DE2655615B2

DE2655615B2 -

Info

Publication number: DE2655615B2
Application number: DE2655615A
Authority: DE
Inventors: Vittorio Di Turin Nunzio (Italien)
Original assignee: Fiat Auto SpA
Current assignee: Fiat Auto SpA
Priority date: 1975-12-09
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1980-10-16
Also published as: FR2334830A1; DE2655615C3; GB1507239A; IT1051454B; DE2655615A1; FR2334830B1; US4140084A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei dem durch Ausnutzen der charakteristischen zeitlichen Änderung des Erregerstroms der Einspritzvorrichtung die eingespritzte Brennstoffmenge für eine gegebene Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung unabhängig von Schwankungen der Batteries spannung gehalten wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Einspritzvorrichtungen weisen praktisch durchwegs einen federbelasteten Schließkolben auf, der mit Hilfe einer Betätigungsspule gesteuert wird. Die Erregung

tu der Betätigungsspule erfolgt mit Hilfe elektrischer Steuersignale veränderbarer Dauer, so daß die mit jedem Einspritzhub eingespritzte Brennstrommenge proportional zur Offen-Zeit der Schließkolben ist

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 Haltestromes 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. Bekanntlich ist die Betätigungsspule einer elektromagnetischen Einspritzvorrichtung vom elektrischen Standpunkt aus gesehen äauivalent einer Induktivität, welche in Serie mit einem Widerstand liegt. Aufgrund dieser Tatsache

JO steigt bei Erregung der Spule deren Erregerstrom mit einer gewissen Zeitkonstante exponentiell an, so daß die der Vorbelastung durch die Feder entgegenwirkende magnetische Kraft, welche bei Erregung der Betätigungsspuke auf den Schließkolben der Einspritzvorrichtung einwirkt, mit dem exponentiell wachsenden Erregerstrom zunimmt. Dementsprechend führt der Kolben erst nach einer gewissen, auf den Moment der Erregung der Betätigungsspule folgenden Periode seine Bewegung durch. Auf der anderen Seite verzögert sich nach dem Abschalten des Erregerstroms das Schließen des Kolbens aufgrund des Phänomens der magnetischen Hysterese und der Verzögerung beim Abbau des magnetischen Flusses in der Betätigungsspule.

Entsprechend einem älteren Vorschlag derselben Anmelderin (siehe DE-OS 26 51355) wird diese Verzögerung zwischen dem Steuersignal und den tatsächlichen Zeitpunkten des öffnens und Schließens des Kolbens unter der Annahme kompensiert, daß der tatsächliche Öffnungsaugenblick der Schnittpunkt eines

^ΓΌ experimentell bestimmten Schwellwerts mit der charakteristischen Anstiegskurve des Erregerstroms der Betätigungsspule der Einspritzvorrichtung ist. Das dabei verwendete Verfahren bezieht seine Information aus der Signalform des Erregerstroms und setzt deshalb 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. Es zeigt sich

W) jedoch, daß ein derartiges Verfahren eine sehr genaue Einstellung der Einspritzanlage, sowohl hinsichtlich ihrer Kolbenhübe als auch hinsichtlich ihrer Federvorbelastungen erfordert, um sicherzustellen, daß bei gegebenem Erregerstrom der Kraftstoffdurchfluß durch

b^r> die verschiedenen Einspritzvorrichtungen jeweils gleich ist und die Bewegung der Schließkolben in Abhängigkeit von der Zeit konstant und wiederholbar verlaufen.
Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, ein

Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Offen-Zeit einer Einspritzvorrichtung für eine Brennstoff-Einspritzanlage anzugeben, das keine genaue Einstellung erforderlich macht, wobei zusätzlich gewährleistet ist daß eine derart ausgestaltet': Steuereinrichtung für eine Einspritzvorrichtung einfach und mit niedrigen Kosten herstellbar ist

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Dauer der Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung von dem Zeitpunkt ab berechnet wird, zu dem im Anstieg des Erregerstroms eine systematische Unstetigkeit auftritt

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor die systematische Unstetigkeit im Anstieg des Erregerstroms der Einspritzvorrichtung erfaßt, daß das Ausgangssignal des Detektors einem ersten Bezugssignal einer zwei Bezugssignale abgebenden Bezugssignalschaltung überlagerbar ist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist die das zweite Bezuguignal mit zunehmender Batteriespannung erhöht, daß ein die beiden Bezugssignale vergleichender Vergleicher vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal eine Steuereinheit der Einspritzvorrichtung steuert und daß ein Vorspannungskreis das Ausgangssignal des Komparators bei fehlendem Erregerstrom auf Null hält.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche 3 bis 7.

