EP3642473A1 - Vorrichtung zur zustandserfassung eines injektors - Google Patents

Vorrichtung zur zustandserfassung eines injektors

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EP3642473A1
EP3642473A1 EP18743508.6A EP18743508A EP3642473A1 EP 3642473 A1 EP3642473 A1 EP 3642473A1 EP 18743508 A EP18743508 A EP 18743508A EP 3642473 A1 EP3642473 A1 EP 3642473A1
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EP
European Patent Office
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injector
switch
current
state
current measurement
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EP18743508.6A
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English (en)
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EP3642473B1 (de
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Norbert SCHÖFBÄNKER
Richard Pirkl
Lorand D'ouvenou
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Liebherr Components Deggendorf GmbH
Original Assignee
Liebherr Components Deggendorf GmbH
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Publication date
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Publication of EP3642473B1 publication Critical patent/EP3642473B1/de
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    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting the state of an injector or an injector with corresponding state detection and to a method for determining an injector state.
  • Injectors or injectors typically serve to inject a fuel into a combustion chamber of an engine. It is advantageous for an engine in which such an injector is present if a control unit is informed about the exact opening time of the injector, so that, for example, there is a particularly narrow tolerance band for the injection quantity of the fuel delivered by the injector, which also applies the overall product life of the injector is advantageous.
  • an electrical switch for a state detection of the injector.
  • the switch is closed when the injector is not energized and the valve needle of the injector is not moves or ensures that no fuel escapes from the injector.
  • the electrical switch changes its state, that is to say in an open or in a closed state. The switch again changes state as the valve needle moves back into the valve seat.
  • the switch contacts are not directly accessible or isolated in the housing of the injector.
  • FIG. Such a representation is shown in FIG.
  • one pole of the switch is connected to a pin of the injector or a solenoid valve actuating the injector via a resistor.
  • the other pole of the switch is also connected to the housing of the injector.
  • the injector itself is normally connected to the ground, which may be, for example, the engine block when used in the vehicle. In such an implementation, only two cables or lines lead out of the housing.
  • a voltage is applied to the injector or the injector actuating solenoid valve, whereby a mechanical and / or hydraulic movement of the valve needle is triggered.
  • the movement of the valve needle in turn opens or closes the switch. So, for example be provided that the switch is closed by removing the voltage.
  • the problem with this type of condition detection is that between an application / removal of the voltage at the injector or the solenoid valve and the switch release, so moving the valve needle from their seat or back in their seat, an indeterminate time delay can be due to the mechanical and / or hydraulic movement of the valve needle has a certain inertia.
  • the switch may open when the voltage at the injector or solenoid valve is still present or, in the case of a long delay, the switch opens only when the voltage has already been removed.
  • An analogous behavior can also occur when closing the switch.
  • a voltage may or may not be present at the injector or the solenoid valve.
  • the current through the switch is measured for detection of the switch state, which in turn allows feedback to an injection state or a closed state of the injector. It must be remembered that the switch can not be loaded with high currents and is limited for efficiency with the help of a resistor to a few mA.
  • FIG. 2 shows the case that the current flow for the situation just described is detected with the aid of a measuring circuit (not shown).
  • a current of 10 mA which flows through the resistor and the switch, is assumed. It can therefore be seen the state that results when the injector is not energized, but the switch is closed.
  • an additional current of a few amps must be fed into the injector or solenoid valve.
  • Fig. 3 shows such a situation.
  • a typical value of 10 A was assumed here for the current flowing through the injector or the solenoid valve.
  • a jump from 0 mA to 10 mA can be easily detected. More difficult, however, is the change from 10 A to 10.01 A, since the relative increase in current is only 0.1%.
  • the resolution of the detection circuit is not high enough, you run the risk that this small increase is perceived as a disturbance or noise in the current.
  • at least one 10-bit system is required as a minimum requirement.
  • a 0.1% variation would mean the minimum uncertainty due to system resolution.
  • a downstream filter is necessary to increase the detection reliability.
  • the present invention enables a clear detection of the switch state even in noisy environments, which lead to fluctuations in the current.
  • the device according to the invention for detecting the state of an injector in this case comprises an injector for injecting fuel into an engine combustion chamber, a switch which is adapted to change its switching state as a function of a state of the injector, and an evaluation unit for detecting the state of the switch, wherein a first switch contact of the switch is connected to an electrical input line of the injector, and a second switch contact of the switch can be connected to ground.
  • the device according to the invention is further characterized in that the evaluation unit is designed to carry out a first current measurement for a current flowing into the injector and into the switch and a second current measurement for the current flowing into the injector.
  • a current measurement is understood as any measurement that allows a conclusion to be drawn about the current flowing in a line. It is not necessarily required to measure the current directly.
  • the invention provides a solution to how to operate an injector with two cables and at the same time this can be used to detect the switch state without uncertainties by Signalverruschung and limited resolution.
  • the present invention uses a differential measurement. In this case, the current flowing into the injector (or into the housing receiving the injector) and the current returning from the injector are measured. By means of an evaluation taking into account the two measured values, it is possible to detect the state of the injector, in which all interference factors superimposed on the current flow are eliminated, so that a particularly accurate detection of the switch state is possible.
  • the evaluation unit is also designed to determine the switching state of the switch based on a difference in the measured values between the first current measurement and the second current measurement.
