DE3803436A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der anzugs- und abfallzeit des stoessels eines elektromagnetischen einspritzventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der An­ zugs- und Abfallzeit des Stößels eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine, und eine Vorrichtung zum Durch­ führen des Verfahrens.

Um die Schwankungsbreite des Zumeßfehlers von Einspritzven­ tilen zumindest zu verringern, werden die Ventile vor ihrem Einbau in eine Brennkraftmaschine geprüft und voreinge­ stellt. Zu diesem Zweck wird aus einer Fertigungsserie jeweils ein Ventil entnommen; die Prüfergebnisse für dieses Ventil liefern die Eckwerte für die Einstellung der Ventile aus der betreffenden Serie. Der Zumeßfehler wird dabei anhand der Anzugs- und Abfallzeiten des Ankers oder Stößels des geprüften Ventils korrigiert. Zum Ermitteln dieser Zeiten ist es bekannt, in das Ventil, z.B. auf einem Qualitätsprüfstand, Wegsensoren oder Induktivgeber einzu­ bauen. Nach der Prüfung läßt sich das Ventil, das aufgrund des erforderlichen Eingriffs zerstört werden muß, nicht mehr verwenden. Abgesehen von dem großen Aufwand beim Ein­ bau der Meßwertgeber, beansprucht die Messung unerwünscht viel Zeit. Außerdem können durch das Voreinstellen der Ventile solche Zumeßfehler nicht korrigiert werden, die während des Motorbetriebs auftreten.

Die beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Bordnetz­ spannung, Schwingungsbeschleunigungen am Motor oder Alte­ rung des Ventils unvermeidlichen Abweichungen der Anzugs­ und Abfallzeiten des Ankers oder Stößels eines elektromagne­ tischen Einspritzventils von den Sollwerten verursachen ent­ weder einen Mehr- oder einen Minderverbrauch des in die Zylinder des Motors eingespritzten Kraftstoffs, was beides äußerst nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Anzugs- und Abfallzeit eines Stößels eines elektromagnetischen Einspritzventils ohne die vorgenannten Nachteile zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für das Verfahren da­ durch gelöst, daß die vom Stößel in der oberen und unteren Endlage durch Anschlagen an Hubbegrenzungen hervorgerufene Beschleunigungsspitzen aufgenommen und als Beschleunigungs­ signale einem Soll-Ist-Wert-Vergleich zugeführt werden, mit dem Soll-Zeitabweichungen zwischen einem von einem den Stößelhub auslösenden Spannungsimpuls bewirkten Signal und dem von der oberen und der unteren Beschleunigungsspitze hervorgerufenen Beschleunigungssignal bestimmt werden, wobei bei Abweichungen vom Sollwert, die gleichbedeutend mit Öffnungs- bzw. Schließzeitfehlern sind, vorzugsweise die Öffnungszeit des elektromagnetischen Ventils verändert wird; zu diesem Zweck kann die Dauer des Spannungsimpulses verlängert bzw. verkürzt werden.

Der Erfindung liegt die durch Versuche belegte Erkenntnis zugrunde, daß der Stößel in den Endlagen seines Hubes charakteristische Beschleunigungssignale erzeugt, die sich vorzugsweise mit einem Beschleunigungsaufnehmer, der vor­ teilhaft unmittelbar am Einspritzventil oder an einem Hal­ ter des Einspritzventils angeordnet sein kann - dort zum Beispiel befestigt ist, oder auch nur durch eine Bedienungs­ person von Hand angelegt zu werden braucht - aufnehmen lassen. Zumeßfehler können danach mit äußerst kurzen Re­ aktionszeiten korrigiert werden. Auf eine abweichende Ab­ fallzeit zurückzuführende Zumeßfehler lassen sich schon bei dem sich unmittelbar anschließenden Einspritzimpuls kompen­ sieren; Zumeßfehler, die durch eine abweichende bzw. verän­ derte Anzugszeit verursacht werden, lassen sich beim Ein­ satz eines schnellen Rechners völlig ausschließen, da die veränderte Anzugszeit durch eine entsprechend längere oder kürzere Dauer des Spannungsimpulses bereits während des laufenden Einspritzimpulses korrigiert werden kann. Da die Fehlererfassung unabhängig von der Dauer des Einspritzim­ pulses ist, wird sie von einer dynamischen Betriebsweise der Brennkraftmaschine nicht gestört und braucht während­ dessen auch nicht unterbrochen zu werden.

