DE3730523A1 - Verfahren und einrichtung zur detektion der schaltzeiten von magnetventilen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur detektion der schaltzeiten von magnetventilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der
mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers, für dessen
Betätigung eine Magnetwicklung vorgesehen ist, mittels
eines vom Strom durch die Magnetwicklung abgeleiteten
Signals sowie eine Einrichtung zur Durchführungs dieses
Verfahrens. Beispielsweise aus der DE-AS 22 51 472 ist
eine derartige Einrichtung bekannt, bei der in Reihe
zur Magnetwicklung ein Widerstand geschaltet ist, an
den eine Differenzierschaltung angeschlossen ist, welcher
ein Schwellwertschalter nachfolgt, der daher auf kurz
fristige Änderungen des Stromanstiegs durch die Magnet
wicklung reagiert. Mit der bekannten Einrichtung soll
festgestellt werden, ob sich der Magnetanker tatsächlich
in Bewegung setzt. Zur Überwachung dieses Vorgangs wird
der Effekt ausgenutzt, daß die Bewegung des Magnetankers
bei einem bestimmten Stromwert einsetzt und eine Indukti
vitätsänderung zur Folge hat, aufgrund derer die zeitliche
Ableitung des Strom durch die Magnetspule, der mittels
des Spannungsabfalls am Widerstand gemessen wird, ihr
Vorzeichen ändert. Zwar eignet sich die bekannte Ein
richtung für eine grundsätzliche derartige Funktions
kontrolle, um festzustellen, ob der Magnetanker beweg
lich ist, jedoch ist nur das Einsetzen der Bewegung fest
stellbar.
Weiterhin ist in der älteren Anmeldung P 36 33 107.4
dieser Anmelderin ein Verfahren zur Steuerung eines elek
trisch zwischen zwei Schaltstellungen gesteuerten Ventils
beschrieben. Die Istschaltzeiten des Ventils werden erfaßt
durch eine Schaltstellungsgebereinrichtung, die beide
Schaltstellungen des Ventils signalisiert und die mit
einer elektrischen Steuereinrichtung verbunden ist. Durch
die Steuereinrichtung erfolgt eine Steuerung des elektrisch
gesteuerten Ventils oder eine Korrektur der Steuerzeiten
des Ventils. Hierzu ist das Ventil mit einem Ventilschließ
glied versehen, welches gegenüber einem Führungsgehäuse
isoliert und mit einer Meßspannungsquelle verbunden ist.
In der offenen Stellung des Ventils liegt dieses an einem
Anschlag an, der mit dem Masseanschluß der Meßspannungs
quelle verbunden ist. Dagegen erfolgt in geschlossener
Stellung eine Anlage des Ventilschließgliedes am Ventilsitz,
der ebenfalls mit dem Masseanschluß der Meßspannungs
quelle verbunden ist. Zwar lassen sich hierdurch die
jeweiligen Endlagen des Ventilsschließgliedes erfassen,
es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Einspritzsys
temen für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Diesel
motoren, eine genauere Kenntnis der Schaltzeiten oder
der Schaltzeitpunkte des Magnetventils erforderlich ist,
um die bei derartigen Systemen geforderte Genauigkeit
bei der Bemessung der Einspritzmenge besser realisieren
zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle der mechanischen
Bewegung eines Magnetventilankers, für dessen Betätigung
eine Magnetwicklung vorgesehen ist, mittels eines vom
Strom durch die Magnetwicklung abgeleiteten Signals,
bei welchem die Induktion der Magnetwicklung überwacht
und mittels einer externen Energiequelle die Induktivitäts
änderungen an interessierenden Schaltpunkten des Magnetven
tils auf einen feststellbaren Signalpegel angehoben werden,
hat insbesondere den Vorteil, daß nunmehr Schaltpunkte
des Magnetventilankers beziehungsweise die dazugehörigen
Zeiten festgestellt werden können, die nach dem Stand
der Technik nicht direkt überwacht werden können. Hierzu
zählen beispielsweise im Ausschaltbereich des Magnetventils
der Schaltzeitpunkt "BOP", der den Beginn des Ausschalt
vorgangs angibt, oder der Schaltzeitpunkt "EIP", das
tatsächliche Ende der Einspritzung. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß sich
dieses meßtechnisch auf zahlreiche unterschiedliche Arten
verwirklichen läßt. Insgesamt wird mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren daher die Genauigkeit der Bemessung
der Einspritzmenge wesentlich erhöht, da nunmehr auch
zusätzliche Parameter berücksichtigt werden können, und
hierdurch erfolgt eine wesentliche Verbesserung der Steuer-
beziehungsweise Regelkreise für solche Systeme.