  • the difference between the two values automatically eliminates all superimposed signals. The result is then only the current flowing through the switch.
  • the advantage can be achieved that over the asymmetric measurement used in the prior art, all interference signals and offset currents are eliminated. Disturbances affect both current measurements to the same extent, so that they do not have any significance as a result of a subsequent difference formation. If the switch is closed, a very small signal results after subtraction, but this can easily be detected.
  • Inventive over the prior art is the way in which the state of the switch is detected. Instead of measuring the absolute voltage with the aid of a pull-up or pull-down resistor or to measure the absolute current while trying to identify the rise for the change of state of the switch, the current flowing towards the injector and flows back from this flows symmetrically. The The difference between these two measured values is used as an indicator for the state change of the switch. It is advantageous that the symmetrical measurement eliminates superimposed interference currents and noise. As a result, a value corresponding to the current through the switch is obtained. On a nachgeschaitete filtering of this result can be dispensed with in the ideal case.
  • the injector is designed to switch between an injection state and a closed state, wherein, furthermore, the switch assumes a first switch state in an injection state of the injector and a second switch state in a closed state of the injector.
  • the switch assumes a closed state in an injection state of the injector, in which the nozzle needle merges into an extended state or has passed over. If, on the other hand, the nozzle ladle returns to its originally set back position, in which no fuel is dispensed by the injector, the switch changes to an open state.
  • the state of the switch thus depends on the condition of the injector.
  • the first switch contact is connected via a resistor to the input line of the injector.
  • the first current measurement is made before the point of attachment of the line leading to the resistor. It should be ensured that the first current measurement measures both the current flowing through the switch and that flowing through the injector.
  • the second switch contact is connected to the same mass as an electrical circuit of the injector, preferably the mass is the body or an engine block of a vehicle. Tying the second switch contact with the mass can also be effected via a connection to a housing of the injector, which in turn is itself connected to the ground.
  • an injector can be provided which has only two outwardly guided cable or contacts that allow a particularly simple handling.
  • the evaluation unit further comprises a filter in order to filter a difference between the two measured values obtained by the first current measurement and the second current measurement.
  • the injector and the switch are arranged in a common housing, which comprises an input line, an output line and a ground connection. Since the ground connection of an injector is often also embodied with the aid of a receptacle of the claimed device or of the housing, the housing may only have exactly two outwardly guided contacts (such as lines, plug contacts or the like).
  • the first current measurement of the evaluation unit is arranged on the input line and the second current measurement of the evaluation unit on the output line of the housing.
  • the ground terminal of the housing is connected to the second contact of the switch.
  • the injector is a solenoid valve injector, in which preferably a solenoid valve is designed to cause a change in state of the injector, which in turn also causes a change in state of the switch.
  • the switch changes state due to movement of an injector component, preferably due to movement of a valve needle of the injector.
  • the injector is a common rail injector.
  • the invention also relates to a method for detecting the state of an injector according to the preamble of claim 1, wherein in the method by a first current measurement, the sum of a current flowing in the injector current and a current flowing in the switch is measured by a second measurement only the is measured by the injector flowing current and is closed by a difference of the first current measurement to the second current measurement on the current flowing through the switch current.
  • the result of the difference of the first current measurement to the second current measurement is subjected to a filtering.
  • the invention further relates to an internal combustion engine having a device according to one of the variants discussed above.
  • FIG. 1-3 Schematic diagrams for explaining the prior art of the prior art
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the device according to the invention
  • 5 shows a first concrete embodiment of the present invention in a schematic representation
  • FIG. 6 shows a second concrete embodiment of the present invention in a schematic representation.
  • the reference numeral 2 shows an injector, which closes or opens a switch 3 when changing its state.
  • a first contact of the switch 3 is connected via a resistor 6 with one of the two outgoing lines from the injector 2.
  • a current flows through the resistor 6, which flows to the ground 5 via the housing 8 of the device.
  • FIG. 2 and FIG. 3 exemplary values for the flowing current are shown.
  • Fig. 2 shows the state in which the injector 2 is de-energized, the switch 3, however, is in a closed state.
  • the resistor 6 thus flows a current of 10 mA through the switch.
  • FIG. 3 shows the state in which the injector 2 is energized and also the switch 3 is closed. It can be seen that in addition to the 10 mA flowing through the resistor 6 and the switch 3 to the ground 5, also 10 A flow through the injector 2. If one now wishes to be informed of the switch state, it has been customary in the prior art to determine the inflowing current, which is a combination of current flowing through the switch and current flowing through the injector 2. This results in the introductory part of the descriptions discussed disadvantages.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the present invention.
  • the device 1 has an injector 2 which is suitable for delivering fuel metered into a combustion chamber.
  • the injector 2 can assume a first state in which no fuel exits, and a second state, is spent at the fuel. If the injector 2 is in the second state in which fuel is output, a switch 3 is closed. Since the switch 3 is connected with its first contact 31 via a resistor 6 to a power supply line 21 of the injector 2, a current flow results from the energy source of the device 1 in the direction of mass 5, which passes through the switch 3.
  • the second contact 32 of the switch 3 is connected to ground 5. In this case, the connection can be made via the housing 8 of the device 1, which is in communication with the mass 5.
