DE10223014A1

DE10223014A1 - Monitoring electromagnetically-controlled injector pumps for Diesel engines, detects valve blockage from effects on excitation voltage waveform

Info

Publication number: DE10223014A1
Application number: DE2002123014
Authority: DE
Inventors: Hartmut Backe; Heinz Gatzmanga
Original assignee: WOODWARD GOVERNOR GERMANY GmbH
Current assignee: WOODWARD GOVERNOR GERMANY GmbH
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-12-04

Abstract

Each cylinder is given an address. Electromagnet excitation current is converted (2) into an analog voltage. For each cylinder, effects of valve movement on the rise and decay edges of the voltage curve are inspected. This occurs at defined test instants (t2, t3), by comparison of actual voltages (UAW2, UAW3) at the respective current-voltage converter output, with given fixed voltages (UV2, UV3). Should an individual valve piston become blocked, the actual voltage departs from the given fixed voltage at these instants. The departure generates an error signal for the particular cylinder address, which is stored and displayed. Monitoring is automatically switched to the remaining injection pumps and continued. An Independent claim is included for the corresponding monitoring system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von magnetgesteuerten Einspritzpumpen für mehrzylindrige Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, während des Betriebszustandes, und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung. The invention relates to a method for monitoring magnetically controlled Injection pumps for multi-cylinder internal combustion engines, in particular Diesel engines, during the operating state, and one for performing the method appropriate facility.

Beim Betrieb von mehrzylindrigen Dieselmotoren, z. B. für Schiffsantriebe, kann es vorkommen, dass einzelne Zylinder ausfallen, weil die magnetgesteuerten Kolben der Einspritzsysteme mechanisch blockiert sind. Während des laufenden Motorbetriebes sind mögliche Zylinderausfälle nur schwer feststell- und lokalisierbar. When operating multi-cylinder diesel engines, e.g. B. for ship propulsion, it can individual cylinders fail because the magnetically controlled pistons of the Injection systems are mechanically blocked. While the engine is running possible cylinder failures are difficult to detect and localize.

Aus der DE 22 51 472 C3 ist eine Schaltungsanordnung zum Kontrollieren der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers bekannt, der über eine Differenzierschaltung an eine Einrichtung zur Messung des durch die Magnetwicklung fließenden Stromes angeschlossen ist und damit bei kurzzeitigen Änderungen des Stromanstieges anspricht. Mit dieser Lösung soll eine sichere, nicht durch mechanische Einflüsse, insbesondere Verschmutzung, beeinflussbare Kontrollschaltung für Magnetventile erreicht werden, die den Bewegungsablauf des Magnetankers überwacht. DE 22 51 472 C3 describes a circuit arrangement for checking the known mechanical movement of a solenoid valve armature, which has a Differentiating circuit to a device for measuring the magnetic winding flowing current is connected and thus in the event of brief changes in the Power surge appeals. This solution is designed to be safe, not through mechanical influences, especially pollution, can be influenced Control circuit for solenoid valves can be achieved that the movement of the Magnetic armature monitors.

Ferner sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers bekannt (DE 37 30 523 C2), um den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer optimal festzulegen. Furthermore, a method and a device for checking the mechanical Movement of a solenoid valve armature known (DE 37 30 523 C2) to the Determine injection timing and injection duration optimally.

In der DE 38 43 138 C2 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und Erfassung der Bewegung des Ankers eines elektromagnetischen Schaltorgans vorgeschlagen, bei dem die Bewegung des Ankers unabhängig von Schwankungen der Energieversorgung sicher erkannt werden soll. DE 38 43 138 C2 describes a device and a method for controlling and Detection of the movement of the armature of an electromagnetic switching element proposed in which the movement of the armature is independent of fluctuations the power supply is to be reliably recognized.

In der DE 41 42 996 A1 ist ein Verfahren zum Messen der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers, insbesondere von elektrisch gesteuerten Einspritzanlagen beschrieben. Die Bewegung wird dadurch gemessen, indem die durch die Rückstellkraft bewirkte Richtung eine im Mikrosekundenbereich liegende Verzögerung nutzt, die für die Bestimmung des Istwertes der Verstellung extrapoliert werden kann. Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen dienen nur zur Überwachung des Steuerstromes eines einzelnen Magnetventils. DE 41 42 996 A1 describes a method for measuring the mechanical movement a solenoid valve armature, in particular of electrically controlled injection systems described. The movement is measured by the by the Restoring force uses a delay in the microsecond range, which can be extrapolated to determine the actual value of the adjustment. The known methods and devices only serve to monitor the Control current of a single solenoid valve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von magnetgesteuerten Einspritzpumpen für Verbrennungsmotoren während des Betriebszustandes, zu schaffen, mit dem es möglich ist, alle Einspritzventile eines mehrzylindrigen Motors zu überwachen und mechanische Blockierungen einzelner Einspritzventile zu lokalisieren und zu visualisieren. Ferner soll eine geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden. The invention has for its object a method for monitoring magnetically controlled injection pumps for internal combustion engines during the Operating state, with which it is possible to all injectors one Multi-cylinder engine monitor and mechanical blockages of individual Localize and visualize injectors. Furthermore, a suitable one Establishment of the procedure to be created.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11. Eine geeignete Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruches 12. Weitere Ausgestaltungsmerkmale der Einrichtung sind in den Ansprüchen 13 und 14 angegeben. According to the invention the object is achieved by the features specified in claim 1 solved. Further embodiments of the procedure are the subject of the claims 2 to 11. A suitable device for carrying out the method is the subject of claim 12. Further design features of the device are in the Claims 13 and 14 indicated.

