begrenzungsstufe mit Γ :terdrüokung derjenigen Teile des Verlaufs der Spannung zugeführt wird, die die entgegengesetzte Polarität wie diejenigen Teile dee Verlaufs der Spannung besitzen, die beim Wirksamwerden des Anschlags charakteristische Verformungen im Verlauf der Spannung aufweisen, und daß in dieser Weise aus diesen Verformungen gewonnene Impulse einer Auswerteschaltung zugeführt werden. Betrachtet man 'zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung nochmals die 8pannung3diagramme nach den Figuren 1 und 2, so
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ist also die Einrichtung so ausgelegt, daß sie die durch das Anziehen und Prellen des Ankers hervorgerufenen Gpannungsspitaen im Diagramm nach Figur 1 in Impulse umsetzt, so daß demgemäß bei ordnungsgemäßem Betrieb dee Ventils mehrere Impulse vorliegen. Anders ist es bei einem Ventil mit gestörter Funktion, da dort gemäß dem Spannungsdiagramm nach Figur 2 allenfalls ein Impuls im Bereich des Zeitpunktes t2 gewonnen werden kann, während weitere Impulse fortfallen. Man kann also die Anzahl der in der Einrichtung in dieser Weise abgeleiteten Impulse als Kriterium für den Zustand des Prüflings verwenden, beispielsweise dadurch, daß die Auswerteschaltung ein nur beim Eintreffen von mehr als einem Impuls das Kontrollsignal abgebender Signalerzeuger ist.
Zu diesem Zweck kann die Auswerteschaltung zwei bistabile Kippstufen enthalten, von denen eine die mit einem Ausgang für das Kontrollsignal verbundene andere Kippstufe erst beim Eintreffen eine» auf den ersten Impuls folgenden Impulses umsteuert.
Zur Freigabe der Ansteuerung der bistabilen Kippstufen · können die Impulse der einen Kippstufe über eine TJnd-Schaltung zugeführt werden, die über monostabile Kippstufen, denen die Spannung zugeführt wird, bei Beginn der Zeitspanne durchgeschaltet wird. Eine in dieser Weise ausgelegte Auswerteschaltung besitzt also zwei Eingänge, von denen dem einen die in dem vorher beschriebenen Schaltungsteil, der der Signalaufbereitung dient, aus den Spannungsspitzen abgeleiteten Impulse zugeführt werden, während dem anderen Eingang die Spannung an der Magnetspule
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serber zugeleitet wird. Die monostabileii Kipps hafen können zugleich mit Rückstellungceingängen der "bistabilen Kippstufen verbunden sein, damit nach Beendigung des Vorliegens der Spannung an der Magnetspule die Funktionsprüfeinrichtung wieder in ihren Ausgangszustand zurückgestellt wird.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienenden erfindungsgemäfien Einrichtung- anhand der Schaltpläne der Figuren 3 und 4 sowie anhand des Verlaufs der Spannungen in verschiedenen Ponkten der Schaltung, wie er in den Figuren 5 u*id 6 wiedergegeben ist, erläutert.
Betrachtet man zunächst die Schaltung nach Figur 3» so ist dort die Signalaufbereitung dargestellt. Der Eingangsklemme 1 wird die Spannung 2 an der Magnetspule des zu prüfenden Ventils zugeführt, die also den in Figur 1 bzw. Figur 2 mit U bezeichneten zeitlichen Verlauf besitzt. In Figur 3 ist angenommen, daß das Ventil funktionsfähig ist, da die Spannung 2 durch Prellen des Ankers bzw. des Ventilkörpers hervorgerufene Spitzen aufweist. Die Spannung 2 wird über den Kondensator 3> der zum Abblocken, also zum Unterdrücken des Gleichstromanteiles, dient, dem Verstärker/bekannter Bauart zugeführt, Kach Passieren des Gleichrichterelementes 5 gelangt der verstärkte positive Anteil der Spannung 2 in den Transistorverstärker 6, der sine Begrenserwirkung ausübt^ so daß die verschiedenen Spannungsapi t ze η in der Spannung 2 am Ausgang 7 in Form der mit 8 bezeichneten Impulsfolge erscheinen. Wäre das Ventil nicht funktionsfähig, so würde sich cur ein einziger derartiger Impuls ergeben.