  • the second contact 32 of the switch 3 is merely connected to the outer housing 8 of the device 1.
  • From the housing 8 extend two lines 81, 82, wherein the first line 81 between the housing 8 and the power input of the injector 2 has a branch to the resistor 6.
  • the extending from the housing 8 second line 82 connects the mass 5 to the current output of the injector. 2
  • a respective current measurement 41, 42 is provided on these two lines 81, 82.
  • the results of the two current measurements 41, 42 are fed to a differential module 43 which, as a result, outputs the magnitude of the difference between the two measured values.
  • evaluation unit 4 is integrated in the housing 8.
  • Fig. 5 shows a concrete implementation of the present invention.
  • the current is output starting from a drive logic 9 in the direction of the injector, which in the present case is shown for the sake of simplicity as an injector coil 23, and resistor 6 is output.
  • the current is measured by means of a shunt resistor 41 1 and an operational amplifier 412. This first current measurement 41 measures both the current IGT flowing through the resistor 6 and the current I H s flowing through the injector.
  • the second current measurement 42 also takes place with the aid of a shunt resistor 421, in which the current flowing through it is determined by a further operational amplifier 422.
  • the two operational amplifiers 412 and 422 have the same amplification factors k.
  • the two outputs of the operational amplifiers (OPV) 412 and 422 are given to a differential module 43. This makes it possible to determine the voltage difference of the voltage drop across the two shunt resistors 41 1 and 421 and to pass on their difference to a filter 7.
  • Fig. 6 shows a further embodiment of the invention with a transformer.
  • a transformer 423 may also be used. This works only with alternating current, but is also able to detect the timing of the switch operation of the switch 3. The polarity of the pulse from the transformer 423 would indicate the opening or closing of the switch 3.
  • the injector If the injector is not energized, the detection will not work. For example, when all currents have already subsided, but the injector is still open due to inertia. In such a case one would not be able to comprehend the closing time.

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Abstract

Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors, umfassend einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorbrennraum, einen Schalter, der dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Zustand des Injektors seinen Schaltzustand zu verändern, und eine Auswerteeinheit zum Erfassen des Schaltzustands des Schalters, wobei ein erster Schalterkontakt des Schalters mit einer elektrischen Eingangsleitung des Injektors verbunden ist, und ein zweiter Schalterkontakt des Schalters mit Masse verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, eine erste Strommessung für einen in den Injektor und in den Schalter einströmenden Strom und eine zweite Strommessung für den in den Injektoreinströmenden Strom vorzunehmen.

Description

Liebherr-Components Deggendorf GmbH
DE - Deggendorf
Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors bzw. einen Injektor mit entsprechender Zustandserfassung sowie ein Verfahren zum Bestimmen eines Injektorzustands.
Einspritzdüsen oder Injektoren dienen typischerweise dazu, einen Kraftstoff in einen Brennraum eines Motors einzuspritzen. Dabei ist es für einen Motor, in dem ein solcher Injektor vorhanden ist, von Vorteil, wenn ein Steuergerät über die genaue Öffnungszeit des Injektors informiert ist, sodass beispielsweise ein besonders enges Toleranzband für die Einspritzmenge des durch den Injektor abgegebenen Kraftstoffs vorliegt, was auch hinsichtlich der Gesamtproduktlebensdauer des Injektors vorteilhaft ist.
Zudem ist es für eine Vielzahl von Steuer- oder Kontrollfunktionen des Motors von Vorteil, wenn die exakte Einspritzzeit, bei der der Injektor einen Kraftstoff abgibt, bekannt ist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, für eine Zustandsdetektion des Injektors einen elektrischen Schalter zu verwenden. Dabei ist der Schalter geschlossen, wenn der Injektor nicht bestromt ist und sich die Ventilnadel des Injektors nicht bewegt bzw. dafür sorgt, dass kein Kraftstoff aus dem Injektor austritt. Sobald sich die Ventilnadel aus ihrem Ventilsitz bewegt, ändert der elektrische Schalter seinen Zustand, geht also in einen offenen oder in einen geschlossenen Zustand über. Der Schalter ändert erneut seinen Zustand, wenn sich die Ventilnadel wieder in den Ventilsitz bewegt.
In der einfachsten Form der Zustandserfassung eines Injektors führen insgesamt vier Leitungen in das Gehäuse des Injektors, in dem auch der Schalter angeordnet ist. Zwei Leitungen wären für den Injektor selbst vorgesehen, wohingegen die anderen beiden Leitungen dem Schalter zugeordnet wären. Nachteilhaft hieran ist aber der hohe Verkabelungsaufwand mit einer so gestalteten Einheit.
Wenn ein 3-poliger oder 4-poliger Stecker verwendet wird, also 3 bzw. 4 Leitungen zu dem Injektor mit Schalter verlaufen, ist kein zusätzlicher Aufwand am Detektionsschaltkreis erforderlich. Andererseits bedeutet dies einen Zusatzaufwand am Injektor aufgrund der mehreren Bauteile und der größer zu dimensionierenden Verbindungskomponenten.