Vorteilhaft läßt sich außer den Beschleunigungsspitzen auch der Beginn des Öffnungs- bzw. Schließhubes ermitteln, wenn eine ausreichend große Spreizung des Ausgangssignals des Beschleunigungsaufnehmers gewählt wird. Diese insbesondere für die Diagnose, d.h. den stationären Betrieb im Qualitäts­ prüfstand geeignete Spreizung des Ausgangssignals aufgrund einer hohen Auflösung des Beschleunigungsaufnehmers ermög­ licht es, zusätzlich zu den das Hubende und den Hubanfang des Ventilstößels angebenden Meßpunkten auch den Beginn des Öffnungs- und Schließhubes festzustellen und auf diese Weise eine den tatsächlichen Öffnungs- bzw. Schließverlauf wiedergebende Kurve zu erhalten.

Vorzugsweise läßt sich dem Einspritzventil ein elektrisch mit einem Steuergerät verbundener Beschleunigungsaufnehmer zuordnen und vorteilhaft an das Steuergerät ein Diagnosege­ rät anschließen. In das Steuergerät, zum Beispiel ein entwe­ der bordeigener, d.h. im Kraftfahrzeug integrierter, oder externer Mikrorechner, das mit festen Eingangsgrößen, wie den Massendurchsatz der Luft m _L, den Druck P, die Temper­ atur T, die Motordrehzahl n, die Luftzahl λ , den Drossel­ klappenwinkel α _DK, versorgt wird, geht außerdem der Meß­ wert des Beschleunigungsaufnehmers ein. Der Rechner führt einen Soll-Ist-Wert-Vergleich durch und bewirkt aufgrund eines entsprechenden Signals bei abweichenden Werten eine Korrektur des Ansteuersignals des Ventils, d.h. die Dauer des Spannungsimpulses wird entsprechend verändert.

Mit einem an den Rechner angeschlossenen Diagnosegerät, das im Kraftfahrzeug integriert sein kann, läßt sich neben der Korrektur des Zumeßfehlers außerdem eine Aussage darüber erreichen, ob das Ventil noch in Ordnung ist oder nicht, d.h. die gestellten Anforderungen noch erfüllen kann oder ausgewechselt werden muß. Bei einem externen Diagnosegerät, wie in einem Qualitäts-Prüfstand, ist es zur Diagnose nicht erforderlich, daß der Motor läuft; denn über das externe Diagnosegerät läßt sich eine Diagnosefunktion in das bord­ eigene Steuergerät eingeben, die es erlaubt, das zu unter­ suchende Ventil bei stehendem Motor oder in einer separaten Prüfeinrichtung gezielt einzeln, d.h. gesondert anzusteuern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein in einem Halter angeordnetes elektromagne­ tisches Einspritzventil mit einem am Halter be­ festigten Beschleunigungsaufnehmer, schematisch, geschnitten dargestellt;

Fig. 2 einen elektrisch mit einem Steuergerät verbunde­ nen, an einem elektromagnetischen Einspritzventil angeordneten Beschleunigungsaufnehmer;

Fig. 3 ein anhand von Diagrammen dargestelltes Beispiel für die Korrektur einer zu kurzen Anzugszeit t _Anz des Stößels eines Einspritzventils;

Fig. 4 anhand von Diagrammen die Spreizung des Ausgangs­ signals eines Beschleunigungsaufnehmers eines Ein­ spritzventils;

Fig. 5 die erfindungsgemäße Meß- und Korrekturanordnung für eine Zentraleinspritzung, schematisch darge­ stellt;

Fig. 6 die erfindungsgemäße Meß- und Korrekturanordnung für eine Mehrdüseneinspritzung, schematisch darge­ stellt,

Fig. 7 die an ein externes Diagnosegerät angeschlossene Meßanordnung gemäß Fig. 5; und

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Meß- und Korrekturanordnung zum Einstellen der Anzugs- und Abfallzeiten eines elektromagnetischen Einspritzventils in der Se­ rienfertigung, schematisch dargestellt.

Ein in einen Halter 1, zum Beispiel eines nicht dargestell­ ten Prüfstandes, eingesetztes, nach außen mittels O-Ringen 2 abgedichtetes elektromagnetisches Einspritzventil 3 wird über eine Kraftstoffzuleitung 4 mit Kraftstoff versorgt. Beim Ansteuern des Ventils 3 bewirkt eine Magnetwicklung 5 das Anheben eines gemäß Fig. 1 in seiner Schließlage darge­ stellten Ankers bzw. Stößels 6; bei angehobenem Stößel und damit geöffneter Düse des Ventils 3 kann der Kraftstoff eingespritzt werden. Das Unterbrechen des Ansteuerimpulses beendet die Kraftstoffeinspritzung, denn der Stößel 6 fällt dann in seine dargestellte, die Düse verschließende Posi­ tion zurück. Der Stößel erzeugt sowohl beim Erreichen sei­ ner Öffnungslage, in der er bis zum Anschlag 7 angehoben und das Ventil 3 geöffnet ist, als auch seiner Schließlage 8 charakteristische Beschleunigungsspitzen, die mittels eines am Halter 1 befestigten Beschleunigungsaufnehmers 9 aufgenommen und als Beschleunigungssignale 10 in einen Mi­ krorechner 11 eingegeben werden (vgl. Fig. 2).