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

F i g. 1 den Erregerstrom der Betätigungsspule einer Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit /;

F i g. 2 bis 5 der Reihe nach: Die Eingangsspannung V, den Erregerstrom i, den Weg X des Schließkolbens der J5 Einspritzvorrichtung und den Durchflußstrom q des Brennstoffs durch die Einspritzvorrichtung, jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t;

F i g. 6 bis 9 die gleichen Parameter wie in den F i g. 2 bis 5, jedoch bej einer höheren Batteriespannung;

Fig. 10 die Änderung der Batteriespannung Vnach Erregung der Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit f;

F i g. 11 die Abhängigkeit des Erregerstroms / der Betätigungsspule in Abhängigkeit von der Zeit f, wobei A und B Unstetigkeitspunkte sind, die genau bestimmt werden müssen und wobei die Rückflanke des Erregerimpulses so steil wie möglich gemach' ist, damit Verzögerungen aufgrund der vorstehend erläuterten magnetischen Hysterese so weit als möglich vermieden so werden;

Fig. 12 die Änderung einer der Komparatoreingangsspannungen V{—) in Abhängigkeit von der Zeit für die in F i g. 11 dargestellte, verstärkte und r.iit einem Schwellwert H +) verglichene Unstetigkeit;

Fig. 13 die Signalform des Spannungsimpulses am Ausgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Zeit; und

F i g. 14 ein Schaltbild einer nach der Erfindung arbeitenden Vorrichtung. f>o

F i g. 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 f>s Anschluß einer Betätigungsspule 7 der Einspritzvorrichtung angeschlossen. Dem anderen Anschluß der Betätigungsspule 7 ist aus der Fahrzeugbatterie eine Versorgungsspannung V zuführba:¹. 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 Jl Verbundes, 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 IC 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 Eitistellwiderstand 23 in Serie mit einem Widerstand 25 geschaltet, wobei der Widerstand 25 geerdet ist Der Verbindungspunkt K ist an einen ersten Eingang a eines Komparators 27 angeschlossen, dessen zweiter Eingang b mit 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 Erreger-Stroms der Betätigungsspule einer Einspritzvorrichtung liefert das in F i g. 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 5 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 Schließkolbens auf den feststehenden Teil der Einspritzvorrichtung nach deren öffnen führt.

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 F i g. 2 bis 9 zeigen die Abhängigkeit von zwei unterschiedlichen Batteriespannungen. In den F i g. 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 F i g. 5 und 9 zeigt, mit der Batteriespannung. Die Zeit SCnimmt mit zunehmender Batteriespannung ab, da sich die Bewegungsgeschwindigkeil 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 und DG eingespritzten Brennstoffmengen ändern sich in entgegengesetztem Sinn in Abhängigkeit von Änderungen der Batteriespannung. Diese beiden Änderungen heben sich in erster Näherung gegenseitig auf.

Im folgenden soll die Betriebsweise der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung anhand von Fig. 14 erläutert werden. Die Widerstände 19, 21, 23 und 25 bilden eine Wheatstone'sche 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 Bezugsoder 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 Betätigungsspule 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 Betätigungsspule 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 Erregerstroms erhalten wird. Die Brücke wird dementsprechend verstimmt und liefert, wie in Fig. 12 dargestellt ist, einen Impuls V— an den Komparatoreingang a. Das

ίο 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 Unstetigkeit C des Erregerstroms entspricht, verschiebt sich mit zunehmender Batteriespannung zu höheren Werten hin. Zur Kompensation dieses Effekts wird der Schwellwert V+ am Komparatoreingang b mit zunehmender Batteriespannung erhöht, indem am Punkt P über die Zenerdiode 29 und den Widerstand 31 der Batterie ein zweites Signal zugekoppelt wird. Der in Serie zum Brückenwiderstand 14 gelegene Transistor 17

2s ist normalerweise abgeschaltet und hält den Ausgang des Komparators 27 über einen weiten Bereich der Batteriespannung auf Null, solange am Komparatoreingang kein dem Erregerstrom der Einspritzvorrichtung entsprechendes Differential-Eingangssignal anliegt. Der

in 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 Komparators (Fig. 12) ist stark positiv und nimmt dann rasch in Abhängigkeit von der Unstetigkeit 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 Unstetigkeit Centsprechende Ausgangsimpuis des Komparators 27 wird dem Eingang der Steuereinheit 1 zugeführt und bestimmt den Einspritzanfang. Der änderbare Einstellwiederstand 23 der Brücke 19,21,23, 25 erlaubt ein für allemal die experimentelle Bestimmung der richtigen Funktion der Anlage im gesamten

4ί Bereich der Betriebstemperaturen (—40° bis +85^CC) und im gesamten Bereich der Batteriespannungen (6 V-18 V).

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Einspritzvorrichtung einer Brennstoff-Einspritzanlage für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei dem durch Ausnutzen der charakteristischen zeitlichen Änderung des Erregerstroms der Einspritzvorrichtung die eingespritzte Brennstoffmenge für eine gegebene Öffnungsperiode der Einspritzvorrichtung unabhängig von Schwankungen 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 Unstetigkeit 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 eine Einrichtung (29, 31) vorgesehen ist, die das zweite Bezugssignal mit zunehmender Batteriespannung (V) erhöht, 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 !Comparators (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.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalschaltung als Spannungsteiler (19, 21, 23, 25) nach Art einer Wheatsthone'schen 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 Bezugssignalschaltung (19, 21, 23, 25) angeschlossenen Transistor (17) aufweist, der die Bezugssignalschaltung (19, 21, 23, 25) lediglich bei vorhandenem Erregerstrom der Einspritzvorrichtung wirksam schaltet.