In einer ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Modifikation dieser Form sind die Schalterkontakte nicht direkt zugänglich oder isoliert in dem Gehäuse des Injektors angeordnet. Eine solche Darstellung ist in Fig. 1 dargestellt. Hierbei ist ein Pol des Schalters mit einem Pin des Injektors oder eines den Injektor betätigenden Magnetventils über einen Widerstand verbunden. Der andere Pol des Schalters ist ferner mit dem Gehäuse des Injektors verbunden. Dabei ist der Injektor selber im Normalfall mit der Masse verbunden, die bei einem Einsatz im Fahrzeug beispielsweise der Motorblock sein kann. In einer solchen Umsetzung führen nur zwei Kabel bzw. Leitungen aus dem Gehäuse.
In einem Normalbetrieb wird eine Spannung an den Injektor bzw. das den Injektor betätigende Magnetventil angelegt, wodurch eine mechanische und/oder hydraulische Bewegung der Ventilnadel ausgelöst wird. Die Bewegung der Ventilnadel wiederum öffnet bzw. schließt den Schalter. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch Wegnahme der Spannung der Schalter geschlossen wird.
Problematisch bei dieser Art der Zustandserfassung ist, dass zwischen einem Anlegen / Wegnehmen der Spannung an dem Injektor bzw. dem Magnetventil und der Schalterauslösung, also dem Bewegen der Ventilnadel aus ihrem Sitz oder in ihren Sitz zurück, ein unbestimmter Zeitverzug liegen kann, da die mechanische und/oder hydraulische Bewegung der Ventilnadel eine gewisse Trägheit aufweist. So kann es unter Umständen dazu kommen, dass der Schalter öffnet, wenn die Spannung am Injektor bzw. Magnetventil noch anliegt oder, im Falle einer langen Verzögerung, der Schalter erst öffnet, wenn die Spannung schon wieder weggenommen wurde. Ein analoges Verhalten kann sich auch beim Schließen des Schalters einstellen. So kann während der Schließphase eine Spannung an dem Injektor bzw. dem Magnetventil anliegen oder auch nicht.
Ungeachtet der oben aufgeführten Nachteile wird für eine Detektion des Schalterzustands, die wiederum einen Rückschiuss auf einen Einspritzzustand oder einen geschlossenen Zustand des Injektors zulässt, der Strom durch den Schalter gemessen. Dabei muss man berücksichtigen, dass der Schalter nicht mit hohen Strömen belastet werden kann und aus Effizienzgründen mit Hilfe eines Widerstands auf ein paar wenige mA begrenzt wird.
Solange der Injektor bzw. das Magnetventil nicht aktiviert wird, muss die Ausgangsspannung (meist die Fahrzeugbatteriespannung von 12 oder 48 Volt) über den Pin von dem Injektor oder dem Magnetventil (Spule), der mit dem Schalter verbunden ist, angelegt sein. Fig. 2 zeigt den Fall, dass mit Hilfe eines Messschaltkreises (nicht dargestellt) der Stromfiuss für die eben beschriebene Situation detektiert wird. Beispielhaft wurde hier in Fig. 2 eine Stromstärke von 10 mA, die durch den Widerstand und den Schalter fließt, angenommen. Man erkennt demnach den Zustand, der sich ergibt, wenn der Injektor nicht bestromt ist, der Schalter aber geschlossen ist. Sobald der Injektor bzw. das Magnetventil zum gleichen Zeitpunkt wie der Schalter betrieben wird, muss ein zusätzlicher Strom mit einigen Ampere in den Injektor bzw. das Magnetventil eingespeist werden. Fig. 3 zeigt eine solche Situation. Beispielhaft wurde hier für den durch den Injektor bzw. das Magnetventil fließenden Strom ein typischer Wert von 10 A angenommen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, an der Eingangsleitung der Anordnung eine Strommessung durchzuführen. Dabei ist es relativ einfach zwischen den Zuständen „stromlos" und „Schalter geschlossen bei nicht bestromten Injektor/Magnetventil" zu unterscheiden. Jedoch ist es sehr herausfordernd, wenn hohe Ströme (z.B. 10 A) durch den Injektor bzw. die Magnetspule fließen und sich nur um ein paar wenige mA erhöhen, sobald sich der Schalter schließt. Durch die nur geringe Stromänderung muss der Detektor sehr sensibel sein.
Ein Sprung von 0 mA auf 10 mA kann einfach detektiert werden. Schwieriger ist jedoch die Veränderung von 10 A auf 10,01 A, da hierbei der relative Stromanstieg nur 0,1 % beträgt. Ist nun die Auflösung des Detektionsschaltkreises nicht hoch genug, läuft man Gefahr, dass dieser kleine Anstieg als Störung bzw. als Rauschen in der Stromstärke wahrgenommen wird. So braucht man in einem Digitalsystem für eine 0,1 prozentige Auflösung mindestens ein 10bit-System als Minimalvoraussetzung. Dabei würde eine 0,1 - prozentige Variation die minimale Unsicherheit aufgrund der Systemauflösung bedeuten. Somit ist es mit einem solchen hochauflösenden System nicht möglich, dass fehlerfrei zwischen einer wirklichen Änderung des Wertes und einer Störung bzw. einem Rauschen in der Stromstärke verlässlich unterschieden werden kann. Zudem ist ein nachgeschaltetes Filter notwendig, um die Detektionssicherheit zu erhöhen.
