DE2651355C3

DE2651355C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisieren der Öffnungszeit einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanalge für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2651355C3
Application number: DE2651355A
Authority: DE
Inventors: Vittorio Di Corso Francia Nunzio
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1975-11-12
Filing date: 1976-11-10
Publication date: 1981-09-10
Also published as: IT1055675B; DE2651355B2; FR2331687B1; DE2651355A1; FR2331687A1; GB1506335A; US4092717A

Description

mäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Einrichtung aufweist, die ein Signal mit einer der gewünschten Dauer der Einspritzperiode proportionale Periode erzeugt daß der Ausgang der ersten Einrichtung an einen ersten Eingang einer Koinzidenz-Schaltung angeschlossen ist, deren zweiter Eingang mit dem Ausgang einer Doppelschwellvert-Komparator-Schaltung verbunden ist, daß der Ausgang der Koinzidenz-Schaltung an einen ersten Eingang eines Zählers angeschlossen ist, dessen zweitem Eingang ein von einem Differenziernetzwerk erzeugtes Rücksetzsignal zuführbar ist und daß das Differenziernetzwerk ein Umschaltsignal an einen Umschaltkreis abgibt, dessen Ausgang Ober einen Schalterkreis an die Doppelschwellwert-Komparatorschaltung angeschlossen ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche 3 bis 6.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Und zwar zeigt

F i g. 1 den Verlauf des Stroms i in der Betätigungsspule einer elektromagnetischen Brennstoff-Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit t,

Fi g. 2 eine Kurve, die die Änderung des Stroms i in der Betätigungsspule einer Einspritzvorrichtung als Funktion der Zeit t zeigt, wobei die Kurve von vorbestimmten Schwellwerten geschnitten ist die den Beginn und das Ende der Brennstoff-Einspritzung zeigen,

F i g. 3 eine grafische Darstellung der Änderung eines Spannungssignals V in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei das Spannungssignal Vdas Offnen und Schließen einer Brennstoff-Einspritzvorrichtung steuert,

F i g. 4 die effektive Dauer der Brennstoff-Einspritzperiode in Abhängigkeit vom gleichen Zeitmaßstab t wie in F i g. 2,

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Änderung der Brennstoffströmung q durch eine Einspritzvorrichtung als Funktion der Batteriespannung Vb eines Fahrzeugs bei Änderung der den Beginn und das Ende des Einspritzens bestimmenden Schwellwerte,

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und _

Fig.7 bis 12 Diagramme mit den Änderungen verschiedener Parameter in Abhängigkeit von der Zeit f, wie sie sich beim Betrieb der Einrichtung nach F i g. 6 ergeben.

In Fig.6 ist ein Spannungs/Frequenz-Wandler 2 an eine Fahrzeugbatterie angeschlossen und liefert Steuerimpulse an einen Eingang 4 eines UND-Gatters 6, an dessen anderem Eingang 8 das Ausgangssignal einer Kornparatorschaltung 10 mit doppeltem Schwellwert zuführbar ist Die Wiederholungsfrequenz der Impulse des Wandlers 2 hängt von der ihm zugeführten Spannung ab.

Das Ausgangssignal des UND-Gatters 6 wird einem Takteingang 12 eines Impulszählers 14 zugeführt. Das Ausgangssignal des Impulszählers 14 ist über einen Inverter 20 an ein Differenziernetzwerk angeschlossen, das durch einen Kondensator 22 und einen mit Masse verbundenen Widerstand 24 gebildet ist.

Das Ausgangssignal des Differenziernetzwerks wird am Verbindungspunkt des Kondensators 22 und des Widerstands 24 abgenommen und einem Rücksetzeingang 26 des Impulszählers 14 sowie einem ersten Eingang 28 einer Umsclialtstufe 30 zugeführt. Die

Umschaltstufe 30 hat einen zweiten Eingang 32, dem ein Triggersignal aus einer nicht dargestellten zentralen Steuereinheit zuführbar ist Das Ausgangssignal der Umschaltstufe 30 wird der Basis eines Transistors 34 zugeführt, dessen Emitter an den Eingang der Komparatorschaltung 10 und an den einen Anschluß eines Widerstands 36 angeschlossen ist dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden ist.

Zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 34 ist eine Zener-Diode 38 geschaltet die den Transistor 34 gegen Überspannungen beim Schließen der zugeordneten Einspritzdüse schützt Der Kollektor des Transistors 34 ist an das eine Ende einer Betätigungsspule 40 der Brennstoff-Einspritzvorrichtung angeschlossen; das andere Ende der Betätigungsspule 40 ist mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Wird die Betätigungsspule 40 erregt so bewegt sie einen Schließkolben einer zugeordneten Einspritzvorrichtung gegen die Wirkung einer Vorspannfeder und öffnet die Einspritzvorrichtung.

Die F i g. ? bis 12 zeigen in Abhängigkeit von der Zeit /jeweils die Änderung

der Stromimpulse i, die den Beginn jedes

Einspritzzyklus auslösen (F i g. 7);

des Steuerspannungssignals V, das die Offen-Zeit der Einspritzvorrichtung festlegt (F i g. 8);

des Erregerstroms / für die Betätigungsspule der

Einspritzvorrichtung (F i g. 9);

des Ausgangssignals Xi der Schaltung nach F i g. 6 (Fig. 10);

des anwachsenden Zählerinhalts des Zählers 14 (Fig. 11) und

des Ausgangssignals Q, des Zählers 14(F i g. 12).
Um sicherzustellen, daß das Steuersignal, welches die Offen-Zeit der Einspritzvorrichtung steuert, die notwendige Dauer hat die die gewünschte, effektive Offnungsperiode der Einspritzvorrichtung gewährleistet, müssen beim erfindungsgemäßen Verfahren die exakten Zeitpunkte festgelegt werden, zu denen die Einspritzvorrichtung tatsächlich öffnet und schließt. Diese Zeitpunkte können, wie nachstehend erläutert, experimentell ermittelt werden.

Es wird ein erster Strom-Schwellwert A vorgegeben, derart, daß die Einspritzvorrichtung öffnet wenn der Strom durch ihre Betätigungsspule diesen Schwellwert überschreitet. Weiterhin wird ein zweiter Strom-Schwellwert B vorgegeben, derart, daß die Einspritzvorrichtung schließt wenn der Strom durch ihre Betätigungsspule diesen Schwellwert unterschreitet

Es soll angenommen werden, daß die effektive Dauer der Einspritzperiode, d.h. die tatsächliche Offen-Zeit der Einspritzvorrichtung diejenige Zeit ist, die zwischen den Schnittpunkten der Schwellwerte A und B mit der Änderungskurve des Erregerstroms durch die Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung (Fig.9) verstreicht. Dann wird der Durchfluß der Einspritzvorrichtung als Funktion der Batteriespannung gemessen, womit man eine Kurve wie in Fig.5 erhält. Durch Ändern der vorstehend erwähnten Schwellwerte A und Bund durch-Messen des Durchflusses der Einspritzvorrichtung in der vorstehend erläuterten Art, kann experimentell ein Zustand hergestellt werden, bei dem der Durchfluß der Einspritzvorrichtung konstant ist, d. h. die Offen-Periode der Einspritzvorrichtung unabhängig von einer Änderung der Batteriespannung ist.

Es kann überprüft werden, ob die exakten Zeitpunkte des öffnens und Schließens der Einspritzvorrichtung genau bestimmt wurden, wenn angenommen wird, daß

die Bewegung des Einspritzkolbens augenblicklich erfolgt, wie dies in der Praxis bei den für diese Art der Anwendung vorgesehenen EIN-AUS-Typen von elektromagnetischen Einspritzvorrichtungen der Fall ist.

Die F i g. 7 bis 12 zeigen, daß die Einspritzvorrichtung ^r> bei Erregung ihrer Betätigungsspule lediglich dann mit dem Einspritzen von Brennstoff beginnt, wenn der Spulenstrom den ersten Schwellwert A erreicht; die Einspritzung wird beendet, wenn der Spulenstrom unter den Schwellwert Bfällt.

Zwischen dem Ende des Steuersignals für die Erregung der Betätigungsspule (Fig.8) das mit dem Augenblick des Scheitelstroms der Betätigungsspule (F i g. 9) zusammenfällt und dem tatsächlichen Schließen der Einspritzvorrichtung beim Schwellwert B besteht i^r> eine gewisse Verzögerung <5, die vom Abbau des Flusses in der Betätigungsspule nach dem Aberregen herrührt. Diese Verzögerung ö ändert sich bei Änderung der Batteriespannung, die sich ihrerseits geringfügig mit der Änderung der Einspritzfrequenz ändert. Es kann deshalb angenommen werden, daß ό sich, wenn auch wenig, bei einer Änderung der Einspritzfrequenz ändert. Die Erregung der Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung beginnt zum Zeitpunkt Null in Abhängigkeit von Signalimpulsen (Fig. 7) der zentralen Steuereinheit.

