DE2655615A1 - Verfahren und vorrichtung zum stabilisieren der oeffnungsperiode einer elektromagnetisch betaetigten brennstoff-einspritzvorrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum stabilisieren der oeffnungsperiode einer elektromagnetisch betaetigten brennstoff-einspritzvorrichtung

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DE2655615A1 DE19762655615 DE2655615A DE2655615A1 DE 2655615 A1 DE2655615 A1 DE 2655615A1 DE 19762655615 DE19762655615 DE 19762655615 DE 2655615 A DE2655615 A DE 2655615A DE 2655615 A1 DE2655615 A1 DE 2655615A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, die für eine gegebene Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung eine von der Fahrzeugbatteriespannung unabhängige Brennstoffmenge einspritzt. Die Erfindung betrifft darüberhinaus eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung betrifft insbesondere Brennstoff-Einspritzvorrichtungen vom Elektromagnet-Typ. Diese Vorrichtungen weisen einen federbelasteten .Schließkolben auf, der von einer Betätigungsspule bewegt wird. Die Erregung der Betätigungs-
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spule ist durch elektrische Steuersignale veränderbarer Dauer steuerbar, die die Einspritzvorrichtung für die erforderliche Öffnungszeit geöffnet halten. Bei durch die elektrische Steuerschaltung der Betätigungsspule sowie durch den hydraulischen Brennstoff-Speisekreis der Einspritzvorrichtung gegebenen Bedingungen ist die mit jedem Einspritzhub eingespritzte Brennstoffmenge direkt proportional zur Offen-Zeit der Einspritzvorrichtung.
Man weiß, daß die Betätigungsspule einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung vom elektrischen Standpunkt aus gesehen einer Induktivität mit einem Widerstand in Serie äquivalent ist. Bei Erregung der Spule steigt der Erregerstrom der Spule mit einer gewissen Zeitkonstante exponentiell an, wobei der momentane Wert des Stroms von Augenblick zu Augenblick unmittelbar proportional zur Versorgungsspannung, d.h. zur Batteriespannung des Fahrzeugs ist.
Die der Vorbelastung durch die Feder entgegenwirkende magnetische Kraft, die bei Erregung der Betätigungsspule auf den Schließkolben der Einspritzvorrichtung einwirkt, nimmt mit dem exponentiell wachsenden Erregerstrom zu. Dementsprechend beginnt sich der Kolben erst nach einer gewissen, auf den Moment der Erregung der Betätigungsspule folgenden Periode zu bewegen. Weiterhin verzögert sich nach dem Aberregen der Betätigungsspule das Schließen der Einspritzvorrichtung aufgrund des Phänomens der magnetischen Hysterese und der Verzögerung beim Abbau des magnetischen Flusses in der Betätigungsspule nach dem Abschalten des Erregerstroms.
In der italienischen Patentanmeldung 69 788 A/75 vom 12. Nov. -1975 der Anmelderin ist beschrieben, daß diese Verzögerung zwischen dem das öffnen und Schließen der Einspritzvorrichtung bestimmenden Steuersignal und den tatsächlichen Zeitpunkten des öffnens und Schließens unter der Annahme kompen-
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siert werden kann, daß der tatsächliche Öffnungsaugenblick der Schnittpunkt eines experimentell bestimmten Schwellwerts mit der charakteristischen Anstiegskurve des Erregerstroms der Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung ist.
Das in dieser italienischen Patentanmeldung erläuterte Verfahren bezieht seine Information aus der Signalform des Erregerstroms und setzt deshalb von der auf den Schließkolben der Einspritzvorrichtung einwirkenden Kraft aus gesehen voraus, daß einer gegebenen Kraft auf den Kolben stets eine entsprechende mechanische Bewegung zugeordnet ist, die für die einzelne Einspritzvorrichtung oder für die verschiedenen Einspritzvorrichtungen der Einspritzanlage eines Kraftfahrzeugs stets gleich ist. Dies setzt eine sehr genaue Einstellung der Einspritzvorrichtungen voraus, sowohl hinsichtlich ihrer Kolbenhübe als auch hinsichtlich ihrer Federvorbelastungen, um sicherzustellen, daß der Durchfluß durch die verschiedenen Einspritzvorrichtungen bei gegebenem Erregerstrom jeweils gleich ist und um sicherzustellen, daß die Bewegung der Schließkolben der Einspritzvorrichtungen in Abhängigkeit von der Zeit konstant und wiederholbar verlaufen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Korrektur der Offen-Zeit einer Einspritzvorrichtung für eine Brennstoff-Einspritzanlage anzugeben, das: nicht wie obenstehend erläutert genau eingestellt werden muß. Die Erfindung hat weiterhin die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und insbesondere eine Steuereinrichtung für eine Einspritzvorrichtung anzugeben, die einfach und mit niedrigen Kosten herstellbar ist.