Hieraus ergibt sich, dass für die Strommessung ein besonders hochauflösendes System mit einer Signalfilterung verwendet werden muss, das aufgrund der Filterung einen störenden Zeitverzug als ungewünschten Nebeneffekt verursacht. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors vorzusehen, welche gegenüber dem bekannten Stand der Technik vorteilhaft ist.
Dies gelingt mit einer Vorrichtung nach dem Anspruch 1 , mit der eine Signalfilterung nicht nötig ist und auch eine teure hochaufiösende Strommessung nicht mehr erforderlich ist. Weiter ermöglicht die vorliegende Erfindung eine klare Detektion des Schalterzustands auch in verrauschten Umgebungen, die zu Schwankungen in der Stromstärke führen. Zudem ist es mit der Erfindung weiterhin möglich, einen Injektor mit lediglich zwei aus dem den Injektor aufnehmenden Gehäuse geführten Leitungskabeln zu betreiben. Das Vorhandensein eines dritten oder gar eines vierten Leitungskabels ist trotz der Zustandserfassung mit einem niedrig auflösenden Strommesser nicht mehr erforderlich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors umfasst dabei einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorbrennraum, einen Schalter, der dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Zustand des Injektors seinen Schaltzustand zu verändern, und eine Auswerteeinheit zum Erfassen des Schaitzustands des Schalters, wobei ein erster Schalterkontakt des Schalters mit einer elektrischen Eingangsleitung des Injektors verbunden ist, und ein zweiter Schalterkontakt des Schalters mit Masse verbunden sein kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, eine erste Strommessung für einen in den Injektor und in den Schalter einströmenden Strom und eine zweite Strommessung für den in den Injektor einströmenden Strom vorzunehmen.
Unter einer Strommessung versteht man dabei eine jede Messung, die einen Rückschluss auf den in einer Leitung fließenden Strom zulässt. Es ist dabei nicht zwangsläufig erforderlich den Strom direkt zu messen. Dadurch bietet die Erfindung eine Lösung, wie man einen Injektor mi zwei Kabel betreiben kann und dabei gleichzeitig diese dazu verwendet werden können, um den Schalterzustand ohne Unsicherheiten durch Signalverrauschung und eingeschränkter Auflösung zu detektieren. Im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik, bei dem der Strom oder die Spannung absolut gemessen wird und dieser gemessene Wert mit einem vorbestimmten Niveau (10A oder 10,01 A) verglichen wird, nutzt die vorliegende Erfindung eine Differenzmessung. Dabei werden der in den Injektor (bzw. in das den Injektor aufnehmende Gehäuse) einströmende Strom und der aus dem Injektor zurückfließende Strom gemessen. Mit Hilfe einer die beiden Messwerte berücksichtigenden Auswertung ist eine Zustandserfassung des Injektors möglich, bei der sämtliche den Stromfluss überlagernden Störfaktoren eliminiert werden, so dass eine besonders genaue Erfassung des Schalterzustands möglich ist.
Vorzugsweise gelingt dies dann, wenn die Auswerteeinheit ferner dazu ausgelegt ist, den Schaltzustand des Schalters auf Grundlage einer Differenz der Messwerte zwischen der ersten Strommessung und der zweiten Strommessung zu bestimmen. Durch die Differenz der beiden Werte werden automatisch alle überlagerten Signale eliminiert. Das Ergebnis ist dann nur der durch den Schalter fließende Strom. So lässt sich der Vorteil erreichen, dass gegenüber der im Stand der Technik verwendeten asymmetrischen Messung alle Störsignale und Offset-Ströme eliminiert werden. Störungen beeinflussen beide Strommessungen in gleichem Maße, so dass durch eine anschließende Differenzbildung diese im Ergebnis nicht ins Gewicht fallen. Ist der Schalter geschlossen, ergibt sich nach der Differenzbildung ein sehr kleines Signal, dass sich jedoch einfach detektieren lässt.
Erfinderisch gegenüber dem Stand der Technik ist dabei die Art und Weise wie der Zustand des Schalters erfasst wird. Anstatt die absolute Spannung mit der Unterstützung eins Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstands zu messen oder den Strom absolut zu messen und dabei zu versuchen, den Anstieg für die Zustandsänderung des Schalters zu identifizieren, wird der Strom der in Richtung Injektor fließt und aus diesem wieder zurückströmt symmetrisch gemessen. Die Differenz dieser beiden Messwerte wird als Indikator für die Zustandsänderung des Schalters verwendet. Dabei ist es von Vorteil, dass die symmetrische Messung überlagerte Störströme und Geräusche eliminiert. Dabei erhält man als Ergebnis einen Wert, der dem Strom durch den Schalter entspricht. Auf eine nachgeschaitete Filterung dieses Ergebnisses kann im Idealfall verzichtet werden.
Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung ist der Injektor dazu ausgelegt, zwischen einem Einspritzzustand und einem geschlossenen Zustand zu wechseln, wobei ferner der Schalter bei einem Einspritzzustand des Injektors einen ersten Schaiterzustand und bei einem geschlossenen Zustand des Injektors einen zweiten Schalterzustand einnimmt. So kann bspw. vorgesehen sein, dass bei einem Einspritzzustand des Injektors, bei dem die Düsennadel in einem ausgefahrenen Zustand übergeht oder übergegangen ist, der Schalter einen geschlossenen Zustand einnimmt. Geht hingegen die Düsennadei wieder in ihre ursprünglich zurückversetzte Stellung zurück, bei dem durch den Injektor kein Kraftstoff ausgegeben wird, geht der Schalter in einen geöffneten Zustand über.