Die vorgeschlagene Verfahrensweise erfordert, dass lediglich ein Strom-Spannungs- Wandler je Zylinder für den Spulenstrom der magnetgesteuerten Einspritzpumpen eingebaut werden muss. Weitere Eingriffe in die Ansteuerung der Zylinder oder in den Motor sind nicht erforderlich. Aufgrund der am Ausgang des jeweiligen Strom- Spannungswandlers anliegenden Spannung wird für jeden Zylinder die Auswirkung der Ventilbewegung auf die Anstiegs- und Abklingflanken der Spannungsverlaufskurven zu definierten Abfragezeitpunkten t₂ und t₃ untersucht. Durch den Vergleich der Ist-Spannungen U_AW2 und U_AW3 mit den vorgegebenen Festspannungen U_V2 und U_V3 werden Blockierungen einzelner Ventilkolben bei Abweichungen der Ist-Spannungen von den vorgegebenen Festspannungen zu den Abfragezeitpunkten als Fehlersignale ausgegeben, die unter Zuordnung der jeweiligen Zylinderadresse erfasst, gespeichert und angezeigt werden. Nach Beendigung der Überwachung eines Zylinders erfolgt selbständig eine Weiterschaltung für die Überwachung des nächsten Zylinders. Die Überwachung wird durch ein Startsignal für einen Zeitgeber ausgelöst. Das übernimmt ein erster Komparator, der bei Erreichen einer definierten Spannung U_V1 selbsttätig eingeschaltet wird und zum Zeitpunkt t₁, ca. 0,1 ms nach dem Beginn der Anstiegsflanke, den Zeitgeber startet. Dieser Einschaltzeitpunkt ist für alle Betriebsfälle gleich, da sich die einzelnen Spannungsverlaufskurven zu Beginn des Einschaltvorganges noch nicht unterscheiden. Die nachfolgenden Abfragezeitpunkte t₂ und t₃ während der Anstiegs- und der Abklingflanke der Spannungsverlaufskurven werden vorbestimmt, als solche, bei denen die Verzögerung der Spannungsverlaufskurven zwischen Normalbetrieb und fehlerhaftem Betrieb den größten Wert erreicht. Die Abfragezeitpunkte werden außerdem in Abhängigkeit von der Auslegung der Magnetspulen festgelegt. Während der Anstiegsflanken der Spannungsverlaufskurven wird dann zum Zeitpunkt t₂ mittels eines zweiten Komparators die am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers anliegende Ist-Spannung U_AW2 mit der vorgegebenen Festspannung U_V2 verglichen. Bei Unterschreitung der vorgegebenen Festspannung U_V2 erfolgt am Komparatorausgang eine Fehlermeldung, die in einem ersten D-Flipflop gespeichert wird. Während der Abklingflanken der Spannungsverlaufskurven wird zum Zeitpunkt t₃ mittels eines dritten Komparators die Ist-Spannung U_AW3 mit der vorgegebenen Festspannung U_V3 verglichen. Bei Überschreitung der vorgegebenen Festspannung U_V3 erfolgt am Komparatorausgang eine Fehlermeldung, die in einem zweiten D-Flipflop gespeichert wird. Die ermittelten Fehlermeldungen werden disjunktiv verknüpft, so dass bei jedem auftretenden Fehler, während der Anstiegsflanke oder der Abklingflanke, das Fehlersignal den High-Zustand annimmt. Die Fehlersignale in den beiden Fehlerspeicher-Flipflops werden bei Überwachung des nachfolgenden Zylinders durch Überschreiben selbsttätig gelöscht. The proposed procedure requires that only one current-voltage converter per cylinder has to be installed for the coil current of the magnetically controlled injection pumps. No further intervention in the control of the cylinders or in the engine is required. On the basis of the voltage present at the output of the respective current-voltage converter, the effect of the valve movement on the rising and decaying edges of the voltage curve is examined for defined query times t ₂ and t ₃ for each cylinder. By comparing the actual voltages U _AW2 and U _AW3 with the specified fixed voltages U _V2 and U _V3 , blockings of individual valve pistons in the event of deviations of the actual voltages from the specified fixed voltages at the time of the query are output as error signals, which are recorded by assigning the respective cylinder address, saved and displayed. After the monitoring of one cylinder has ended, the system automatically switches to the monitoring of the next cylinder. Monitoring is triggered by a start signal for a timer. This is done by a first comparator, which is automatically switched on when a defined voltage U _V1 is reached and which starts the timer at time t ₁ , approximately 0.1 ms after the start of the rising edge. This switch-on time is the same for all operating cases, since the individual voltage curve curves do not differ at the start of the switch-on process. The subsequent query times t ₂ and t ₃ during the rising and the decaying edge of the voltage curve are predetermined as those in which the delay of the voltage curve between normal operation and faulty operation reaches the greatest value. The query times are also determined depending on the design of the solenoid coils. During the rising edges of the voltage curve, the actual voltage U _{AW2 present} at the output of the current-voltage converter is then _compared with the predetermined fixed voltage U _V2 at time t ₂ by means of a second comparator. If the predetermined fixed voltage U _V2 is undershot, an error message is generated at the comparator output and is stored in a first D flip-flop. During the decay edges of the voltage curve, the actual voltage U _{AW3 is compared} with the predetermined fixed voltage U _V3 at a time t ₃ using a third comparator. If the predetermined fixed voltage U _V3 is exceeded, an error message is output at the comparator output and is stored in a second D flip-flop. The determined error messages are linked disjunctively, so that the error signal assumes the high state for every error that occurs, during the rising edge or the decaying edge. The error signals in the two error memory flip-flops are automatically deleted by overwriting when the following cylinder is monitored.