-Die Erfindung besteht in einem Verfahren zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bei dem durch Ausnutzen der charakteristi-
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,6.
sehen zeitlichen Änderung des Erregerstroms der Einspritzvorrichtung die eingespritzte Brennstoffmenge für eine gegebene Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung unabhängig von der Batteriespannung gehalten wird, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dauer der Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung von dem Zeitpunkt ab errechnet wird, zu dem im Anstieg des Erregerstroms eine systematische ünstetigkeit auftritt.
Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt:
Fig. 1 den Erregerstrom der Betätigungsspule einer Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit t;
Fig. 2 bis 5 der Reihe nach: Die Eingangsspannung V, den Erregerstrom ir den Weg X des Schließkolbens der Einspritzvorrichtung und den Durchflußstrom q des Brennstoffs durch die Einspritzvorrichtung, jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t;
Fig. 6 bis 9 die gleichen Parameter wie in den Fig. 2 bis 5, jedoch bei einer höheren Batteriespannung;
Fig. 1o die Änderung der Batteriespannung V nach Erregung der Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit t;
Fig. 11 die Abhängigkeit des Erregerstroms i der Betätigungsspule in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei A1 und B1 Unstetigkeitspunkte sind, die genau bestimmt werden müssen und wobei die Rückflanke des Erregerimpulses so steil wie möglich gemacht ist, damit Verzögerungtm aufgrund der vorstehend erläuterten magnetischen Hysterese so weit als möglich vermieden werden;
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Fig. 12 die Änderung einer der Komparatoreingangsspannungen V(-) in Abhängigkeit von der Zeit für die in Fig. dargestellte, verstärkte und mit einem Schwellwert V(+) verglichene Unstetigkeit;
Fig. 13 die Signalform des Spannungsimpulses am Ausgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit; und
Fig. 14 ein Schaltbild einer nach der Erfindung arbeitenden Vorrichtung.
Fig. 14 zeigt schematisch eine Steuereinheit 1 für eine Einspritzvorrichtung, die an die Basis eines Transistors 3 und die Anode einer Zenerdiode 5 ein Ausgangssignal abgibt. Die Kathode der Zenerdiode 5 ist an den Kollektor des Transistors 3 sowie an einen Anschluß einer Betätigungsspule 7 der Einspritzvorrichtung angeschlossen. Dem anderen Anschluß der Betätigungsspule 7 ist aus der Fahrzeugbatterie eine Versorgungsspannung V zuführbar. Der Emitter des Transistors 3 ist mit einem Anschluß eines Widerstands 9 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Der Emitter ist weiterhin mit einem Widerstand 11 verbunden, der seinerseits über einen in Serie geschalteten Widerstand 13 geerdet ist. Schließlich ist der Emitter des Transistors 3 an einen Kondensator 15 angeschlossen. Der Verbindungspunkt H zwischen den Widerständen 11 und 13 ist an die Basis eines Transistors 17 angeschlossen, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektor mit einem in Serie zu einem Widerstand 21 geschalteten Widerstand 19 verbunden ist. Der Verbindungspunkt K zwischen den Widerständen 19 und 21 ist an den vom Transistor 3 abgekehrten Anschluß des Kondensators 15 angeschlossen. Parallel zum Widerstand 21 ist ein änderbarer Einstellwiderstand 23 in Serie mit einem Widerstand 25 geschaltet, wobai der Widerstand 25 geerdet ist. Der Verbindungspunkt K ist an einen ersten Eingang a eines Komparators 27 angeschlossen, dessen zweiter Eingang b mit
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dem Verbindungspunkt P zwischen den Widerständen 23 und 25 verbunden ist. Der Komparator 27 kann beispielsweise als
Operationsverstärker ausgebildet sein. An dem Verbindungspunkt P ist weiterhin eine Zenerdiode 29 angeschlossen, die über einen Widerstand 31 an einen mit der Fahrzeugbatterie verbundenen . Punkt C geschaltet ist. Der Komparator 27 ist mit seinem Ausgang 33 an die Steuereinheit 1 angeschlossen und über einen Widerstand 35 mit einem Punkt D, der den Widerständen 21 und 23 gemeinsam ist, verbunden. Der Punkt D liefert eine feste positive Vorspannung und ist darüberhinaus mit einem dritten Eingang 37 des Komparators 27 verbunden.
