DE2655615C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Brennstoff-Einspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren der Öffnungsperiode einer elektromagnetisch betätigten Brennstoff-Einspritzvorrichtung für BrennkraftmaschinenInfo
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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 Batteriespannung gehalten wird sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens.
Einspritzvorrichtungen weisen praktisch durchwegs einen federbelasteten Schließkolben auf, der mil Hilfe
einer Betätigungsspule gesteuert wird. Die Erregung
ίο 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 äquivalent 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 51 355) 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
ω 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 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
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
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 ausgestaltete 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 Bezuj,jsignal mit
zunehmender Baiteriespannung 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 i;
F i g. 2 bis 5 der Reihe nach: Die Eingangsspannung V, den Erregerstrom ;, den Weg X des Schließkolbens der
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 bei einer höheren Batteriespannung;
Fig. 10 die Änderung der Batteriespannung Vnach
Erregung der Einspritzvorrichtung in Abhängigkeit von derZeit t;
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 gemacht ist, damit
Verzögerungen aufgrund der vorstehend e-läuterten magnetischen Hysterese so weit als möglich vermieden
werden;
Fig. 12 die Änderung einer der Komparatoreingangsspannungen
\\ —) in Abhängigkeit von der Zeit für die in F i g. 11 dargestellte, verstärkte und mit einem
Schwellwert \\ + ) 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 zutührbar. 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 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 /"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 Betätigüngsspule 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 Fig. 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 Batterie- ο spannung; er entspricht den Zeitintervallen CD und GE,
die durch parasitäre Ströme hervorgerufen werden sowie dem Zeitintervall GFaufgrund der Trägheitsverzögerung.
Ein zweiter Teil entspricht der zunehmenden Brennstoffströmung nach dem öffnen der Einspritzvor- m
richtung (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 ßCnimmt mit zunehmender Batteriespap.nung ab, da sich die Bewegungsgesch.'.yindigkeit
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 2r>
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 ω
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 η
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 Vt
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'-schen
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 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 /Ober die Zenerdiode 29 und den Widerstand 31
der Batterie ein zweites Signal zugekoppelt wird. Der in Serie zum Brückenwiderstand 14 gelegene Transistor 17
ist normalerweise abgeschaltet und hält den Ausgang des Komparators 27 über einen weiten Bereich der
Batteriespannung auf Null, solange am Komparatoreingang kein dem Erregerslrom 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 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 (F i g. 13) abgibt.
Der der Unstetigkeit Centsprechende Ausgangsimpuls des Komparators 27 wird dem Eingang der Steuereinheit
1 zugeführt und bestimmt den Einspritzanfang. Der änderbare Einstellwiederstand 23 der Brücke 19, 2i, 23,
25 erlaubt ein für allemal die experimentelle Bestimmung der richtigen Funktion der Anlage im gesamten
Bereich der Betriebstemperaturen (—40" bis +85° C)
und im gesamten Bereich der Batteriespannungen (6V-18V).
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
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 Einspritzverrichtung von dem Zeitpunkt
ab berechnet wird, zu dem im Anstieg des Erregerstroms eine systematische LJnstetigkeit auftritt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens na;h 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.
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- 1976-12-08 DE DE2655615A patent/DE2655615C3/de not_active Expired
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