DD257662A1 - ARRANGEMENT FOR THE DETECTION OF WASTE TIME AND THE OPENING TIME OF SOLENOID VALVES, IN PARTICULAR FOR FUEL INJECTION DEVICES - Google Patents
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Abstract
Durch die Erfindung soll der Aufwand zur Messung der Einspritzmenge sowie des Einspritzzeitpunktes verringert werden. Die Zuverlaessigkeit der Anordnung und deren Stoersicherheit sollen erhoeht werden. Erfindungsgemaess wird der Spannungsverlauf ueber dem im Schalterbetrieb angesteuerten Magnetventil durch einen Differentiator detektiert und ueber eine Impulsbegrenzungsbaugruppe einem Komparator zugefuehrt. Durch den Vergleich mit einer Referenzspannung wird der durch den Abfall des Ankers des Magnetventils hervorgerufene Induktionsspannungsimpuls erkannt. Die Verknuepfung der Ausgangsinformation des Komparators mit dem Eingangssignal fuer die Leistungssteuerbaugruppe gewaehrleistet die Unterdrueckung von Stoerimpulsen und stellt den zeitlichen Bezug zum Eingangssignal her. Fig. 1By the invention of the effort to measure the injection quantity and the injection time is to be reduced. The reliability of the arrangement and its reliability should be increased. According to the invention, the voltage profile over the solenoid valve controlled in the switch mode is detected by a differentiator and fed to a comparator via a pulse limiting module. By comparison with a reference voltage, the induction voltage pulse caused by the drop of the armature of the solenoid valve is detected. The combination of the output information of the comparator with the input signal for the power control module ensures the suppression of interference pulses and establishes the temporal reference to the input signal. Fig. 1
Description
Leistungssteuerbaugruppe, einem Leistungsschalter, einem Magnetventil, einem Widerstand und einer Freilaufdiode (beide zueinander in Reihe und zum Magnetventil parallel geschaltet) mit der Besonderheit besteht, daß eine den Spannungsverlauf über der Erregerwicklung des Magnetventils detektierende Kombination, gebildet durch einen Differentiator mit einer nachgeschalteten Impulsbegrenzungsbaugruppe und einem nachgeordneten Komparator, einem Tor zugeordnet ist, das die Ausgangsinformationen des Komparators aufnimmt und seinerseits ansteuerimpulsempfangend mit der Leistungssteuerbaugruppe verknüpft ist.Leistungssteuerbaugruppe, a circuit breaker, a solenoid valve, a resistor and a freewheeling diode (both in series and connected to the solenoid valve in parallel) with the special feature is that a voltage waveform across the excitation winding of the solenoid valve detecting combination formed by a differentiator with a downstream pulse limiting assembly and a downstream comparator, a gate is assigned, which receives the output information of the comparator and in turn is connected to the power control module control pulse receiving.
Eine Variante dieser Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Spannungsverlairfs der Stromverlauf detektiert wird, indem der Differentiator besagter Kombination an den Knotenpunkt der Reihenschaltung von Widerstand und Freilaufdiode angeschlossen ist.A variant of this arrangement is characterized in that instead of Spannungsverlairfs the current waveform is detected by the differentiator said combination is connected to the node of the series circuit of resistor and freewheeling diode.
Die Ausgangsinformation des Komparators wird in einem Tor mit dem Ansteuersignal für die Leistungssteuerbaugruppe verknüpft. Der Differentiator unterdrückt den an der Wicklung des Magnetventils bestehenden Gleichspannungsanteil für die weitere Signalverarbeitung. Nach dem Ende des Ansteuersignals wird über den Rückstromkreis, bestehend aus der Freilaufdiode und dem Widerstand die im Magnetventil gespeicherte magnetische Energie abgebaut. Unterschreitet der dabei fließende Gegeninduktionsstrom den Haltestrom, fällt der Anker des Magnetventils ab. Dabei wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, was sich in einem sowohl dem Spannungsverlauf über dem Magnetventil als auch dem Strom verlauf durch den Widerstand im Rückstrom kreis überlagerten Impuls äußert. Die Amplitude dieses Impulses ist sehr klein gegenüber den Spannungs- bzw. Stromamplituden beim Schalten des Leistungsschalters, so daß ein Schutz des Komparators vor Zerstörung durch die Impulsbegrenzungsbaugruppe erforderlich ist. Die Zeitdauer des Abfallimpulses ist der Zeitdauer des Abfallvorganges proportional.The output information of the comparator is linked in a gate with the control signal for the power control module. The differentiator suppresses the DC voltage component present on the winding of the solenoid valve for further signal processing. After the end of the drive signal, the magnetic energy stored in the magnetic valve is reduced via the return circuit, consisting of the freewheeling diode and the resistor. If the counterinduction current flowing in this case falls below the holding current, the armature of the solenoid valve falls off. This mechanical energy is converted into electrical energy, which manifests itself in a both the voltage curve across the solenoid valve and the current flow through the resistor in the reverse current superimposed circle pulse. The amplitude of this pulse is very small compared to the voltage or current amplitudes when switching the circuit breaker, so that a protection of the comparator from destruction by the pulse limiting assembly is required. The duration of the waste pulse is proportional to the duration of the waste process.