Vorteilhafterweise wird gemäß der Erfindung die Induktion
der Magnetwicklung direkt überwacht. Hierdurch ergibt
sich ein besonders geringer Bauteilaufwand und daher
eine besonders geringe Störanfälligkeit.
Es kann jedoch auch wünschenswert sein, die Induktion
der Magnetwicklung mit einer Meßspule zu überwachen,
um beispielsweise für ein spezielles Meßproblem durch
Auslegung der Meßspule besonders vorteilhafte Bedingungen
zu schaffen. Hierzu wird vorteilhafterweise die Induktion
der Magnetwicklung mit einem Übertrager überwacht, dessen
Primärseite die Magnetwicklung und dessen Sekundärseite
die Meßspule bildet.
Die voranstehend in bezug auf das erfindungsgemäße Ver
fahren geschilderten Vorteile gelten sinngemäß auch für
die Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur
Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventil
ankers, für dessen Betätigung eine Magnetwicklung vorgesehen
ist, mittels eines vom Strom durch die Magnetwicklung
abgeleiteten Signals, wobei eine an die Magnetwicklung
angeschlossene Koppeleinrichtung zum Nachweis einer Induk
tionsänderung mit einer nachgeschalteten Energiequelle
zur Anhebung der Induktionsänderung auf einen feststell
baren Signalpegel vorgesehen ist.
Demzufolge kann auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
entweder durch direkten Anschluß an die Magnetwicklung
die Induktionsänderung detektiert werden oder aber gemäß
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ein Über
trager vorgesehen sein, dessen Primärseite die Magnet
wicklung bildet und der sekundärseitig eine Meßspule
aufweist, an die die Koppeleinrichtung angeschlossen
ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher
erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale
hervorgehen. In Fig. 1 ist schematisch der Zusammenhang
zwischen Induktivität einer Magnetspule und der Frequenz
bei geschlossenem beziehungsweise geöffnetem Magnetventil
dargestellt, Fig. 2a zeigt ein schematisches Blockschalt
bild eines Magnetventils mit Magnetwicklung und zugeordneter
Ansteuerschaltung, Fig. 2b eine erste bevorzugte Aus
führungsform der Erfindung mit direkter Ankopplung der
Nachweisschaltung an die Magnetwicklung und Fig. 2c
eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
mit einem Übertrager zwischen Magnetwicklung und Auswerte
schaltung. In Fig. 3 sind beispielhaft Signale in ihrer
zeitlichen Abhängigkeit dargestellt, die bei der in Fig.
2c dargestellten Ausführungsform der Erfindung gemessen
wurden.
Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schal
tungsanordnung zur Überwachung und Detektion von Schalt
zeitpunkten eines Magnetventils in einem Einspritzsystem
zur Brennstoffversorgung einer Brennkraftmaschine, insbe
sondere eines Dieselmotors, beziehungsweise um das zuge
hörige Verfahren.
In Fig. 1 ist schematisch der grundsätzliche Zusammenhang
zwischen der Induktivität L eines Magnetventils und der
Frequenz f dargestellt. Zwischen dem geschlossenen Zu
stand des Magnetventils, der durch eine durchgezogene
Kurve dargestellt ist, und dem geöffneten Zustand (strich
punktierte Kurve) besteht ein deutlicher Unterschied.