Die Messung der zeitlichen Änderung des Erregerstroms der
Betätigungsspule einer Einspritzvorrichtung liefert das in Fig. 1 graphisch dargestellte Ergebnis; im zeitlich ansteigenden Strom tritt jedesmal eine Unstetigkeit C auf, wenn
der bewegliche Teil der Einspritzvorrichtung, d.h. der Schließkolben gegen einen feststehenden Teil der Einspritzvorrichtung am Ende des Öffnungshubs anschlägt. Andererseits kann die vorstehend erwähnte Schließverzögerung der Einspritzvorrichtung unabhängig von der Batteriespannung gemacht werden, wenn der Erregerstrom so schnell wie möglich abklingt. Schnelles Abklingen des Spulenstroms wird durch die zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors 3 geschaltete Zenerdiode sowie durch ausreichend hohe Spannung erreicht, so daß sie die in der Spuleninduktivität gespeicherte elektromagnetische Energie aufnimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, daß die Einspritzvorrichtung augenblicklich an der Unstetigkeitsstelle C der Strom/Zeit-Charakteristik öffnet, was zu einer augenblicklichen Zunahme des BrennstoffStroms durch die Einspritzvorrichtung von Null auf maximale Strömung im Moment des
Auftreffens des Schließkolhans auf den feststehenden Teil
der Einspritzvorrichtung nach1 deren öffnen führt.
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-j.
Das durch den Kondensator 15 und die Widerstände 11, 13 gebildete Differenziernetzwerk erfaßt die Unstetigkeit C im Signalverlauf des Erregerstroms und bestimmt den tatsächlichen Öffnungszeitpunkt der Einspritzvorrichtung. Die Einspritzperiode , d.h. die Offen-Zeit der Einspritzvorrichtung wird ,von diesem Augenblick an berechnet.
Die Figuren 2 bis 9 zeigen die Abhängigkeit von zwei unterschiedlichen Batteriespannungen. In den Fig. 5 und 9 ist die Änderung der Brennstoffströmung q durch die Einspritzvorrichtung für zwei verschiedene Batteriespannungen dargestellt. Die in einer einzelnen Einspritzperiode eingespritzte Brennstoffmenge kann in mehrere Teile aufgeteilt werden. Ein erster Teil ist konstant und unabhängig von Änderungen der Batteriespannung; er entspricht den Zeitintervallen CD und GE, die durch parasitäre Ströme hervorgerufen werden sowie dem Zeitintervall GF aufgrund der Trägheitsverzögerung. Ein zweiter Teil entspricht der zunehmenden Brennstoffströmung nach dem öffnen der Einspritzvorrichtung (Zeit BC) und ein dritter Teil entspricht dem Abbau des Stroms in der Betätigungsspule (Zeit DG). Die letzten beiden Zeitintervalle BC und DG ändern sich, wie der Vergleich der Fig. 5 und 9 zeigt, mit der Batteriespannung. Die Zeit BC nimmt mit zunehmender Batteriespannung ab, da sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Schließkolbens erhöht, während die Zeit DG mit zunehmender Batteriespannung ebenfalls zunimmt und zwar entweder weil der Anfangswert des Spulenstroms größer ist oder weil der Gradient des Stromabfalls kleiner ist. Dies kann leicht durch Lösen der für die Steuerschaltung mit Zenerdiode geltenden Gleichungen bei schnellem Abfall des Stroms nachgewiesen werden. Die während der beiden Zeitintervalle BC Λχηά DG eingespritzten Brennstoff mengen ändern sich in entgegengesetztem Sinn in Abhängigkeit von Änderungen der Batteriespannung. Diese beiden Milderungen heben sich in erster Näherung gegenseitig auf.
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«Jo-
Im folgenden soll die Betriebsweise der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung anhand von Fig. erläutert werden. Die Widerstände 19, 21, 23 und 25 bilden eine Wheatstone'sehe Brücke, die zwischen die Batteriespannung am Punkt D und Masse geschaltet ist. Am Punkt K, d.h. am ersten Komparatoreingang a tritt eine erste Bezugs- oder Schwellwertspannung V- auf. Eine zweite Bezugs- oder Schwellwertspannung V+ tritt am Punkt P und damit am zweiten Komparatoreingang b auf. Die Werte der Widerstände 19, 21, 23 und 25 der Brücke sind so gewählt, daß die Schwellwertspannung V- bei fehlendem Strom durch die Betatigungsspule 7 der Einspritzvorrichtung den Wert der Schwellwertspannung V+ übersteigt und das Signal V- unter diesen Bedingungen der Restwert der Brückenvorspannung ist, so daß das durch den Vergleich im Komparator 27 gegebene Ausgangssignal zwischen V- und V+ niedrigen Pegel aufweist.