Die Berechnung der Dauer der Einspritzperiode beginnt nur dann, wenn der Wert des Erregerstroms / der Betätigungsspule den in der vorstehend erläuterten Art und Weise bestimmten Schwellwert A erreicht. In diesem Augenblick öffnet die Einspritzvorrichtung und ■*<· sie bleibt auch weiterhin für einen Zeitraum ό offen, wenn das Steuersignal (F i g. 8) der zentralen Steuereinheit den Zeitpunkt der Aberregung der Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung festlegt.

Das Einspritz-Steuersignal der zentralen Steuerein- ->^r> heit hat eine Dauer r gemessen vom Beginn des effektiven Einspritzens; die tatsächliche Zeit, die die Einspritzvorrichtung offen ist ist mit τ,, bezeichnet Es gilt

Der in Betracht gezogene Injektionszyklus kann nicht abgeändert werden, jedoch kann der vorbestimmte Wert der Verzögerung 6 zur Korrektur der gesamten Offen-Zeit der nachfolgenden Injektionszyklen benutzt *"■ werden. Wurden die öffnungs- und Schließ-Schwellwerte A und B exakt eingestellt, so kann die dem tatsächlichen öffnen und Schließen der Einspritzvorrichtung vorausgehende Verzögerung korrigiert und also auch die tatsächliche Öffnungsperiode der Ein- '" spritzvorrichtung korrigiert werden. Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zur Korrektur der das öffnen der Einspritzvorrichtung steuernden Signale mittels der zeitlichen Verzögerung ό an.

Anhand der Fig.6 bis 12 soll im folgenden die Betriebsweise der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung erläutert werden. Die Steuersignale (F i g. 7 und 8), die die Dauer der Brennstoff-Einspritzimpulse festlegen, werden von der nicht dargestellten zentralen Steuereinheit geliefert Die Dauer der Einspritz-Steuerimpulse (F i g. 8) wird auf der Grandlage von Druck, Temperatur und Motordrehzahl bereitgestellt Das von der zentralen Steuereinheit gelieferte Steuerspannungssignal V(Fig.8) wird dem Spannung/Frequenz-Wandier 2 zugeführt der eine ^fa5 Impulsfolge mit der Wiederholungsperiode T liefert die unmittelbar proportional zur Steuerspannung Vist

Die Doppelschwellwert-Komparatorschaltung 10 hat

einen ersten, oberen Schwellwert A bei dem sie auf den logischen Pegel 1 schaltet und einen zweiten, unteren Schwellwert B, bei dem sie vom logischen Pegel 1 zurück zum logischen Pegel 0 schaltet

Die zentrale Steuereinheit liefert darüber hinaus Triggerimpulse (Fig.7), die den Beginn jedes Injektionszyklus bestimmen und dem zweiten Eingang 32 der Kommutatorschaltung 30 zugeführt werden. Diese weist einen bistabilen Multivibrator auf, dessen Ausgang auf den logischen Pegel 1 gebracht wird, womit der Transistor 34 zu leiten beginnt. Der Strom /in der an den Kollektor des Transistors 34 angeschlossenen Betätigungsspule 40 nimmt, wie in Fig.9 dargestellt, exponentiell zu. Wenn er den ersten Schwellwert A der Doppelschwellwert-Komparatorschaltung 10 erreicht, ändert diese ihr Ausgangssignal vom logischen Pegel 0 auf einen logischen Pegel 1. Dieses Ausgangssignal gelangt an den Eingang 8 des UND-Gatters 6 und öffnet dieses für das Ausgangssignal des Wandlers 2. Am Ausgang des UND-Gatters 6 ergibt sich somit ein logischer Pegel 1. Dieses Ausgangssignal des UND-Gatters 6 gibt den Zähler 14 frei, der mit dem Zählen der vom Wandler 2 zugeführten Signale beginnt und weiterzählt, bis er voll ist Der Zähler 14 des Ausgangsbeispiels ist als 7-Bit-Zähler ausgeführt mit einer Kapazität von (2⁷ -1), d. h. 127.