Der Komparator wandelt den Abfallimpuls in ein digitales Signal um. Durch die Verknüpfung mit dem Ansteuersignal für die Leistungssteuerbaugruppe wird der zeitliche Bezug zum Einspritzsignal hergestellt.The comparator converts the waste pulse into a digital signal. The connection with the drive signal for the power control module establishes the time reference to the injection signal.
In der Anordnung wird also in vorteilhafter Weise das Magnetventil gleichzeitig als Stellglied und Sensor für dessen Öffnungsdauer und Abfallzeitpunkt genutzt. Ein besonderer Sensor zum Erkennen des Einspritzzeitpunktes ist damit nicht nötig. Der zeitliche Bezug zum Ansteuersignal wird in einfacher Weise durch ein Tor hergestellt.In the arrangement, therefore, the solenoid valve is advantageously used simultaneously as an actuator and sensor for its opening time and time of waste. A special sensor for detecting the injection time is therefore not necessary. The temporal reference to the drive signal is easily produced by a gate.
Ausführungsbeispielembodiment
Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung näher erläutert. Es zeigenReference to a drawing, an embodiment of the inventive arrangement is explained in detail. Show it
Fig. 1: das Blockschaltbild undFig. 1: the block diagram and
Fig. 2: den Spännungsverlauf an ausgewählten Punkten der Anordnung.Fig. 2: the Spännungsverlauf at selected points of the arrangement.
Gemäß der aus Fig. 1 ersichtlichen prinzipiellen Zusammenschaltung sind eine Leistungssteuerbaugruppe 1,ein Leistungsschalter 2, ein Magnetventil 3, ein Widerstand 4sowie eine Freilaufdiode 5 vorgesehen. Die Leistungssteuerbaugruppe 1 steuert in bekannter Weise den Leistungsschalter 2, welcher im konkreten Fall als bipolarer Transistorschalter realisiert ist, an. Thyristoren, unipolare Tranistoren oder elektromechanische Schalter sind prinzipiell ebenso verwendbar. Der Leistungsschalter schließt im eingeschalteten Zustand den Stromkreis über die Stromversorgung UB und das zwischengeordnete Magnetventil 3, so daß sich dessen Anker nach Ablauf einer Einschaltverzögerung in die Anzugslage bewegt. Aus der Vorderflanke des Ansteuerimpulses für die Leistungssteuerbaugruppe 1 kann durch Addition der Einschaltverzögerungszeitkonstante in einer nicht zu dieser Anordnung gehörenden informationsverarbeitenden Baugruppe der Einschaltzeitpunkt des Magnetventils 3 berechnet werden. Die Leistungssteuerbaugruppe 1 arbeitet in bekannter Weise im Schalterbetrieb, wobei zur Gewährleistung eines schnellen Anzuges des Magnetventils 3 zu Beginn des Ansteuerimpulses für eine Zeitdauer, die größer als die Einschaltverzögerung des Magnetventils 3 ist, der Leistungsschalter 2 kontinuierlich eingeschaltet wird. Danach erfolgt de'r Übergang zum geschalteten Betrieb, wobei die Periodendauer der Ansteuerimpulsfolge für das Magnetventil 3 wesentlich kleiner als dessen mechanische Zeitkonstanten ist. Das Tastverhältnis der Ansteuerimpulsfolge bestimmt in Verbindung mit der Dimensionierung des aus dem Widerstand 4, der Freilaufdiode 5 und der Erregerwicklung des Magnetventils 3 bestehenden . Rückstromkreises den Haltestrom durch das Magnetventil 3.According to the basic interconnection shown in FIG. 1, a power control module 1, a power switch 2, a solenoid valve 3, a resistor 4 and a freewheeling diode 5 are provided. The power control module 1 controls in a known manner the power switch 2, which is realized in the specific case as a bipolar transistor switch on. Thyristors, unipolar transistors or electromechanical switches are also usable in principle. The circuit breaker in the on state closes the circuit via the power supply UB and the