Wird die Betatigungsspule 7 der Einspritzvorrichtung erregt, so wird dem Punkt K eine Spannung überlagert, die durch das vom Kondensator 15 und dem vom Punkt K aus gesehenen Ersatzwiderstand der Wheatstone'sehen Brücke 19, 21, 23, 25 gebildete Hochpaßfilter tritt und in erster Annäherung die Ableitung des Erregerstroras erhalten wird. Die Brücke wird dementsprechend verstimmt und liefert, wie in Fig. 12 dargestellt ist, einen Impuls V- an den Komparatoreingang a. Das Widerstands-Kondensator-Netzwerk überträgt jedoch nicht lediglich die Ableitung des der Bewegung der Einspritzvorrichtung zugeordneten Signals, sondern auch die Ableitung des Anstiegs des Erregerstroms. Der brauchbare Teil des Spannungssignals V- am Komparatoreingang a, d.h. der den Schwellwert V+ am anderen Komparatoreingang b übersteigende Teil, der der JJnstetigkeit C des Erregerstroms entspricht, verschiebt sich mit zunehmender Batteriespannung zu höheren Werten hin. Zur Kompensation dieses Effekte wird der Schwellwert V+ am Komparatoreingang b mit zunehmen 1er Batterie spannung erhöht, indem am Punkt P über die Zei.^rdiode 29 und den Widerstand 31
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der Batterie ein zweites Signal zugekoppelt wird. Der in Serie zum Brückenwiderstand 14 gelegene Transistor 17 ist normalerweise abgeschaltet und hält den Ausgang des !Comparators 27 über einen weiten Bereich der Batteriespannung auf Null, solange am Komparatoreingang kein dem Erregerstrom der Einspritzvorrichtung entsprechendes Differential-Eingangssignal anliegt. Der Transistor 17 wird jedoch leitend, sobald am Widerstand 9 ein Signal erscheint, das auf die Brücke 19, 21, 23, 25 einwirkt. Der erste Teil des Differential-Eingangssignals des !Comparators (Fig. 12) ist stark positivvnd nimmt dann rasch in Abhängigkeit von der ünstetigkeit C während der Bewegung des Schließkolbens der Einspritzvorrichtung ab. Am Punkt C überquert das Signal den Schwellwert V+ (Fig. 12), womit der Komparator 27 einen Ausgangsimpuls (Fig. 13) abgibt. Der der ünstetigkeit C entsprechende Ausgangsimpuls des Komparators 27 wird dem Eingang der Steuereinheit 1 zugeführt und bestimmt den Einspritzanfang. Der änderbare Einstellwiderstand 23 der Brücke 19, 21, 23, 25 erlaubt ein für allemal die experimentelle Bestimmung der richtigen Funktion der Anlage im gesamten Bereich der Betriebstemperaturen (-4o bis +850C) und im gesamten Bereich der Batteriespannungen (6V - 18V) .
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Claims (7)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer
elektromagnetisch betätigten Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, bei dem durch Ausnutzen der charakteristischen zeitlichen Änderung des Erregerstroms der Einspritzvorrichtung die eingespritzte Brennstoffmenge für eine gegebene Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung unabhängig von der Batteriespannung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung von dem Zeitpunkt ab berechnet wird, zu dem im Anstieg des Erregerstroms eine systematische ünstetigkeit auftritt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Detektor (3), die systematische Unstetigkeit im Anstieg des Erregerstroms der Einspritzvorrichtung erfaßt, daß das Ausgangssignal des Detektors (3) einem ersten Bezugssignal (V-) einer zwei Bezugssignale (V-, V+) abgebenden Bezugssignalschaltung (19, 21, 23, 25) überlagerbar ist, daß Einrichtungen (29, 31) vorgesehen sind, die das zweite Beuugssignal mit zunehmender Batteriespannung (V) erhöhen, daß ein die beiden Bezugssignale (V-, V+) vergleichender Vergleicher (27) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal eine Steuereinheit (1) der Einspritzvorrichtung steuert und daß ein Vorspannungskreis das Ausgangssignal des Komparators (27) bei fehlendem Erregerstrom auf Null hält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Detektor als Transistor (3) mit einer Widerstandsbelastung im Emitterkreis ausgebildet ist.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugssignalschaltung als Spannungsteiler (19, 21, 23, 25) nach Art einer Wheatstone1sehen Brücke ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (27) einen Operationsverstärker aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die das zweite Bezugssignal mit zunehmender Batteriespannung erhöhende Einrichtung eine zusammen mit einem in Serie geschalteten Widerstand (31) zwischen die Batteriespannung (V) und den das zweite Bezugssignal aufnehmenden Eingang des Komparators (27) geschaltete Zenerdiode (29) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet', daß der Vorspannungskreis einen an die BezugssignalschaItung (19, 21, 23, 25) angeschlossenen Transistor (17) aufweist, der die Bezugssignalschaltung (19r 21, 23, 25) lediglich bei vorhandenem Erregerstrom der Einspritzvorrichtung wirksam schaltet.
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DE2655615A 1975-12-09 1976-12-08 Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Brennstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen Expired DE2655615C3 (de)

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