Wenn der Zähler 14 voll ist, wird das Signal des bedeutendsten Bis, d. h. des Bits höchster Ordnung vom Inverter 20 invertiert und von dem aus dem Kondensator 22 und dem Widerstand 24 gebildeten Differenziernetzwerk differenziert. Das in Fig. 12 dargestellte Impulssignal Q? steigt damit an und wird dem Zähler 14 zum Rücksetzen auf Null zugeführt. In Wirklichkeit wird der Zähler 14 jedoch bereits vom nächstfolgenden Eingangssignal auf Null gesetzt, das auf das Auffüllen des Zählers folgt. Das Rücksetzen des Zählers mittels des Impulses Qi stellt lediglich eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme dar. Das Impulssignal Qi des Differenziernetzwerks wird dem zweiten Eingang des die Umschaltstufe 30 bildenden bistabilen Multivibrators zugeführt, der daraufhin vom logischen Zustand 1 in den logischen Zustand 0 übergeht und den Transistor 34 sperrt. Von diesem Augenblick an nimmt der Strom durch die Betätigungsspule 40 aufgrund der Induktivität der Betätigungsspule exponentiell ab.

Da das Ausgangssignal der Komparatorschaltung 10 auf einem logischen Pegel 1 verbleibt gibt dieser auch weiterhin das Signal Xiab und das UND-Gatter 6 bleibt geöffnet, so daß der Zähler 14 erneut zu zählen beginnt, und zwar so lange, wie der Strom der Betätigungsspule oberhalb des zweiten Schwellwerts B (F i g. 9) bleibt. Fällt der Strom der Betätigungsspule unter den Schwellwert B. so wechselt die Doppelschwellwert-Komparatorschaltung 10 vom logischen Pegel 1 zum logischen Pegel 0 und sperrt das UND-Gatter 6 für die vom Wandler 2 zum Zähler 14 geführten Impulse. Der Zähler 14 hört zu zählen auf, wobei er bei einer gespeicherten Zahl stehen bleibt die der gewünschten Verzögerungsperiode δ entspricht.

Im nächstfolgenden Zyklus beginnt der Zähler 14 bei diesem gespeicherten Zahlenwert ό (Fig. II); die zum Auffüllen benötigte Zeit τ beträgt somit 128Γ-<5, d. h. bei Verwendung der in den Fig.9, 10, 11 benutzten Bezeichnungen:

r = τ,,-0.

Diese Zeit r stellt die Zähldauer des Zählers 14 dar, womit die Dauer des die Einspritzvorrichtung öffnen-

den Steuersignals exakt die erforderliche effektive Öffnungszeit r,. -..!er Einspritzvorrichtung wiedergibt. Das Signal Λ/ (I ig. 10) stellt also die tatsächliche Öffnungszeit der Einspriizvi>n^;chtung dar und erlaubt den Ausschluß der AnMicgsptme des Stroms der

Betätigungsspule, während der die Einspritzvorrichtung nicht öffnet und sie erlaubt eine Berücksichtigung der Verzögerung ö zwischen dem Abschalten des Erregersignals der Betätigungsspule und dem tatsächlichen Schließen der Einspritzvorrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stabilisieren der Öffnungszeit einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei dem die Stabilisierung so erfolgt, daß für eine gegebene Öffnungszeit der Einspritzvorrichtung eine von einer Versorgungs- oder Batteriespannung unabhängige Menge Brennstoff eingespritzt-wird, und bei dem ein erster und ein zweiter Schwellwert des Erregerstroms einer Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung zum Festlegen der Zeitpunkte, zu denen die Einspritevorrichtung in jedem Zykius öffnet und schließt, experimentell vorbestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauereines die Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung und den Anfangszeitpunkt der Einspritzung festlegenden Einspritz-Steuersignals von dem Zeitpunkt ab berechnet wird, zu dem der Strom in der Betätigungsspule den ersten Strom-Schwellwert (A) erreicht und daß die Verzögerung (<$) zwischen dem Ende des Einspritz-Steuersignals und dem Zeitpunkt, zu dem der Strom in der Betätigungsspule in einem Einspritzzyklus unter den zweiten Schwellwert (B) abnimmt, von der gewünschten effektiven Öffnungszeit (r„) der Einspritzvorrichtung abgezogen wird, um die Zeitdauer (τ) des die Einspritzvorrichtung öffnenden Steuersignals für nachfolgende Einspritzzyklen zu erhalten. ^i{)