Die Überwachung mehrerer Zylinder, erfolgt ohne ein zusätzliches Signal vom Motor. Bei jeder Motorwellenumdrehung wird die Schaltung neu synchronisiert. Dieser Vorgang läuft unabhängig von der Anzahl der Zylinder und von der Drehzahl des Motors ab. Multiple cylinders are monitored without an additional signal from the engine. The circuit is re-synchronized with each motor shaft revolution. This The process runs regardless of the number of cylinders and the speed of the Engine.

Dem ersten Zylinder des Motors, der als Anfangs-Zylinder bezeichnet wird, wird als Zylinderadresse eine Nummer, z. B. "0", zugeordnet. Die in der Reihenfolge der Zündung oder der Einspritzvorgänge nachfolgenden Zylinder werden fortlaufend durchnummeriert, wobei die vorgenommene Nummernfolge nicht veränderbar ist. Bei Erreichen einer definierten Spannung U_V4 am Ausgang des Strom-Spannungs- Wandlers des Anfangs-Zylinders wird ein vierter Komparator eingeschaltet, der vor dem Start des Zeitgebers für die Auswertung dieses Zylinders einen Zylinderzähler auf die Nummer des Anfangs-Zylinders zurücksetzt. Die definierte Spannung U_V4 zur Aktivierung des vierten Komparators ist um die Hälfte geringer ist als die definierte Spannung U_V1 zur Aktivierung des ersten Komparators. Wie bereits vorstehend erläutert, löst der Zeitgeber zu den Abfragezeitpunkten t₂ und t₃ für den Anfangs- Zylinder die Impulse zur Speicherung möglicher Fehlermeldungen aus. Nach einer definierten Zeitdauer nach dem Zeitpunkt t₃, der Beendigung der Überwachung des Anfangs-Zylinders, wird zum Zeitpunkt t₄ durch die Ausgabe des Zählimpulses für den Zylinderzähler dessen Zählerstand um "1" erhöht. Der neue Zählerstand aktiviert einen analogen Eingangs-Multiplexer, der die Weiterschaltung für die Überwachung des nachfolgenden Zylinders auslöst und die Schaltung in den Wartezustand versetzt. Dieser wird beendet, wenn sich der erste Komparator nach Erreichen einer definierten Ist-Spannung zum Zeitpunkt t₁ am Strom-Spannungs-Wandler für den Magneten des nachfolgenden Zylinders wieder einschaltet. The first cylinder of the engine, which is referred to as the starting cylinder, is given a number, e.g. B. "0" assigned. The cylinders following in the order of the ignition or the injection processes are numbered consecutively, whereby the sequence of numbers cannot be changed. When a defined voltage U _{V4 is reached} at the output of the current-voltage converter of the starting cylinder, a fourth comparator is switched on, which resets a cylinder counter to the number of the starting cylinder before the start of the timer for evaluating this cylinder. The defined voltage U _V4 for activating the fourth comparator is half less than the defined voltage U _V1 for activating the first comparator. As already explained above, the timer triggers the pulses for storing possible error messages for the starting cylinder at the times t ₂ and t ₃ . After a defined period of time after the time t ₃ , the end of the monitoring of the starting cylinder, at the time t ₄ the counter reading for the cylinder counter is increased by "1" by the output of the counting pulse. The new counter reading activates an analog input multiplexer, which triggers the switching for monitoring the subsequent cylinder and puts the circuit in the waiting state. This is ended when the first comparator switches on again after reaching a defined actual voltage at time t ₁ on the current-voltage converter for the magnet of the subsequent cylinder.

Die einzelnen Verfahrensschritte vom Einschalten des vierten Komparators bis zur Beendigung des Wartezustandes wiederholen sich nun so oft für alle weiteren Zylinder des Motors, bis die Anstiegsflanke der Spannungsverlaufskurve am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers des Anfangs-Zylinders wieder erreicht ist und dadurch die gesamte Schaltung in den Ausgangszustand versetzt wird, der Zylinderzähler also wieder auf die Zahl "0" zurückgesetzt wird. The individual process steps from switching on the fourth comparator to The waiting state is now repeated for all other cylinders of the motor until the rising edge of the voltage curve at the output of the Current-voltage converter of the starting cylinder is reached again and thereby the entire circuit is set to the initial state, i.e. the cylinder counter is reset to the number "0".

