DE3730523C2

DE3730523C2 -

Info

Publication number: DE3730523C2
Application number: DE19873730523
Authority: DE
Inventors: Nestor Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Rodriguez-Amaya; Alfred Dr.-Ing. 7257 Ditzingen De Schmitt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-09-11
Filing date: 1987-09-11
Publication date: 1991-04-04
Also published as: WO1989002648A1; DE3730523A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers, für dessen Betätigung eine Magnetwicklung vorgesehen ist, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beispielsweise aus der DE-OS 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 kurzfristige Änderungen des Stromanstiegs durch die Magnetwicklung 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 Induktivitätsänderung zur Folge hat, aufgrund derer die zeitliche Ableitung des Stroms durch die Magnetspule, der mittels des Spannungsabfalls am Widerstand gemessen wird, ihr Vorzeichen ändert. Zwar eignet sich die bekannte Einrichtung für eine grundsätzliche derartige Funktionskontrolle, um festzustellen, ob der Magnetanker beweglich ist, jedoch ist nur das Einsetzen der Bewegung feststellbar.

Weiterhin ist in der älteren Anmeldung P 36 33 107.4 der Anmelderin ein Verfahren zur Steuerung eines elektrisch 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 Ventilschließglied 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 Meßspannungsquelle verbunden ist. Dagegen erfolgt in geschlossener Stellung eine Anlage des Ventilschließgliedes am Ventilsitz, der ebenfalls mit dem Masseanschluß der Meßspannungsquelle verbunden ist. Zwar lassen sich hierdurch die jeweiligen Endlagen des Ventilsschließgliedes erfassen, es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, 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.

Aus der DE-OS 34 23 505 ist weiter eine gattungsgemäße Einrichtung bekannt, die ähnlich wie die in der DE-OS 22 51 472 beschriebene und bereits oben gewürdigte Einrichtung arbeitet. Bei der Einrichtung gemäß DE-OS 34 23 505 wird nämlich der von einem steuerbaren Schalter an die Magnetspule angelegte Strom durch einen Strommeßwiderstand in eine Spannung gewandelt und einem Differenzierglied zugeführt, dem eine verhältnismäßig komplizierte Auswerteschaltung nachgeschaltet ist. Es wird daher nicht die Induktion überwacht, sondern durch ein Differenzierglied eine vom Spulenstrom abgeleitete Spannung. Zwar hängt die Eingangsspannung des Differenzierglieds von der Induktivität der Magnetspule ab, jedoch ist dies nicht mit einer Induktionsüberwachung gleichzusetzen.

Bei den zuvor beschriebenen Verfahren bzw. Einrichtungen erfolgte daher eine Überwachung des durch die Magnetspule fließenden Betätigungsstroms für die Magnetspule. Daher lassen sich mit den bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen keine Zustände des Magnetventils überwachen, in welchen der Betätigungsstrom fehlt. Eine derartige Überwachung ist aber insbesondere für das Ausschaltverhalten, wenn also die Magnetspule nicht mehr von einem Strom durchflossen wird, von Bedeutung.

Aus der DE-OS 26 02 906 ist weiter eine Fehlererkennungseinrichtung in einer mit einer Magnetspule arbeitenden Anordnung bekannt. Mit der bekannten Einrichtung soll eine Vorwarnung für Magnetspulen erreicht werden, deren Anker innerhalb einer vorgegebenen Zeit in seine Ausgangslage zurückgekehrt sein muß. Hierzu soll ein Signal erzeugt werden, welches den Zeitpunkt anzeigt, zu dem der Spulenanker seinen Sitz angenommen hat, und es wird ein vorbestimmtes Zeitintervall gebildet, in dem das die Sitzeinnahme anzeigende Signal liegen soll, anderenfalls wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Hierzu ist eine Einrichtung zur Feststellung der Sitzeinnahme des Spulenankers vorgesehen, die einen vom Strom durch die Magnetspule durchflossenen Widerstand sowie eine auf den Umkehrpunkt des zeitlichen Stromverlaufs ansprechende Einrichtung aufweist, die an den Widerstand angeschlossen ist. Diese Komponenten sind in einem sogenannten Wendedetektor zusammengeschaltet. Hierbei wird ein erstes RC-Glied aus einem Kondensator und einem Widerstand gebildet und ein zweites RC-Glied aus einem weiteren Widerstand und einem weiteren Kondensator. Diese RC-Glieder sprechen auf Spannungsschwankungen am Fühlerwiderstand an, wenn der Strom in der Magnetspulenwicklung schwankt. Demnach wird auch hier der Strom durch den Fühlerwiderstand bzw. die sich hieraus ergebende Spannungsänderung ausgenutzt.

Aus der DE-OS 31 50 814 ist weiter eine Vorrichtung zur berührungslosen Bestimmung der Schaltstellung des Ankers eines Elektromagneten bekannt, bei der die Arbeitswicklung des Elektromagneten selbst gleichzeitig auch die Meßspule für die Stellungsanzeige des Ankers bildet. Die Induktivität der Arbeitswicklung ändert sich in Abhängigkeit von der Stellung des Magnetankers. Aus dieser Änderung der Induktivität der Arbeitswicklung des Elektromagneten wird ein Meßsignal für die Stellung des Magnetankers abgeleitet und ausgewertet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen eine bessere Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers ermöglicht wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren 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.

Zeichnung

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.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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

1. Verfahren zur Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers, für dessen Betätigung eine Magnetwicklung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschalten des Betätigungsstromes durch die Magnetwicklung (L) durch die Bewegung des Magnetventilankers hervorgerufene Induktionsspannungen an der Magnetwicklung (L), die mechanischen Schaltzeitpunkten (BOP, EIP) zugeordnet sind, überwacht werden und die so erzeugten Signale jeweils mittels einer externen Energiequelle (13) auf einen feststellbaren Signalpegel angehoben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspannungen der Magnetwicklung (L) mit einer Meßspule (L1) überwacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspannung der Magnetwicklung (L) mit einem Übertrager (Ü) überwacht werden, dessen Primärseite die Magnetwicklung (L) und dessen Sekundärseite die Meßspule (L1) bildet.

4. Einrichtung zur Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers, für dessen Betätigung eine Magnetwicklung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppeleinrichtung (A) zur Überwachung von Induktionsspannungen der Magnetwicklung (L) vorgesehen ist, die durch die Bewegung des Magnetventilankers hervorgerufen werden, und daß eine der Koppeleinrichtung (A) nachgeschaltete Energiequelle (B) zur Anhebung des Signals auf einen feststellbaren Signalpegel vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übertrager (Ü) vorgesehen ist, dessen Primärseite die Magnetwicklung (L) bildet und der sekundärseitig eine Meßspule (L1) aufweist, an die die Koppeleinrichtung (A) angeschlossen ist.