intermediate solenoid valve 3, so that its armature moves after the expiration of a switch-on delay in the attractive position. From the leading edge of the drive pulse for the power control module 1, the ON time of the solenoid valve 3 can be calculated by adding the ON delay time constant in an information processing unit not belonging to this arrangement. The power control module 1 operates in a known manner in the switch operation, wherein to ensure a quick suit of the solenoid valve 3 at the beginning of the drive pulse for a period which is greater than the turn-on delay of the solenoid valve 3, the power switch 2 is turned on continuously. Thereafter, the transition to the switched operation takes place, wherein the period of the drive pulse train for the solenoid valve 3 is substantially smaller than its mechanical time constant. The duty cycle of the drive pulse sequence determined in conjunction with the dimensioning of the existing of the resistor 4, the freewheeling diode 5 and the field winding of the solenoid valve 3. Reverse circuit the holding current through the solenoid valve. 3
DerSpannungsverlauf über dem Magnetventil 3 wird über einen Differentiator 6, eine nachgeschaltete Impulsbegrenzungsbaugruppe 7 sowie einen nachgeordneten Komparator 8 detektiert. Die Ausgangsinformation des Komparators 8 wird in einem nachgeschalteten Tor 9 mit dem Ansteuerimpuls für die Leistungssteuerbaugruppe 1 verknüpft. Der Differentiator 6 unterdrückt den am Anschluß des Magnetventils 3 vorhandenen Gleichspannungsanteil, so daß nur die transienten Spannungsverläufe über dem Magnetventil 3 weiter verarbeitet werden. Aus dem sehr großen Amplitudenverhältnis zwischen dem Nutzsignal zum Erkennen des Abfalls des Ankers des Magnetventils 3 und den beim geschalteten Betrieb des Magnetventils 3 auftretenden Induktionsspannungen ergibt sich die Notwendigkeit der Störsignalunterdrückung durch die -Impulsbegrenzungsbaugruppe 7. Im konkreten Ausführungsbeispiel erfolgt die Impulsbegrenzung durch vorgespannte Dioden. Der Einsatz von z. B. Z-Dioden oder ZNO-Varistoren ist ebenfalls möglich. Der Komparator 8 vergleicht den Spannungsverlauf an seinem Eingang mit einer geeignet zu wählenden Referenzspannung. Durch die im Tor 9 realisierte Verknüpfung seiner Ausgangsinformation mit dem Ansteuerimpuls für die Leistungssteuerbaugruppe 1 werden die durch den geschalteten Betrieb des Magnetventils 3 hervorgerufenen Störimpulsfolgen unterdrückt.The voltage profile across the solenoid valve 3 is detected via a differentiator 6, a downstream pulse limiting assembly 7 and a downstream comparator 8. The output information of the comparator 8 is linked in a downstream gate 9 with the drive pulse for the power control module 1. The differentiator 6 suppresses the present at the terminal of the solenoid valve 3 DC component, so that only the transient voltage waveforms on the solenoid valve 3 are further processed. From the very large amplitude ratio between the useful signal for detecting the drop of the armature of the solenoid valve 3 and the induction voltages occurring in the switched operation of the solenoid valve 3, the need for Störsignalunterdrückung by the -impulse limiting assembly 7 results in the specific embodiment, the pulse limitation is carried out by biased diodes. The use of z. B. Z-diodes or ZNO varistors is also possible. The comparator 8 compares the voltage profile at its input with a suitable reference voltage to be selected. By realized in the gate 9 linking its output information with the drive pulse for the power control module 1 caused by the switched operation of the solenoid valve 3 interference pulse trains are suppressed.