Die nach der disjunktiven Verknüpfung ausgegebenen Fehlermeldungen werden durch Binär- oder Mehrpunktsignale mittels geeigneter Anzeigevorrichtungen visualisiert, wobei jeder auftretende Fehler, also jede auftretende Blockierung eines Ventilkolbens der Einspritzpumpen durch die Anzeige der zugehörigen Zylindernummer kenntlich gemacht wird. Werden Fehlermeldungen für alle Zylinder angezeigt, so lässt sich daraus die Schlussfolgerung ableiten, dass ein Fehler in der Stromversorgung vorliegt. The error messages output after the disjunctive link are indicated by Binary or multi-point signals visualized using suitable display devices, where every error that occurs, that is, every blockage of a valve piston that occurs of the injection pumps can be identified by the display of the associated cylinder number is made. If error messages are displayed for all cylinders, derive from this the conclusion that a fault in the power supply is present.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Überwachung aller elektronisch gesteuerter Ventile von Einspritzpumpen eines mehrzylindrigen Motors, wobei die Anpassung der Schaltung an die vorhandene Zylinderzahl selbsttätig erfolgt. Fehler, sogenannte Blockierungen oder Klemmungen, während der Bewegung der magnetgesteuerten Ventilkolben bzw. Ventilnadeln können so während des laufenden Betriebes des Motors festgestellt werden, wobei exakt erkannt wird, bei welchem Zylinder des Motors eine Blockierung vorliegt. The proposed solution enables the monitoring of all electronically controlled valves of injection pumps of a multi-cylinder engine, the Adaptation of the circuit to the existing number of cylinders takes place automatically. Error, so-called blocks or clamps during the movement of the solenoid-controlled valve pistons or valve needles can be used while the valve is running Operation of the engine can be determined, it being recognized exactly which one Cylinder of the engine is blocked.

Die erforderliche Einrichtung zur Überwachung der Einspritzpumpen wird im nachfolgenden Beispiel ausführlich erläutert. Diese zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht eine problemlose Nachrüstung für bereits In Betrieb befindliche Motoren. Jeder Zylinder des Motors ist lediglich mit einem Strom- Spannungs-Wandler auszurüsten, dem der Erregerstrom des Elektromagneten zugeführt wird. Alle anderen erforderlichen Bausteine der Schaltung sind Bestandteil einer Funktionsbaugruppe, die einheitlich die erforderlichen Überwachungsvorgänge für alle Zylinder des Motors übernimmt sowie die Umschaltung von einem Zylinder auf den nachfolgenden Zylinder. Der Anwender kann dann selbst bestimmen, in welcher Form die ermittelten Fehlersignale ausgegeben bzw. angezeigt werden sollen. The necessary equipment for monitoring the injection pumps is in following example explained in detail. This is characterized by a simple structure and enables easy retrofitting for already In Motors in operation. Each cylinder of the engine is only equipped with a current Equip voltage converter, which is the excitation current of the electromagnet is fed. All other necessary components of the circuit are part of it a function module that uniformly performs the required monitoring processes for all cylinders of the engine as well as switching from one cylinder to the following cylinder. The user can then determine in which Form the determined error signals are to be output or displayed.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer Überwachung für einen mehrzylindrigen Dieselmotor erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen The invention is illustrated below using the example of monitoring for a multi-cylinder diesel engine explained. Show in the accompanying drawing

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung der Schaltungsanordnung für den Teil der Überwachungseinrichtung, der für die Generierung des Fehlersignals und der Zylinderadresse zuständig ist, Fig. 1 is a simplified illustration of the circuit arrangement for the part of the monitoring device, which is responsible for generating the error signal and the cylinder address,

Fig. 2 den von einem Oszillografen am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers aufgenommenen Spannungsverlauf über die Zeit im Normalbetrieb, FIG. 2 is recorded by an oscilloscope on the output of the current-voltage converter voltage profile over time during normal operation,

Fig. 3 den von einem Oszillografen am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers aufgenommenen Spannungsverlauf über die Zeit im Fehlerbetrieb bei einem Ventil, das in der Stellung "Luftspalt = 0" blockiert ist und im Normalbetrieb und Fig. 3 shows the voltage curve recorded by an oscillograph at the output of the current-voltage converter over time in fault operation for a valve which is blocked in the position "air gap = 0" and in normal operation and