DerZustand des Schalters hängt demnach vom Zustand des Injektors ab.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der erste Schalterkontakt über einen Widerstand mit der Eingangsleitung des Injektors verbunden ist.
So wird sichergestellt, dass der in einem geschlossenen Zustand des Schalters fließende Strom auf einen geringen Wert einsteilbar ist, so dass die Gesamtenergieeffizienz nicht über Maßen darunter leidet. Zu beachten ist dabei, dass die erste Strommessung vor dem Anknüpfungspunkt der zu dem Widerstand führenden Leitung vorgenommen wird. Dabei ist sicherzustellen, dass mit der ersten Strommessung sowohl der durch den Schalter als auch der durch den Injektorfließende Strom gemessen wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass der zweite Schalterkontakt mit der derselben Masse wie ein Stromkreislauf des Injektors verbunden ist, vorzugsweise ist dabei die Masse die Karosserie oder ein Motorblock eines Fahrzeugs. Das Anbinden des zweiten Schalterkontakts an die Masse kann dabei auch über eine Verbindung mit einem Gehäuse des Injektors erfolgen, das wiederum selbst mit der Masse verbunden ist. So kann ein Injektorgehäuse vorgesehen sein, das lediglich zwei nach außen geführte Kabel oder Kontakte besitzt, die eine besonders einfache Handhabung erlauben.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit ferner einen Filter umfasst, um eine Differenz der beiden durch die erste Strommessung und die zweite Strommessung erhaltenen Messwerte zu filtern.
Dies ermöglicht ein leichteres Bestimmen, ob der Schalter in einem bestimmten Zustand ist oder nicht.
Nach einer optionalen Fortbildung der Erfindung sind der Injektor und der Schalter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das eine Eingangsleitung, eine Ausgangsleitung und einen Masseanschluss umfasst. Da der Masseanschluss eines Injektors oftmals auch mit Hilfe einer Aufnahme der beanspruchten Vorrichtung oder des Gehäuses verkörpert ist, weist das Gehäuse unter Umständen lediglich genau zwei nach außen geführte Kontakte (wie Leitungen, Steckerkontakte oder dergleichen) auf.
Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die erste Strommessung der Auswerteeinheit an der Eingangsleitung und die zweite Strommessung der Auswerteeinheit an der Ausgangsleitung des Gehäuses angeordnet.
Dadurch wird sichergestellt, dass mit den gemessenen Stromwerten die erreichbaren Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
Vorzugsweise ist dabei der Masseanschluss des Gehäuses mit dem zweiten Kontakt des Schalters verbunden. Zudem kann vorgesehen sein, dass der Injektor ein Magnetventilinjektor ist, bei dem vorzugsweise ein Magnetventil dazu ausgelegt ist, eine Zustandsänderung des Injektors hervorzurufen, die wiederum auch eine Zustandsänderung des Schalters bewirkt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ändert der Schalter seinen Zustand aufgrund einer Bewegung einer injektorkomponente, vorzugsweise aufgrund einer Bewegung einer Ventilnadel des Injektors.
Ferner kann nach einer Fortbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Injektor ein Common-Rail-Injektor ist.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Zustandserfassung eines Injektors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wobei in dem Verfahren durch eine erste Strommessung die Summe von einem in den Injektor fließenden Strom und einem in den Schalter fließenden Strom gemessen wird, durch eine zweiten Messung nur der durch den Injektor fließende Strom gemessen wird und durch eine Differenz der ersten Strommessung zu der zweiten Strommessung auf die tatsächlich durch den Schalter fließenden Strom geschlossen wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Ergebnis der Differenz der ersten Strommessung zu der zweiten Strommessung einer Filterung unterzogen wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach einem dervorhergehend diskutierten Varianten.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabeizeigen:
Fig. 1 -3: Schematische Darstellungen zum Erläutern des vorbekannten Stands derTechnik,
Fig. 4: eine schematische Darstellung dererfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig.5: ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung, und
Fig. 6: ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung.
Figs. 1 bis 3 wurden bereits im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert. Dabei zeigt das Bezugszeichen 2 einen Injektor, der bei einem Ändern seines Zustandes einen Schalter 3 schließt oder öffnet. Ein erster Kontakt des Schalters 3 ist dabei über einen Widerstand 6 mit einer der beiden von dem Injektor 2 ausgehenden Leitungen verbunden. Dies führt dazu, dass bei einem geschlossenen Zustand des Schalters 3 ein Strom durch den Widerstand 6 fließt, der über das Gehäuse 8 der Vorrichtung zur Masse 5 fließt.
In Fig. 2 und Fig. 3 sind exemplarische Werte für den fließenden Strom eingezeichnet. So stellt Fig. 2 den Zustand dar, bei dem der Injektor 2 unbestromt ist, der Schalter 3 sich jedoch in einem geschlossenen Zustand befindet. Durch entsprechende Auslegung des Widerstandes 6 fließt demnach ein Strom von 10 mA durch den Schalter 3.