Wie Fig. 2 erkennen läßt, erzeugt die Leistungssteuerbaugruppe 1 aus dem Ansteuerimpuls A die Impulsfolge B. Der zeitliche Verlauf der Spannung über dem Magnetventil 3 und des Stromes durch den Widerstand 4 entspricht in der ersten Phase der Impulsfolge C. Nach Beendigung der Ansteuerung des Magnetventils 3 äußert sich der Abbau der in dessen Magnetkreis gespeicherten Energie in einem Gegeninduktionsspannungsverlauf und einem Rückstrom mit relativ großer Zeitkonstante. Unterschreitet der Rückstrom den Abfallstrom des Magnetventils 3, bewegt sich dessen Anker in die Ruhelage. Dieser Bewegungsvorgang führt zu einem der Gegeninduktionsspannung und dem Rückstrom überlagerten Impuls. Die zeitliche Lage dieses sowohl am Magnetventil 3 als auch am Widerstand 4 auswertbaren Impulses durch den Differentiator 6, der Impulsbegrenzungsbaugruppe 7 sowie den Komparator 8 kennzeichnet also den Abfall des Ankers des Magnetventils 3. Der Spannungsverlauf C liefert nach der Verknüpfung durch das Tor 9 den Bezug zum Ansteuerimpuls A. Eine nachzuordnende2, the power control module 1 generates the pulse sequence B from the drive pulse A. The time profile of the voltage across the solenoid valve 3 and the current through the resistor 4 in the first phase corresponds to the pulse sequence C. After completion of the activation of the solenoid valve 3 expresses the degradation of the energy stored in its magnetic circuit in a mutual induction voltage curve and a return current with a relatively large time constant. If the return flow falls below the waste stream of the solenoid valve 3, its armature moves into the rest position. This movement process leads to one of the mutual induction voltage and the reverse current superimposed pulse. The temporal position of this pulse, which can be evaluated both on the magnetic valve 3 and on the resistor 4, by means of the differentiator 6, the pulse limiting module 7 and the comparator 8 thus characterizes the drop in the armature of the solenoid valve 3. The voltage curve C supplies the reference after being connected through the gate 9 to the drive pulse A. An nachordnende
informationsverarbeitende Baugruppe ermittelt aus der Zeitmessung zwischen der Rückflanke des den Ansteuerimpuls A kennzeichnenden Teils der Impulsfolge C und dem Abfallimpuls die mechanische Abfallzeit des Magnetventils 3 sowie durch Differenzbildung zum Anzugszeitpunkt dessen Einschaltzeitdauer. Diese Informationen erlauben sowohl den Ausgleich von Toleranzen der dynamischen Parameter des Magnetventils 3 als auch das unmittelbare Erkennen des Ausfalls des Magnetventils 3 bzw. der unzulässigen Änderung seiner Parameter.Information-processing module determines from the time measurement between the trailing edge of the drive pulse A characterizing part of the pulse train C and the falling pulse, the mechanical fall time of the solenoid valve 3 and by subtracting the time of its turn-on. This information allows both the compensation of tolerances of the dynamic parameters of the solenoid valve 3 as well as the immediate detection of the failure of the solenoid valve 3 and the impermissible change of its parameters.
Claims (2)
insbesondere für Brennstoffeinspritzvorrichtungen, in der jedem Einspritzelement ein
Düsennadeihubgeber zugeordnet ist und die Auswertung des Sensorsignals mit Hilfe einer aus
Komparatoren, Differenzier- und Integrierschaltungen monostabilen Multivibratoren sowie
logischen Gattern bestehenden Elektronik erfolgt, gekennzeichnet dadurch, daß eine
Standardbaugruppe, bestehend aus einer Leistungssteuerbaugruppe (1), einem Leistungsschalter (2), einem Magnetventil (3) einem Widerstand (4) und einer Freilaufdiode (5), letztere zueinander in Reihe und zum Magnetventil (3) parallel geschaltet, eine Besonderheit insoweit aufweist, als eine den Spannungsverlauf über der Erregerwicklung des Magnetventils (3) detektierende Kombination eines Differentiators (6) mit einer nachgeschalteten Impulsbegrenzungsbaugruppe (7) und einem nachgeordneten Komparator (8) einem die Ausgangsinformationen des Komparators (8)
aufnehmenden Tor (9) zugeordnet ist, wobei das Tor (9) ansteuerimpulsempfangend mit der
Leistungssteuerbaugruppe (1) verknüpft ist.1. Arrangement for detecting the time of waste and the opening time of solenoid valves
in particular for fuel injectors, in each injection element
Düsennadeihih encoder is assigned and the evaluation of the sensor signal by means of a
Comparators, differentiating and integrating circuits monostable multivibrators as well
logic gates existing electronics, characterized in that a
Standard assembly consisting of a power control module (1), a circuit breaker (2), a solenoid valve (3) a resistor (4) and a freewheeling diode (5), the latter in series and the solenoid valve (3) connected in parallel, has a special feature in this respect in that a combination of a differentiator (6) with a downstream pulse limiting subassembly (7) and a downstream comparator (8) detects the output information of the comparator (8) as a voltage curve over the exciter winding of the solenoid valve (3).
associated with the receiving gate (9), wherein the gate (9) driving pulse receiving with the
Power control module (1) is linked.
Erregerwicklung des Magnetventils (3) detektierende Kombination vom Differentiator (6),
Impulsbegrenzungsbaugruppe (7) und Komparator (8) mit der Maßgabe vorgesehen ist, daß der
Differentiator (6) an den Knotenpunkt der Reihenschaltung des Widerstandes (4) sowie der
Freilaufdiode (5) angeschlossen ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a current flow over the
Excitation winding of the solenoid valve (3) detecting combination of the differentiator (6),
Pulse limiting assembly (7) and comparator (8) is provided with the proviso that the
Differentiator (6) to the node of the series connection of the resistor (4) and the
Freewheeling diode (5) is connected.