Fig. 4 den von einem Oszillografen am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers aufgenommenen Spannungsverlauf über die Zeit im Fehlerbetrieb bei einem Ventil, das in der Stellung "maximaler Luftspalt" blockiert ist und im Normalbetrieb. Fig. 4 shows the voltage curve recorded by an oscillograph at the output of the current-voltage converter over time in fault operation for a valve that is blocked in the "maximum air gap" position and in normal operation.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung wird der Erregerstrom der stromgesteuerten Magneten der Einspritzpumpen über Versorgungsleitungen 1 Strom- Spannungs-Wandlern 2 zugeführt und in eine analoge Spannung umgewandelt. Jedem Zylinder des Motors ist ein separater Strom-Spannungs-Wandler 2 zugeordnet. In der Fig. 1 ist nur ein Strom-Spannungs-Wandler 2 gezeigt. Die Schaltungsanordnung ist für einen Motor mit bis zu 16 Zylindern ausgelegt. Die einzelnen Ausgänge der Strom- Spannungs-Wandler 2 sind mit den Eingängen eines Eingangs-Multiplexer 3 verbunden, durch den die Weiterschaltung auf den jeweils nächsten Zylinder bewirkt wird. Der Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 2 des ersten Zylinders ist mit einem Komparator 4 verbunden, der an den Eingang R (Rücksetzen) eines Zylinderzählers 5 angeschlossen ist, an dessen Ausgängen die einzelnen aktuellen Zylinderadressen Q_A bis Q_N anliegen. Die Ausgänge der weiteren Strom-Spannungs-Wandler sind nicht mit dem Komparator 4 verbunden. Die Signale der Zylinderadressen Q_A bis Q_N des Zylinderzählers 5 werden wieder in den Eingangs-Multiplexer 3 zurückgeführt. Der Zähleingang T_V des Zylinderzählers 5 ist mit dem Zeitgeber 9 verbunden und erhält zum Zeitpunkt t₄ das Signal zur Erhöhung der Zahl des Zylinderzählers. According to the circuit arrangement shown in FIG. 1, the excitation current of the current-controlled magnets of the injection pumps is supplied via supply lines 1 to current-voltage converters 2 and converted into an analog voltage. A separate current-voltage converter 2 is assigned to each cylinder of the engine. Only one current-voltage converter 2 is shown in FIG. 1. The circuit arrangement is designed for an engine with up to 16 cylinders. The individual outputs of the current-voltage converter 2 are connected to the inputs of an input multiplexer 3 , through which the transfer to the next cylinder is effected. The output of the current-voltage converter 2 of the first cylinder is connected to a comparator 4, which is connected to the input R (reset) of a cylinder counter 5 , at the outputs of which the individual current cylinder addresses Q _A to Q _{N are} present. The outputs of the further current-voltage converters are not connected to the comparator 4 . The signals of the cylinder addresses Q _A to Q _{N of} the cylinder counter 5 are fed back into the input multiplexer 3 . The counter input T _{V of} the cylinder counter 5 is connected to the timer 9 and receives the signal for increasing the number of the cylinder counter at time t ₄ .

Der Ausgang des Eingangs-Multiplexer 3 ist mit drei Komparatoren 6, 7 und 8 verbunden, wobei an den Ausgang des Komparators 6 ein Zeitgeber 9 angeschlossen ist. Die Komparatoren arbeiten ständig und nur zu den vom Zeitgeber ausgelösten Abfragezeitpunkten t₁ bis t₄ werden die entsprechenden Informationen abgerufen und soweit erforderlich weiterverarbeitet. Der Zeitgeber 9 erhält von dem Komparator 6 zum Zeitpunkt t₁ ein Startsignal für den Beginn des Auswertevorganges für die Einspritzpumpe des jeweiligen Zylinders. Der Komparator 7 vergleicht die Ist- Spannung U_AW2 am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers mit der jeweiligen Fest- bzw. Soll-Spannung U_V2 während der Anstiegsflanke der aufgenommenen realen Spannungsverläufe zum Abfragezeitpunkt t₂. Der Komparator 8 führt diesen Vergleich in analoger Weise während der Abklingflanke zum Zeitpunkt t₃ durch. U_V3 ist die am Komparator 8 eingestellte Festspannung und U_AW3 die am Ausgang des Strom- Spannungs-Wandlers anliegende Ist-Spannung. Die Ausgänge der Komparatoren 7 und 8 sind mit jeweils einem D-Flipflop 10 bzw. 11 verbunden, die die von den Komparatoren 7 und 8 ermittelten Fehler der Ventilbewegung der Einspritzpumpen speichern. Mit C ist der Takteingang und mit D der Dateneingang an den beiden D- Flipflops gekennzeichnet. Die Ausgänge Q der beiden D-Flipflops 10 und 11 sind mit einem ODER-Gatter 12 verbunden, um bei jedem Fehlerfall während der Anstiegs- und/oder Abfallflanke das Fehlersignal zu erfassen. Die während der Überwachung der einzelnen Zylinder festgestellten Fehler der Ventilnadelbewegung können aufgrund der den Zylindern zugeordneten Zylinderadressen lokalisiert und mittels geeigneter Hard- und Software ausgewertet und weiterverarbeitet werden. The output of the input multiplexer 3 is connected to three comparators 6 , 7 and 8 , a timer 9 being connected to the output of the comparator 6 . The comparators work continuously and only at the query times t ₁ to t ₄ triggered by the timer are the corresponding information called up and further processed as necessary. The timer 9 receives a start signal from the comparator 6 at the time t ₁ for the start of the evaluation process for the injection pump of the respective cylinder. The comparator 7 compares the actual voltage U _AW2 at the output of the current-voltage converter with the respective fixed or target voltage U _V2 during the rising edge of the recorded real voltage profiles at the time t ₂ . The comparator 8 carries out this comparison in an analogous manner during the decay edge at time t ₃ . U _V3 is the fixed voltage set on comparator 8 and U _{AW3 is} the actual voltage present at the output of the current-voltage converter. The outputs of the comparators 7 and 8 are each connected to a D flip-flop 10 and 11 , respectively, which store the errors in the valve movement of the injection pumps determined by the comparators 7 and 8 . C denotes the clock input and D the data input on the two D flip-flops. The outputs Q of the two D flip-flops 10 and 11 are connected to an OR gate 12 in order to detect the error signal in the event of an error during the rising and / or falling edge. The errors in the valve needle movement detected during the monitoring of the individual cylinders can be localized on the basis of the cylinder addresses assigned to the cylinders and can be evaluated and further processed using suitable hardware and software.