Fig. 3 zeigt hingegen den Zustand, in dem der Injektor 2 bestromt ist und auch der Schalter 3 geschlossen ist. Man erkennt, dass neben den 10 mA, die durch den Widerstand 6 und den Schalter 3 zur Masse 5 fließen, auch 10 A durch den Injektor 2 fließen. Möchte man nun über den Schalterzustand informiert werden, so war es aus dem Stand der Technik üblich, den einströmenden Strom, der eine Kombination von durch den Schalter fließendem Strom und durch den Injektor 2 fließendem Strom ist, zu bestimmen. Dabei ergeben sich die im einleitenden Teil der Beschreibungen näher diskutierten Nachteile.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1 weist dabei einen Injektor 2 auf, der dazu geeignet ist Kraftstoff in einen Brennraum dosiert abzugeben. Dazu kann der Injektor 2 einen ersten Zustand, bei dem kein Kraftstoff austritt, und einen zweiten Zustand einnehmen, bei dem Kraftstoff ausgegeben wird. Befindet sich der Injektor 2 in dem zweiten Zustand, bei dem Kraftstoff ausgegeben wird, wird ein Schalter 3 geschlossen. Da der Schalter 3 mit seinem ersten Kontakt 31 über einen Widerstand 6 an einer Stromzuführleitung 21 des Injektors 2 angebunden ist, ergibt sich ein Stromfluss von der Energiequelle der Vorrichtung 1 in Richtung Masse 5, der durch den Schalter 3 verläuft. Der zweite Kontakt 32 des Schalters 3 ist mit Masse 5 verbunden. Dabei kann die Verbindung über das Gehäuse 8 der Vorrichtung 1 erfolgen, das mit der Masse 5 in Verbindung steht. So ist es nicht erforderlich, dass eine weitere aus dem Gehäuse 8 geführte Leitung vorgesehen sein muss. Dies verbessert das Handling der Vorrichtung 1 und vermindert die Anzahl der fehleranfälligen Komponenten. Dabei ist der zweite Kontakt 32 des Schalters 3 lediglich mit dem Außengehäuse 8 der Vorrichtung 1 verbunden.
Aus dem Gehäuse 8 verlaufen zwei Leitungen 81 , 82, wobei die erste Leitung 81 zwischen dem Gehäuse 8 und dem Stromeingang des Injektors 2 eine Abzweigung zu dem Widerstand 6 aufweist. Die aus dem Gehäuse 8 verlaufende zweite Leitung 82 verbindet dabei die Masse 5 mit dem Stromausgang des Injektors 2.
Ferner ist an diesen beiden Leitungen 81 , 82 jeweils eine Strommessung 41 , 42 vorgesehen. Die Ergebnisse der beiden Strommessungen 41 , 42 werden einem Differenzbaustein 43 zugeführt, der als Ergebnis den Betrag der Differenz der beiden Messwerte ausgibt. Dadurch ist es möglich, dass der relativ kleine Strom, der durch den Schalter 3 fließt, bei einem Vorhandensein von Rauschen oder anderen Überlagerungen des Stroms einfach zu detektieren ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 4 in das Gehäuse 8 integriert ist.
Fig. 5 zeigt eine konkrete Umsetzung der vorliegenden Erfindung. Dabei wird der Strom ausgehend von einer Ansteuerlogik 9 in Richtung Injektor, der vorliegend der Einfachheit halber als Injektorspule 23 dargestellt ist, und Widerstand 6 ausgegeben. Bevor eine Aufteilung des Stroms auf den durch den Widerstand Richtung Masse 5 und den durch die Injektorspule 23 Richtung Masse 5 erfolgt, wird die Stromstärke mit Hilfe eines Shunt-Widerstandes 41 1 sowie einem Operationsverstärker 412 gemessen. Diese erste Strommessung 41 misst dabei sowohl den durch den Widerstand 6 strömenden Strom IGT als auch den durch den Injektor strömenden Strom lHs-
Die zweite Strommessung 42 erfolgt dabei ebenfalls mit Hilfe eines Shunt- Widerstandes 421 , bei dem der dadurch fließende Strom mit einem weiteren Operationsverstärker 422 bestimmt wird. Die beiden Operationsverstärker 412 und 422 besitzen dabei die gleichen Verstärkungsfaktoren k. Zudem werden die beiden Ausgänge der Operationsverstärker (OPV) 412 und 422 an einen Differenzbaustein 43 gegeben. Damit ist es möglich die Spannungsdifferenz der über die beiden Shunt-Widerstände 41 1 und 421 abfallenden Spannung zu ermitteln und deren Differenz an ein Filter 7 weiterzugeben. Da die über den Shunt-Widerständen 41 1 und 421 abfallende Spannung, die durch die beiden OPVs 412 und 422 mit dem Faktor k verstärkt wird, im Wesentlichen proportional zu dem durch den Shunt- Widerstand strömenden Strom ist, ergibt sich damit ein Maß für den Stromfluss in dem der jeweilige Shunt-Widerstand 412 und 422 platziert ist.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Trafo. Als Alternative zu der Messung mit Operationsverstärkern 412 und 422 kann auch ein Trafo 423 verwendet werden. Dieser funktioniert nur mit Wechselstrom, ist jedoch auch in der Lage den Zeitpunkt der Schalterbetätigung des Schalters 3 zu detektieren. Dabei würde die Polarität des Impulses von dem Trafo 423 das Öffnen oder das Schließen des Schalters 3 anzeigen.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der in Fig. 6 dargestellten schematischen Umsetzung unterscheidet sich dabei nicht von den vorstehend näher beschriebenen Lösungen, so dass auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann. Dem Fachmann ist zudem klar, dass eine Detektion mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Schaltkreisen ausgeführt werden kann, von denen nur wenige ganz bestimmte dargestellt worden sind.