Grundsätzlich verhältnismäßig einfach ist die Feststellung
eines Schaltpunkts des Magnetventils solange, wie Energie
im Magnetkreis vorhanden ist. Das Ausschaltverhalten,
bei welchem die Magnetspule nicht mehr von einem Strom
durchflossen ist, läßt sich jedoch nicht so einfach über
wachen, was besonders bei solchen schnell schaltenden
Magnetventilen eine Rolle spielt, bei denen - gegebenenfalls
durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen - besondere Vorkehrungen
getroffen wurden, um die Energie in das Magnetsystem
schnell hinein- als auch wieder herauszubringen (nieder
induktive Systeme), um besonders schnelle Schaltvorgänge
zu erreichen.
Fig. 2a zeigt schematisch stark vereinfacht die übliche
Beschaltung eines Magnetventils MV. Zur Betätigung des
Magnetankers, also des Schließglieds, ist eine Magnetspule
L vorgesehen, die zwischen eine Versorgungsspannung U B
und eine Leistungsendstufe geschaltet ist, deren anderer
Anschluß an Masse liegt. In den Fig. 2a, b, c ist
diese Leistungsendstufe symbolisch durch einen Endstufen
transistor T dargestellt. Die Magnetspule L ist daher
zwischen die Versorgungsspannung U B und den Kollektor
des Transistors T geschaltet und der Emitter des Transis
tors T liegt an Masse. Die Basis des Transistors T ist
zur getakteten Stromversorgung der Magnetspule L an ein
Steuergerät 10 angeschlossen, welches ein Taktsignal
an die Basis abgibt.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsge
mäßen Einrichtung, welche in Fig. 2b und 2c dargestellt
sind, ist die Beschaltung der Magnetspule L ebenso wie
in Fig. 2a, jedoch ist zur Vereinfachung der Darstellung
das Steuergerät 10 von Fig. 2a in den Fig. 2b und
2c weggelassen.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung, welche
in Fig. 2b gezeigt ist, ist direkt an die beiden Anschluß
punkte der Magnetspule L des Magnetventils eine Einrichtung
A angeschlossen, welche auf geeignete Weise eine Kopplung
und Detektion der Induktivitätsänderung der Magnetspule
L vornimmt. Der Ausgang der Kopplungseinrichtung A ist
an den Eingang eines Verstärkers B angeschlossen, dem
eine Anzeigevorrichtung C nachgeschaltet ist.
Von dieser ersten Ausführungsform unterscheidet sich
die in Fig. 2c gezeigte weitere vorteilhafte Ausführungs
form der Erfindung durch die Art der Auskopplung des
Induktivitätssignals von der Magnetspule L. Hierzu ist
in Fig. 2c ein Übertrager Ü vorgesehen, dessen Primär
wicklung von der Magnetwicklung L gebildet wird und dessen
Sekundärwicklung eine Meßspule L 1 ist. Hieran schließen
sich die Kopplungseinrichtung A, die eine Detektion der
Induktivitätsänderung vornimmt, sowie der nachgeschaltete
Verstärker B und die diesem wiederum nachgeschaltete
Anzeigevorrichtung C an, wie sie bereits voranstehend
im Zusammenhang mit Fig. 2b besprochen wurden.
Die Funktionsweise der in den Fig. 2b und 2c dargestell
ten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung
wird aus dem Zeitdiagramm gemäß Fig. 3 deutlich, welches
die zeitliche Abhängigkeit von Signalintensitäten zeigt,
welche bei der Fig. 2c gezeigten Ausführungsform auftreten;
entsprechendes gilt sinngemäß für die Ausführungsform
gemäß Fig. 2b, da sich die Art der Ankopplung des Induk
tivitätsignals der Magnetspule L nicht grundsätzlich
auf die in Fig. 3 dargestellten Signale auswirkt.
Fig. 3 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen den
Steuerimpulsen, welche an der Basis des Transistors T
bei den besprochenen Ausführungsformen anliegen, sowie
dem Strom durch die Magnetspule L und dem von der Koppelein
richtung A abgenommenen und in der Anzeigevorrichtung
C dargestellten Spannungssignal an der Meßspule L 1 der
Ausführungsform gemäß Fig. 2c.