Die Auswertung der ermittelten Fehlersignale kann durch Anschluss an einen PC, eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), einen PIC (Ein-Chip-Mikrorechner) oder eine spezielle hardwaremäßige Anzeigevorrichtung in an sich bekannter Weise erfolgen. The evaluation of the determined error signals can be done by connecting to a PC PLC (programmable logic controller), a PIC (one-chip microcomputer) or a special hardware display device in a manner known per se respectively.

Die Wirkungsweise zur Überwachung von magnetgesteuerten Einspritzpumpen wird an einem Versuch erläutert, der unter Einsatz des vorstehend erläuterten Schaltungsaufbaus über einen längeren Zeitraum an einem Prüfstand zur Simulation von Mehrzylinder-Dieselmotoren mit magnetgesteuerten Einspritzpumpen herkömmlicher Bauart durchgeführt wurde. The mode of operation for monitoring magnetically controlled injection pumps is explained in an experiment using the above Circuit construction over a longer period of time on a test bench for the simulation of Multi-cylinder diesel engines with magnetically controlled injection pumps more conventional Design was carried out.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen die per Oszillograf aufgenommenen realen Spannungsverläufe am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers 2. In den Fig. 2 bis 4 bedeuten ein Abszissenabschnitt eine Zeitdauer t von 0,2 ms und ein Ordinatenabschnitt eine Spannung von 200 mV (entspricht einem Magnet-Steuerstrom von 2A), wobei I~U ist. Figs. 2 to 4 show the captured by oscillograph real voltage curves at the output of the current-voltage converter 2. In Figs. 2 to 4, an abscissa represents a time period t of 0.2 ms and a voltage of 200 mV ordinate a (corresponding to a solenoid control current of 2A), where I ~ U.

Das Prinzip der Fehlererkennung besteht darin, dass bei in einem Motor eingebauten gleichen Magnetventilen der Verlauf des Stromes über der Zeit für alle Ventile gleich und unabhängig von der Drehzahl ist, wie in Fig. 2 gezeigt. In dieser Figur sind die Zeitpunkte t₁, t₂, t₃ und t₄ angegeben. Mit AS ist die Anstiegsflanke bezeichnet und mit AK die Abkling- bzw. Abfallflanke der aufgezeichneten Spannungsverlaufskurve. Es wird für jeden Ventiltyp eine spezielle Anpassung der Hardware an den realen Stromverlauf vorgenommen. Alle nachfolgend angegebenen Zeit- und Spannungswerte sind die konkreten Werte aus dem durchgeführten praktischen Versuch. Der Erregerstrom des Magneten wird an den Punkten der vom Oszillografen aufgenommenen Spannungsverlaufskurven untersucht, an denen die Differenz zwischen Normalbetrieb N und fehlerhaftem Betrieb FB maximal ist (das dient zur Erhöhung der Fehlersicherheit der Anlage). The principle of fault detection is that with the same magnetic valves installed in a motor, the course of the current over time is the same for all valves and is independent of the speed, as shown in FIG. 2. In this figure, the times t ₁ , t ₂ , t ₃ and t ₄ are indicated. AS is the rising edge and AK is the decay or fall edge of the recorded voltage curve. For each valve type, the hardware is specially adapted to the real current curve. All time and voltage values given below are the concrete values from the practical test carried out. The excitation current of the magnet is examined at the points of the voltage profile curves recorded by the oscillograph at which the difference between normal operation N and faulty operation FB is maximum (this serves to increase the system's reliability).

Fig. 3 zeigt den Strom- bzw. Spannungsverlauf bei einem Ventil, das in der Stellung "Luftspalt = 0" blockiert ist, bei gleichzeitiger Darstellung des normalen Stromverlaufs. In diesem Fehlerfall ist die Anstiegsflanke des Stromes verzögert, als besonders günstig erweist sich eine Abfrage zum Zeitpunkt t₂ = t₀ + 0,5 ms (hier ist die Differenz zwischen beiden Kurven am größten). Fig. 3 shows the current or voltage curve for a valve that is blocked in the "air gap = 0" position, while showing the normal current curve. In this fault case, the rising edge of the current is delayed, and a query at time t ₂ = t ₀ + 0.5 ms proves to be particularly favorable (here the difference between the two curves is greatest).

Fig. 4 zeigt den Strom- bzw. Spannungsverlauf bei einem Ventil, das in der Stellung "maximaler Luftspalt" blockiert ist, und die normale Kennlinie. Hier erweist sich ein Abfragezeitpunkt t₃ = t₀ + 1,5 ms als optimal. Fig. 4 shows the current or voltage curve for a valve that is blocked in the "maximum air gap" position, and the normal characteristic. A query time t ₃ = t ₀ + 1.5 ms proves to be optimal here.