Der außerdem Motorkenndaten, wie gemäß Fig. 2 die Motor- Drehzahl n _mot, die Temperatur T _mot, den Massendurchsatz der Luft m _L und den Drosselklappenwinkel α _DK auswertende Mikrorechner 11 stellt anhand der eingegebenen Beschleuni­ gungssignale 10 sowohl für die Anzugszeit t _Anz als auch die Abfallzeit t _Abf des Stößels 6 einen Soll-Ist-Wert-Vergleich an und löst bei Abweichungen von den Sollwerten, die gleich­ bedeutend mit einer Mehr- oder Mindermenge des eingespritz­ ten Kraftstoffs sind, einen Ansteuerimpuls 12 aus, der entsprechend der erforderlichen Korrektur die Ansteuerzeit t _Imp verändert; die Dauer der Öffnung des Einspritzventils 3 wird entweder verlängert oder verkürzt. Zur Anzeige der Funktionsfähigkeit des Einspritzventils 3 und damit der Aussage, ob gegebenenfalls ein Austausch erforderlich ist, kann der Rechner 11 an ein Diagnosegerät 13 angeschlossen werden.

In Fig. 3 ist anhand von das Zeitverhalten der wichtigsten Meßgrößen darstellenden Diagrammen, nämlich des Ansteuer- bzw. Spannungsimpulses am Ventil, des Weg-Zeit-Verlaufs des Ventilstößels und des Kraftstoff-Massendurchsatzes m, ein Korrekturbeispiel für das Einhalten des Sollwerts der Brenn­ stoffmasse m dargestellt. In dem Beispiel tritt ein Zumeß­ fehler aufgrund einer zu kurzen Anzugszeit t _Anz auf, die der Rechner 11 anhand des erhaltenen Beschleunigungssignals 10 auswertet und noch während desselben Einspritzvorgangs durch eine um Δ t _Imp verkürzte Ansteuerzeit t _Imp kompen­ siert. Der Punkt 14 in dem unteren Diagramm von Fig. 3 gibt den mit einer Mehrmenge Δ m des eingespritzten Kraftstoffs verbundenen Zumeßfehler an, wie er ohne Korrektur der An­ zugszeit t _Anz aufgetreten wäre, und der Punkt 15 gibt den demgegenüber berichtigten, dem Sollwert entsprechenden Kraftstoffdurchsatz an.

Gemäß Fig. 4 ist - wie schon in Fig. 3 - das Zeitverhalten der wichtigsten Meßgrößen in über- bzw. untereinander ange­ ordneten Diagrammen dargestellt. Außerdem sind in dem Dia­ gramm 1 die Auswertepunkte 16 bis 19 eingetragen, nämlich 16 für das Einschalten des Ansteuerimpulses 12, 17 für das Ende des Öffnungshubes, 18 für das Abschalten des Ansteuer­ impulses und 19 für das Ende des Schließhubes; außerdem sind die in der Anschlag- bzw. Schließlage von dem Stößel des elektromagnetischen Einspritzventils erzeugten Beschleu­ nigungssignale 10 eingetragen. In dem Diagramm II von Fig. 4 ist das gegenüber dem Diagramm I gespreizte Ausgangs­ signal dargestellt; zusätzlich zu den Auswertepunkten 16 bis 19 ergeben sich dort die Auswertepunkte 20 für den Beginn des Öffnungshubes und 21 für den Beginn des Schließ­ hubes. Auf diese Weise wird der tatsächliche Öffnungs- bzw. Schließverlauf zwischen den Punkten 20 und 17 bzw. 21 und 19 ermittelt, wie durch die den Öffnungsverlauf wiedergeben­ de Kurve 22 und die den Schließverlauf wiedergebende Kurve 23 dargestellt.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 5 ist der Beschleunigungsauf­ nehmer 9 an einer Zentraleinspritzung 24 und gemäß Fig. 6 sind Beschleunigungsaufnehmer 9 an jedem der über eine Verteilerleiste 25 mit den Zylinderräumen 27 eines Motors 26 verbundenen Einspritzventile 3 angeordnet. Die vom Be­ schleunigungsaufnehmer 9 ermittelten Beschleunigungsspitzen gehen als Beschleunigungssignale 10 in den Rechner 11 ein, der nach einem Soll-Ist-Wert-Vergleich einen entweder um Δ t _Imp verringerten oder vergrößerten Ansteuerimpuls für die Zentraleinspritzung 24 bzw. die Einspritzventile 3 abgibt.