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Einrichtung (2) aufweist die ein Signal mit einer der gewünschten Dauer der Einspritzperiode proportionalen Periode erzeugt, daß der Ausgang ^J5 der ersten Einrichtung (2) an einen ersten Eingang (4) einer Koinzidenz-Schaltung (6) angeschlossen ist, deren zweiter Eingang (8) mit dem Ausgang einer Doppelschwellwert-Komparatorschaltung (10) verbunden ist, daß der Ausgang der Koinzidenz-Schaltung (6) an einen ersten Eingang (12) eines Zählers (14) angeschlossen ist, dessen zweitem Eingang (26) ein von einem Differenziernetzwerk (22, 24) erzeugtes Rücksetzsignal zuführbar ist und daß das Differenziernetzwerk (22,24) ein Umschaltsignal an einen Umschaltkreis (30) abgibt, dessen Ausgang über einen Schalterkreis (34) an die Doppelschwell· wert-Komparatorschaltung (10) angeschlossen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenz-Schaltung ein UND-Gatter (6) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalterkreis einen Transistor (34) aufweist, dessen Emitter an die Komparatorschaltung (10) angeschlossen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Transistors (34) an die Betätigungsspule (40) der zugeordneten Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ^b0 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (2) einen Spannungs/Frequenz-Wandler aufweist, der Impulse mit einer durch eine zugeführte Spannung bestimmten Folgefrequenz erzeugt und daö die Spannung ihrerseits proportional zur "' gewünschten Dauer der Einspritzperiode ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Stabilisieren der Öffnungszeit einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei dem die Stabilisierung so erfolgt, daß für eine gegebene Öffnungszeit der Einspritzvorrichtung eine von einer Versorgungs- oder Batteriespannung unabhängige Menge Brennstoff eingespritzt wird, und bei dem ein erster und ein zweiter Schwellwert des Erregerstroms einer Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung zum Festlegen der Zeitpunkte, zu denen die Einspritzvorrichtung in jedem Zyklus öffnet und schließt, experimentell vorbestimmt werden sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aufgrund der DE-OS 2132 717 und der DE-OS 22 15 325 ist es bereits bekannt, zur Erzielung eines genau durchgeführten Steuervorgangs eine Regelung des Stromanstiegs und des Haltestroms in den Magnetwicklungen der Einspritzventile vorzunehmen. Dabei werden auch Schritte unternommen, um den zeitlichen Verlauf des Stromes durch die Ventil-Magnetwicklungen unabhängig von eventuell auftretenden Schwankungen der Batterie-Versorgungsspannung zu machen.

Durch diese Maßnahmen werden jedoch nicht alle auftretenden Schwierigkeiten eliminiert. So beginnt die Öffnungsbewegung jedes Einspritzkolbens erst dann, wenn dsr die Spule erregende Strom einen genau bestimmten Wert erreicht hat, d. h., wenn die von der Betätigungsspule auf den Kolben ausgeübte Kraft gleich der Summe der Kräfte ist, die der Kolbenbewegung entgegenstehen. Zu den letztgenannten Kräften gehören die Vorspannung durch eine auf den Kolben wirkende Feder sowie eine durch den Druck des Kraftstoffs hervorgerufene Kraft Auf der anderen Seite ist aufgrund des Phänomens der magnetischen Hysterese auch eine gewisse Verzögerung beim nachfolgenden Schließen des Kolbens unvermeidbar.

Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Öffnungszeit einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung bei einer Brennstoff-Einspritzanlage zu schaffen, Y»elche mit niedrigen Kosten und geringem Konstruktionsaufwand unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Verzögerungen des öffnens und Schließens des Kolbens eine genaue Dosierung der abgegebenen Kraftstoffmenge erlaubt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Dauer eines die Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung und den Anfangszeitpunkt der Einspritzung festlegenden Einspritz-Steuersignals von dem Zeitpunkt ab berechnet wird, zu dem der Strom in der Betätigungsspule den ersten Strom-Schwellwert erreicht und daß die Verzögerung zwischen dem Ende des Einspritz-Steuersignals und dem Zeitpunkt, zu dem der Strom in der Betätigungsspule in einem Einspritzzyklus unter den zweiten Schwellwert abnimmt, von der gewünschten effektiven Öffnungszeit der Einspritzvorrichtung abgezogen wird, um die Zeildauer des die Einspritzvorrichtung öffnenden Steuersignals für nachfolgende Einspritzzyklen zu erhalten.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sowohl die Anstiegs- wie auch die Abfallzeit des Stroms der Betätigungsspule berücksichtigt, so daß unter allen Bedingungen eine genau dosierte Abgabe von Kraftstoff an den Verbrennungsmotor gewährleistet ist

Die Vorrichtung zur Durchführung des jrfiiuiiir.|»sge-