Durch diese Art der Abfrage werden gleichzeitig Fehler in der Stromversorgung und in der Ventilansteuerung erkannt. Fehler in der Stromversorgung werden dadurch erkannt, dass eine Fehleranzeige für alle Zylinder des Motors gleichzeitig vorliegt. Bezogen auf die Überwachung des Stromes eines Magnetventils arbeitet die Auswerteschaltung gemäß Fig. 1 nun derart, dass zunächst ein Startsignal für den Zeitgeber 9 generiert werden muss. Das übernimmt der Komparator 6, der sich zum Zeitpunkt t₁ bei einer Spannung von 200 mV einschaltet. Der Zeitpunkt t₁ tritt ca. 0,1 ms nach dem Beginn der Anstiegsflanke (Zeitpunkt t₀) ein. Die Zeitdauer von ca. 0,1 ms gilt in der Regel auch für alle anderen Anwendungsfälle. Dieser Einschaltzeitpunkt t₁ ist für alle Betriebsfälle gleich, da sich die einzelnen Strom- bzw. Spannungsverlaufskurven zum Beginn des Einschaltvorganges noch nicht unterscheiden. Der Komparator 6 löst ca. 0,1 ms nach t₀ den Startbeginn des Zeitgebers 9 zum Zeitpunkt t₁ = t₀ + 0,1 ms aus. Der Strom eines jeden Magneten muss zum nachfolgenden Abfragezeitpunkt t₂ eine Stärke von 7 A erreicht haben. Ist er zu diesem Zeitpunkt geringer als 6,5 A, liegt ein Fehler der Ventilbewegung vor. Die Schaltschwelle des Komparators 6 ist auf eine Festspannung (Soll-Wert) von 650 mV eingestellt (entspricht einer Stromstärke von 6,5 A). Nimmt der Komparatorausgang zum Zeitpunkt t₂ den High-Zustand (U_AW2 < U_V2) an, wenn die Ist-Spannung U_AW2 am Ausgang des Strom-Spannungs-Wandlers zu diesem Zeitpunkt kleiner ist als die Festspannung U_V2, dann liegt ein Fehler der Ventilnadelbewegung vor, der im D-Flipflop 10 gespeichert wird. This type of query simultaneously detects faults in the power supply and in the valve control. Errors in the power supply are recognized by the fact that there is an error display for all cylinders of the engine at the same time. Based on the monitoring of the current of a solenoid valve, the evaluation circuit according to FIG. 1 now works in such a way that a start signal for the timer 9 must first be generated. This is done by the comparator 6 , which turns on at time t ₁ at a voltage of 200 mV. The time t ₁ occurs approximately 0.1 ms after the beginning of the rising edge (time t ₀ ). The period of approx. 0.1 ms usually also applies to all other applications. This switch-on instant t ₁ is the same for all operating cases, since the individual current or voltage curve curves do not differ at the start of the switch-on process. The comparator 6 triggers the start of the timer 9 at time t ₁ = t ₀ + 0.1 ms approximately 0.1 ms after t ₀ . The current of each magnet must have reached 7 A at the subsequent query time t ₂ . If it is less than 6.5 A at this time, there is an error in the valve movement. The switching threshold of the comparator 6 is set to a fixed voltage (target value) of 650 mV (corresponds to a current of 6.5 A). If the comparator _{output assumes} the high state (U _AW2 <U _V2 ) at time t ₂ , if the actual voltage U _AW2 at the output of the current-voltage converter is smaller than the fixed voltage U _V2 at this time, there is an error the valve needle movement, which is stored in the D flip-flop 10 .

Bei der abfallenden Flanke des Steuerstromes erfolgt der Vergleich durch den Komparator 8, der ebenfalls auf eine Festspannung (Soll-Wert) U_v3 von 650 mV (entspricht einer Stromstärke von 6,5 A) eingestellt ist. Zum Zeitpunkt t₃ = t₀ + 1,5 ms muss der Strom im Normalfall auf < 6,2 A abgefallen sein. Im Fehlerfall, bei einer Blockierung der Ventilnadelbewegung, liegt er zu diesem Zeitpunkt noch höher. Der Komparator 8 nimmt im Fehlerzustand zum Zeitpunkte t₃ wieder den High-Zustand (U_AW3 > U_V3) an und das Fehlersignal wird im D-Flipflop 11 gespeichert. Im vorliegenden Fall ist die Festspannung U_v2 bzw. U_v3 sowohl für die Anstiegsflanke als auch die Abklingflanke gleich. In anderen Anwendungsfällen können die Festspannungen für die beiden Flanken auch unterschiedlich sein. On the falling edge of the control current, the comparison is carried out by the comparator 8 , which is also set to a fixed voltage (target value) U _v3 of 650 mV (corresponds to a current of 6.5 A). At time t ₃ = t ₀ + 1.5 ms, the current must normally have dropped to <6.2 A. In the event of a fault, when the valve needle movement is blocked, it is still higher at this time. The comparator 8 assumes the high state (U _AW3 > U _V3 ) again in the fault state at times t ₃ and the fault signal is stored in the D flip-flop 11 . In the present case, the fixed voltage U _v2 or U _v3 is the same for both the rising edge and the decaying edge. In other applications, the fixed voltages can also be different for the two flanks.

Beide Fehlersignale werden disjunktiv in einem ODER-Gatter 12 verknüpft, so dass bei jedem Fehlerfall das Fehlersignal den High-Zustand annimmt. Both error signals are disjunctively linked in an OR gate 12 , so that the error signal assumes the high state in the event of an error.

Das Löschen der Fehlerspeicher D-Flipflops 10 und 11 erfolgt selbsttätig durch Überschreiben bei der Überwachung des folgenden Zylinders. The error memories D flip-flops 10 and 11 are deleted automatically by overwriting when monitoring the following cylinder.

Der vorgenannte Ablauf wiederholt sich in gleicher Weise für alle Zylinder des Motors. The above procedure is repeated in the same way for all cylinders of the engine.