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Die Impulsfolge 8 wird äea Eingang 9 der in Figur 4 wiedergegebenen digitalen Auewerte3chaltung zugeführt. Über den Schmitt-Träger 10 und den Inverter 11 gelangen, die Impulse zu dein NAND-Gatter 12 und von dort über den Inverter 13 zu der ersten "bistabilen Kippstufe 14» die üt>er ihren Ausgang 15 die zweite "bistabile Kippstufe 16 ansteuert. Mit 17 ißt der Ausgang sowohl der zweiten "bistabilen Kippstufe 16 als auch, der gesamten Prüfeinrichtung "bezeichnet.
Während also &n die Eingangsklemme 9 der Auswerte schaltupg gemäß Figur 4 die in der Signalaufbereitung gemäß Figur erzeugte Impulskette θ angelegt wird, wird dem anderen Eingang 18 der Auswerteschaltung der gesamte Spannungsverlauf zugeführt, der in Figur 3 mit 2 "be ze lehnet ist. Die Klemmen 1 und 18 können daher zusammengefaßt sein.
Wie erwähnt, ist das Gatter 12 ein solches mit einer TFND-Funktion. Sein Steuereingang 19 steht mit dem Ausgang des Monoflops 21 in Verbindung, der seinerseits von dem Monoflop 22 angesteuert ist; dem Monoflop 22 wird über die Klemme 18 der gesamte Spannungsverlauf zugeführt. Diese beiden Konoflops haben die Aufgabe, daß Gatter 12 erst etwa im Bereich des Zeitpunkts t2 (vgl. Figur 1) äurchztischalten, so daß der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten ti und t2 bei der Messung nicht verwendet wird. Dieser Zeitraum ist, wie oben dargelegt, ohnehin nicht charakteristisch hinsichtlich des Spannungsverlaufs für die Funktionsfähigkeit des Ventils. Weiterhin dient der Monoflop 21 zur Rückstellung der bistabilen Kippstufen 14 "Lind 16 über die Rückstelleitung 23 nach Abschalten der
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Spannung an der Magnetspule.
so
Betrachtet man die Diagramme nach den Figuren 5 und 6,/zeigen sie den Verlauf der Spannungen U24 am Eingang 24 der ersten bistabilen Kippstufe 14, U15 am Ausgang 15 derselben und UI7 am Ausgang I7 der Prüfeinrichtung, also das Kontrollsignal, in Abhängigkeit von der Zeit t. Wie bereits erwähnt, werden in der Signalaufbereitungßschaltung gemäß Figur 3 Impulse erzeugt aus den Spannungespitzen im Verlauf der Spannung an der Magnetspule. Bei funktionsbereitem Ventil liegen mehrere Impulse infolge des Prellens des Ankers bzw. des Ventilkörpers vor, so daß bei einem derartigen in Ordnung befindlichen Ventil, wie es Figur
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zugrundeliegt, am Eingang 24 der bistabilen Kippstufe 14 eine mehrere Impulse enthaltende Spannung TJ24 vorliegt. Anders bei einem funktionsgestörten Ventil, wie es Figur zugrundeliegt: dort enthält der Spannungsverlauf - vgl. Figur 2 - nur einen Wendepunkt, und demgemäß enthält die Spannung TJ24 auch nur einen Impuls. Das hat zur Folge, daß bei funktionsbereitem Ventil - vgl. Figur 5 - am Ausgang der bistabilen Kippstufe 15 mehr als ein Impuls auftritt (in diesem_Ausführungsbeispiel sind zwei Impulse angenommen), während der eine Spannungsimpuls TJ24 bei gestörtem Ventil (vgl. Figur 6) die bistabile Kippstufe I4 nur einmal in ihre andere Lage umsteuern kann, demgemäß die Spannung UI5 am Ausgang dieser Kippstufe eine einzige Stufe enthält.