Wenn der Injektor nicht bestromt wird, funktioniert die Detektion nicht. Beispielsweise, wenn alle Ströme bereits abgeklungen sind, aber der Injektor noch aufgrund der Trägheit noch offen steht. In so einem Fall würde man den Schließzeitpunkt nichterfassen können.
Das lässt sich dadurch lösen, indem auf die Injektorleitung, an die der Widerstand angeschlossen ist, von der Bordnetzspannung, über einen Widerstand einen kleinen Strom in den Injektor einspeist wird. Dabei reicht ebenfalls ein Strom von wenigen mA, der permanent als„Offsetstrom" fließt und somit auch eine Detektion zu jeder Zeit ermöglicht, auch wenn der Injektor gar nicht angesteuert wird.

Claims

Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors Ansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Zustandserfassung eines Injektors (2), umfassend:
einen Injektor (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorbrennraum, einen Schalter (3), der dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Zustand des Injektors (2) seinen Schaltzustand zu verändern, und
eine Auswerteeinheit (4) zum Erfassen des Schaltzustands des Schalters (3), wobei
ein erster Schalterkontakt (31 ) des Schalters (3) mit einer elektrischen Eingangsleitung (21 ) des Injektors (2) verbunden ist, und
ein zweiter Schalterkontakt (32) des Schalters (3) mit Masse (5) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinheit (4) dazu ausgelegt ist, eine erste Strommessung (41 ) für einen in den Injektor (2) und in den Schalter (3) einströmenden Strom (lHs, ICT) und eine zweite Strommessung (42) für den in den Injektor (2) einströmenden Strom (ILS) vorzunehmen.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Auswerteeinheit (4) ferner dazu ausgelegt ist, den Schaltzustand des Schalters (3) auf Grundlage einer Differenz der Messwerte zwischen der ersten Stronnnnessung (41 ) und der zweiten Stronnnnessung (42) zu bestimmen.
3. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Injektor (2) dazu ausgelegt ist, zwischen einem Einspritzzustand und einem geschlossenen Zustand zu wechseln, und
der Schalter (3) bei einem Einspritzzustand des Injektors (2) einen ersten Schalterzustand und bei einen geschlossenen Zustand des Injektors (2) einen zweiten Schalterzustand einnimmt.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schalterkontakt (31 ) über einen Widerstand (6) mit der Eingangsleitung (21 ) des Injektors (2) verbunden ist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schalterkontakt (32) mit derselben Masse (5) wie ein Stromkreislauf des Injektors (2) verbunden ist, vorzugsweise ist die Masse (5) die Karosserie oder ein Motorblock eines Fahrzeugs.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (4) ferner ein Filter (7) umfasst, um eine Differenz der beiden durch die erste Strommessung (41 ) und die zweite Strommessung (42) erhaltenen Messwerte zu filtern.
7. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (2) und der Schalter (3) in einem gemeinsamen Gehäuse (8) angeordnet sind, das eine Eingangsleitung (81 ), eine Ausgangsleitung (82) und einen Masseanschluss (83) umfasst.
8. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 7, wobei die erste Strommessung (41 ) der Auswerteeinheit (4) an der Eingangsleitung (81 ) und die zweite Strommessung (42) der Auswerteeinheit (4) an der Ausgangsleitung (82) des Gehäuses (8) angeordnet ist.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der Masseanschluss (83) mit dem zweiten Kontakt (32) des Schalters (3) verbunden ist.
10. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (2) ein Magnetventil-Injektor (2) ist, bei dem vorzugsweise ein Magnetventil dazu ausgelegt ist, eine Zustandsanderung des Injektors (2) hervorzurufen, die wiederum auch eine Zustandsanderung des Schalters (3) bewirkt.
1 1 . Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schalter (3) seinen Zustand aufgrund einer Bewegung einer Injektorkomponente ändert, vorzugsweise aufgrund einer Bewegung einer Ventilnadel des Injektors (2).
12. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (2) ein Common-Rail-Injektor ist.
13. Verfahren zur Zustandserfassung eines Injektors (2) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wobei in dem Verfahren:
durch eine erste Strommessung (41 ) die Summe von einem in den Injektor (2) fließenden Strom (lHs) und einem in den Schalter (3) fließenden Strom (IGT) gemessen wird,
durch eine zweite Strommessung (42) nur der durch den Injektor (2) fließende Strom (lLs) gemessen wird, und
durch eine Differenz der ersten Strommessung (41 ) zu der zweiten Strommessung (42) auf den tatsächlich durch den Schalter (3) fließenden Strom (IGT) geschlossen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Ergebnis der Differenz der ersten Strommessung (41 ) zu der zweiten Strommessung (42) einer Filterung (7) unterzogen wird.
15. Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12.
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