Der eigentlich interessierende Kurvenverlauf ist das
Hubsignal der Nadel des Magnetventils. Nach Abschalten
des Steuerimpulses für die Leistungsendstufe, welche
die Magnetwicklung L ansteuert, fällt entsprechend der
Strom durch die Magnetwicklung L ab. Danach zeigen sowohl
der Steuerimpuls als auch der Strom durch die Magnetspule
L einen im wesentlichen unveränderten glatten Verlauf,
aus dem daher keine Informationen über das eigentlich
interessierende Signal, nämlich den Nadelhub des Ankers
des Magnetventils, gewonnen werden können.
Wie aus der schematischen Darstellung von Fig. 3 deutlich
wird, liegt der Schaltzeitpunkt "BOP", der den Beginn
des tatsächlichen (mechanischen) Schließens der Magnetventil
nadel angibt, zeitlich hinter dem Abschaltzeitpunkt sowohl
des Steuerimpulses für die Leistungsendstufe T der Magnet
wicklung L als auch des durch die Magnetwicklung L fließenden
Stromsignals.
Zeitlich noch später liegt der Schaltzeitpunkt "EIP",
der das Ende der tatsächlichen Brennstoffeinspritzung
angibt. Auch dieser Schaltzeitpunkt läßt sich daher weder
durch eine Überwachung der Steuerimpulse noch eine Über
wachung des Stroms durch die Magnetwicklung L feststellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch, bei welcher
direkt die Induktion der Magnetwicklung L überwacht wird,
ergeben sich für die Schaltzeitpunkte BOP und EIP ent
sprechende, wenn auch kleine Spannungssignale an der
Meßspule L 1 von Fig. 2c. Die auftretenden Spannungs
spitzen im Spannungssignal an der Meßspule L 1 liegen,
wie aus Fig. 3 deutlich wird, kurz hinter den eigent
lichen (mechanischen) Schaltzeitpunkten BOP und EIP;
der zeitliche Abstand läßt sich gegebenenfalls durch
Eichmessungen genau berücksichtigen.
Durch geeignete Meßverfahren beziehungsweise Meßeinrich
tungen lassen sich die kleinen Spannungspeaks im Spannungs
signal an der Meßspule L 1, die den Schaltzeitpunkten
BOP mit 3,0 Volt beziehungsweise EIP mit einem geringeren
Spannungswert zugeordnet sind, daher gemäß der vorliegenden
Erfindung sicher feststellen und für Steuer- und Regelungs
vorgänge bei der Brennstoffzumessung einer Einspritzanlage
für eine Brennkraftmaschine ausnutzen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Kontrolle der mechanischen Bewegung
eines Magnetventilankers, für dessen Betätigung eine
Magnetwicklung vorgesehen ist, mittels eines vom Strom
durch die Magnetwicklung abgeleiteten Signals, dadurch
gekennzeichnet, daß die Induktion der Magnetwicklung
(L) überwacht und mittels einer externen Energiequelle
(B) die Induktivitätsänderungen an Schaltpunkten (BIP,
BOP, EIP) des Magnetventils (MV) auf einen feststellbaren
Signalpegel angehoben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktion der Magnetwicklung (L) direkt überwacht
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktion der Magnetwicklung (L) mit einer Meß
spule (L 1) überwacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktion der Magnetwicklung (L) mit einem Über
trager (Ü) überwacht wird, dessen Primärseite die Magnet
wicklung (L) und dessen Sekundärseite die Meßspule (L 1)
bildet.
5. Einrichtung zur Kontrolle der mechanischen Bewegung
eines Magnetventilankers, für dessen Betätigung eine
Magnetwicklung vorgesehen ist, mittels eines vom Strom
durch die Magnetwicklung abgeleiteten Signals, gekenn
zeichnet durch eine an die Magnetwicklung (MV) angeschlos
sene Koppeleinrichtung (A) zum Nachweis einer Induktions
änderung mit einer nachgeschalteten Energiequelle (B)
zur Anhebung der Induktionsänderung auf einen feststell
baren Signalpegel.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Übertrager (Ü) vorgesehen ist, dessen Primärseite
die Magnetwicklung (L) bildet und der sekundärseitig
eine Meßspule (L 1) aufweist, an die die Koppeleinrichtung
(A) angeschlossen ist.
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