Die Impulse der Spannung U 15 werden nun umgesetzt in ein Kontrollsignal am Ausgang I?, und zwar durch Ansteuerung der zweiten bistabilen Kippstufe 16 vom Ausgang I5 der ersten Kippstufe I4 her. Entsteht am Ausgang 15 in die-
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sem Ausführungsbeispiel eine abfallende Impulsflanke, so wird die bistabile Kippstufe 16 umgesteuert, und gemäß dem letzten Diagramm der Figur 5 liegt am Ausgang T£ als Kontrollsignal eine Spannung. Anders bei funktionsgestörtem Ventil: hier liegt in der Spannung TJ15 keine abfallende Planke vor, so daß das Potential der Klemme 17 nicht geändert wird (vgl. Figur 6, letztes Diagramm). Die~ sea Ausbleiben einer Potentialänderung an der Klemme I7 ist das charakteristische Kontrollsignal dafür, daß das Ventil nicht funktionsfähig ist.
Das erfindungsgemäße Prüfverfahren und die Einrichtung zu seiner Durchführung gewährleisten eine Kontrolle nicht nur dann, wenn die Gefahr besteht, daß die Funktionsfähigkeit des Ventils durch Korrosion beeinträchtigt ist, sondern auch dann, wenn ein elektrischer Fehler vorliegt, da auch dann in der Spannung an der Magnet spule keine im Rahmen des Prüfverfahrens und der Prüfeinrichtung verarbeitbaren Spitzen auftreten.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch zur Funktionsprüfung von Magneten, die mit Anzug eines Ankers arbeiten, also auch Relais, eingesetzt werden kann, auch wenn hierbei ein Ventilkörper fehlt.
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Claims (1)

  1. ANSPRÜCHE
    1. ) Verfahren zur Funktionsprüfung eines elektromagnetischen Ventils für ein flüssiges oder gasförmiges Medium, insbesondere eines Kraftstoff-Einspritzventils für eine Brennkraftmaschine, das eine Magnetspule und einen Anker enthält, der mit einem durch Änderung eines die Magnetspule durchfließenden elektrischen Stromes bewegbaren Ventilkörper mechanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule mit einem Strom solcher zeitlich zumindest ungefähr konstanten Stärke gespeist wird, daß bei Bewegung des Ventilkörpers ein diesem oder dem Anker zugeordneter Anschlag wirksam wird, und daß der zeitliche Verlauf der elektrischen Spannung (ü) an der Magnetspule während einer das Wirksamwerden des Anschlags enthaltenden Zeitspanne (t2 - t3) aur Gewinnung eines Kontrollsignals (UI7) herangezogen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Mediums während der !funktionsprüfung abgeschaltet wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne (t2 - t3) erst mit Wirksainwerden des Anschlags beginnt.
    4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die " Spannung (2) über ein den Gleichspannungsanteil aussie- ^ bendes Glied (3) einer Verstärker- und Begrenzerstufe (4-6) mit Unterdrückung derjenigen Teile des Verlaufs der Spannung (2) zugeführt wird, die die entgegengesetzte Polarität wie diejenigen Teile des Verlaufs der Spannung (2) besitzen, die beim Wirksamwerden des Anschlags charak-
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    teristische Verformungen im Verlauf der Spannung (2) aufweisen, und daß in dieser Weise aus diesen Verformungen gewonnene Impulse (8) einer Auswerteschaltung zugeführt werden.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung ein nur beim Eintreffen von mehr als einem Impuls (8) das Kontrollsignal (U18) abgebender Signalerzeuger ist.
    6. Einrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung zwei bistabile Kippstufen (14,16) enthält, von denen eine (14) die mit einem Ausgang (I7) für das Kontrollsignal (ΐΛ7) verbundene andere Kippstufe (16) erst beim Eintreffen eines auf den ersten Impuls folgenden Impulses umsteuert.
    7. Einrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch .5» dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse (ö) der einen Kippstufe (14) über eine UHD-Schaltung (12) zugeführt werden, die über monostabile Kippstufen (21, 22), denen die Spannung (2) zugeführt wird, bei Beginn (t2) der Zeitspanne (t2-t3) durchgeschaltet wird.
    8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die monostabilen Kippstufen (21, 22) zugleich mit Rückstellungseingängen der bistabilen Kippstufen (14»16) ver-
    " bunden sind. . *~
    9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis bzw. der Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 biß 8 Bur Funktionsprüfung von anderen Magneteinrichtungen, wie Relais.
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