In Fig. 7 ist eine Anordnung zur werkstattgebundenen Diag­ nose des Öffnungs- und Schließverhaltens von Einspritzven­ tilen 3 dargestellt. Es braucht hierbei lediglich ein Be­ schleunigungsaufnehmer 9 eingesetzt zu werden, der der Rei­ he nach an Kontaktflächen 28 der Einspritzventile 3 ent­ weder von Hand angelegt oder befestigt wird. Zur Diagnose ist es nicht erforderlich, daß der Motor 26 läuft; das externe Diagnosegerät 13 ruft nämlich gemäß einem Signal 29 eine Diagnosefunktion des Rechners 11 ab, woraufhin der Rechner 11 das jeweils untersuchte Einspritzventil 3 gemäß den Pfeilen 12 einzeln ansteuert. Nach dem Ansteuern des Ventils 3 geben der Beschleunigungssensor 9 das Beschleuni­ gungssignal 10 und der Rechner 11 (Steuergerät) die An­ steuerparameter 30 an das Diagnosegerät 13, das eine Aus­ sage über die Qualität und Funktionsfähigkeit des Ventiles liefert und dabei insbesondere auch die Ventilöffnungs- und Ventilschließzeiten bestimmt und mit dem Toleranzbereich vergleicht.

Das Ermitteln der charakteristischen Beschleunigungsspitzen wird gemäß Fig. 8 zum Einstellen von Einspritzventilen in der Serienfertigung ausgenutzt. Ein Ventil muß dabei auf einen bestimmten Kraftstoff-Massendurchsatz eingestellt werden, wofür die charakteristischen Anzugs- und Abfall­ zeiten des Ventilstößels bzw. Ankers maßgeblich sind. An­ hand des für das Einspritzventil 3 von dem am Halter 1 angeordneten Beschleunigungsaufnehmer 9 ermittelten Be­ schleunigungssignals 10, das in einen sowohl den Rechner 11 als auch das Diagnosegerät 13 enthaltenden Prüfstand 31 gelangt, wird zunächst der statische Durchsatz, d.h. der Durchsatz bei dauernd geöffnetem Einspritzventil 3 mittels einer Justierung, wie eine Justierschraube 32, eingestellt. Das Ventil 3 wird über ein Durchflußmeßgerät 33 mit Kraft­ stoff versorgt; das Durchflußmeßgerät 33 gibt dabei einen Meßwert 34 des Kraftstoff-Massendurchssatzes m _Kr in den Prüfstand 31 ein.

Das Einstellen des Ventiles 3 bei dynamischer Betriebsweise wird danach durch Ermitteln der Beschleunigungsspitzen und entsprechendes Einjustieren des Ventiles aufgrund der erfaß­ ten Sollwertabweichungen vorgenommen.

Der Zeitaufwand für das Einstellen eines Einspritzventils in der Serienfertigung wird dadurch erheblich reduziert, denn anstelle des Signals eines mit Verzögerung arbeitenden Durchflußmeßgerätes 33 wird das praktisch verzögerungsfreie Beschleunigungssignal 10 genutzt. Der Zeitaufwand für einen Einstellzyklus beträgt noch einige Millisekunden, statt bisher ca. 10 Sekunden. Bei Bedarf läßt sich zur Kontrolle eine abschließende Messung mittels des Durchflußmeßgerätes 33 im Einstellpunkt des Ventiles 3 vornehmen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Ermitteln der Anzugs- und Abfallzeit des Stößels eines Einspritzventils einer Brennkraft­ maschine, dadurch gekennzeichnet, daß vom Stößel in seiner oberen und unteren Endlage durch Anschlagen an Hubbegrenzungen hervorgerufene Beschleunigungsspitzen aufgenommen und als Beschleunigungssignale einem Soll-Ist-Wert-Vergleich zugeführt werden, mit dem Soll-Zeitabweichungen zwischen einem von einem den Stößelhub auslösenden Spannungsimpuls bewirkten Signal und dem von der oberen und der unteren Beschleuni­ gungsspitze hervorgerufenen Beschleunigungssignal bestimmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Soll-Wertabweichung die Öffnungszeit des elektromagnetischen Ventils verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einer Spreizung des Ausgangssignals der Beginn des Öffnungs- bzw. des Schließhubes ermittelt wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen elektrisch mit einem Steuergerät (11, 31) verbundenen Beschleunigungsaufnehmer (9) des Einspritz­ ventils (3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Diagnosegerät (13) an das Steuergerät (11) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (9) am Ein­ spritzventil (3) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (9) an ei­ nem Halter (1) des Ventils (3) angeordnet ist.