Dieselmotoren. Das Prinzip ist darüber hinaus zur Erkennung der Anzugszeitdauer sowie des Abfallzeitpunktes beliebiger
Lastmagneten bzw. Magnetventile mit zwei Endlagen einsetzbar.The solution according to the invention preferably relates to the control of a pressure injection injection system for
Diesel engines. In addition, the principle is more arbitrary for the detection of the suit time period and the time of waste
Load magnets or solenoid valves can be used with two end positions.
Kraftstoffmenge, während das Ende des Düsennadelhubsignals das Einspritzende markiert.In a known electronic control device for manipulated variables in an internal combustion engine with self-ignition (DE-OS 3032381, Int .: C: F 02 D 35/00) each injection element is assigned a Düsennadeihubgeber. The curve shape (duration) of the nozzle needle lift signal allows conclusions to be drawn on the injection duration and thus the actually injected
Amount of fuel while the end of the nozzle needle lift signal marks the end of injection.
Einspritzsystems. An den Düsennadeihubgeber stehen jedoch aufgrund seiner exponierten Einbaulage sowie der zu messenden sehr kleinen Düsennadelwege hohe Anforderungen, die eine derartig ausgestattete Einspritzanlage verteuern. Die nachfolgende Elektronik zur Auswertung des Sensorsignals wurde mit Hilfe von Komparatoren, Differenzier- und Integrierschaltungen,
monostabilen Multivibratoren und logischen Gattern realisiert. Es entsteht ein erhöhter Aufwand bei der Auswertung des sehr kleinen Düsennadelhubsignals sowie bei der Unterdrückung von Störsignalen.The control device thus makes it possible, via a control circuit to be connected downstream, to compensate for tolerances in the
Injection system. Due to its exposed mounting position as well as the very small nozzle needle paths to be measured, high demands are placed on the nozzle drawer in order to make such an injection system more expensive. The following electronics for the evaluation of the sensor signal was analyzed by means of comparators, differentiating and integrating circuits,
monostable multivibrators and logic gates realized. There is an increased effort in the evaluation of the very small Düsennadelhubsignals and in the suppression of interference signals.
Zuverlässigkeit der Anordnung und deren Störsicherheit sollen erhöht werden.By the invention of the effort to measure the injection quantity and the injection time is to be reduced. The
Reliability of the arrangement and its interference immunity to be increased.
Druckstoßeinspritzanlage Informationen über die Zeitdauer der Öffnung des Magnetventils, welche die Einspritzmenge
charakterisiert, sowie über den Einspritzzeitpunkt zu gewinnen. Die zu realisierende Einspritzmenge wird von der Steuereinheit über die Zeitdauer des Ansteuersignals für das Magnetventil vorgegeben. Mit dem Beginn des Ansteuersignals wird der Anker des Magnetventils nach einer konstruktiv vorgegebenen Verzögerungszeit in die Anzugslage bewegt. Das Ende des
Ansteuersignals legt den Einspritzzeitpunkt fest. Bis zum Beginn der Einspritzung vergeht eine Zeitspanne, welche sich aus der Abfallverzögerung des Magnetventils und einer Verzögerungszeit des hydraulischen Teils des Einspritzsystems zusammensetzt. Untersuchungen zeigten, daß insbesondere die Abfallverzögerung des Magnetventils sehr großen Exemplarstreuungen
unterworfen ist. DieToleranzen der anderen Zeitkonstanten des Systems sind dagegen in erster Näherung vernachlässigbar. Es ist also die Abfallverzögerung des Magnetventils zu messen.The technical problem to be solved is to compensate for the tolerances of the individual components
Pressure injection system Information about the duration of the opening of the solenoid valve, which is the injection quantity
characterized as well as over the injection time to win. The injection quantity to be realized is preset by the control unit over the duration of the solenoid valve drive signal. With the beginning of the drive signal, the armature of the solenoid valve is moved into the attraction position after a design delay time. The end of the
Control signal determines the injection time. Until the beginning of the injection passes a period of time, which is composed of the deceleration of the solenoid valve and a delay time of the hydraulic part of the injection system. Investigations showed that in particular the decay delay of the solenoid valve very large copies scatters
is subject. The tolerances of the other time constants of the system, however, are negligible in the first approximation. It is therefore to measure the decay delay of the solenoid valve.
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Cited By (2)
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1987
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