Zur Überwachung des mehrzylindrigen Motors wird kein zusätzliches Signal vom Motor benötigt. Die Schaltung wird bei jeder Motorwellenumdrehung neu synchronisiert, durch Zurücksetzen in den Ausgangszustand. Dies geschieht unabhängig von der Anzahl der Zylinder und von der Drehzahl des Motors. To monitor the multi-cylinder engine, no additional signal from Engine needed. The circuit is new with every motor shaft revolution synchronized, by resetting to the initial state. this happens regardless of the number of cylinders and the speed of the engine.

Am Motor wird ein Zylinder festgelegt, dem als Zylinderadresse eine Kennzeichnung zugeordnet wird, z. B. die Zahl "0". Die weiteren Zylinder werden dann mit 1, 2, 3, usw. durchnummeriert, in Abhängigkeit von der Einspritzreihenfolge. Die einmal festgelegte Durchnummerierung der weiteren Zylinder ist dann nicht mehr veränderbar. A cylinder is defined on the engine, which is identified as the cylinder address is assigned, e.g. B. the number "0". The other cylinders are then 1, 2, 3, etc. numbered depending on the injection order. The once set The numbering of the other cylinders can then no longer be changed.

Wenn der Steuerstrom des Magneten des ersten Zylinders mit der Adresse "0" die Größe von 1A erreicht, schaltet sich der Komparator 4 ein und setzt den Zylinderzähler 5 auf die Zahl "0". Dieses Rücksetzen findet ca. 0,05 ms nach dem Zeitpunkt t₀ statt und ist abgeschlossen, wenn der Zeitpunkt t₁ erreicht wird (Start des Zeitgebers 9 für die Auswertung des ersten Zylinders mit der Adresse "0"). Der Zeitgeber 9 löst zu den entsprechenden Abfragezeitpunkten t₂ und t₃ die erforderlichen Impulse zur Speicherung möglicher Fehler der Ventilnadelbewegung der Einspritzpumpe für den Zylinder "0" in den D-Flipflops 10 und 11 aus, wie vorstehend ausführlich erläutert. Weitere 0,2 ms nach dem Zeitpunkt t₃ erfolgt zum Zeitpunkt t₄ (t₄ = t₃ + 0,2 ms) die Ausgabe des Zählimpulses für den Zylinderzähler 5, der zu diesem Zeitpunkt (die Überwachung des Zylinders "0" ist beendet) den Zählerstand um die Zahl "1" erhöht. Nachdem der analoge Eingangs-Multiplexer 3 diesen neuen Zählerstand erhalten hat, bewirkt dieser die Weiterschaltung des Eingangs auf den nächsten Zylinder mit der Zylinderadresse "1". Der Zeitgeber 9 wird anschließend in den Ausgangszustand zurückgesetzt, die Schaltung geht in den Wartezustand, der durch ein erneutes Ansteigen der Eingangsspannung am Komparator 6 auf 200 mV (vom nächstfolgenden Zylinder "1"), beendet wird. When the control current of the magnet of the first cylinder with the address "0" reaches 1A, the comparator 4 turns on and sets the cylinder counter 5 to the number "0". This reset takes place approx. 0.05 ms after the time t ₀ and is complete when the time t _{1 is} reached (start of the timer 9 for evaluating the first cylinder with the address "0"). The timer 9 triggers the necessary pulses for storing possible errors in the valve needle movement of the injection pump for the cylinder “0” in the D flip-flops 10 and 11 at the corresponding query times t ₂ and t ₃ , as explained in detail above. A further 0.2 ms after the time t ₃ , at the time t ₄ (t ₄ = t ₃ + 0.2 ms), the counting pulse is output for the cylinder counter 5 , which ends at this time (the monitoring of the cylinder "0" is finished) ) increases the counter reading by the number "1". After the analog input multiplexer 3 has received this new counter reading, this effects the switching of the input to the next cylinder with the cylinder address "1". The timer 9 is then reset to the initial state, the circuit goes into the waiting state, which is ended by a renewed increase in the input voltage at the comparator 6 to 200 mV (from the next cylinder "1").

Dieser Überwachungsvorgang für die Einspritzpumpe eines Zylinders wiederholt sich entsprechend der Anzahl der nachfolgenden Zylinder nun so oft, bis die Spannungsverlaufskurve des Erregerstromes des Magneten für den Zylinder "0" wieder eine Anstiegsflanke aufweist, wodurch der Zylinderzähler 5 wieder auf die Zahl "0" zurückgesetzt wird (Ausgangszustand der Schaltung). This monitoring process for the injection pump of a cylinder is repeated so often in accordance with the number of subsequent cylinders until the voltage curve of the excitation current of the magnet for the cylinder "0" again has a rising edge, as a result of which the cylinder counter 5 is reset to the number "0" (Initial state of the circuit).

Die Anzeige eines Fehlers in einem beliebigen Magnetventil erfolgt nun derart, dass beim Einschalten des Fehlersignals am ODER-Gatter 12 die Anstiegsflanke desselben dazu benutzt wird, um die am Zählerausgang anliegende aktuelle Zylinderadresse einzuspeichern. Damit wird jeder auftretende Fehler durch die Anzeige der zugehörigen Zylindernummer kenntlich gemacht. A fault in any solenoid valve is now displayed in such a way that when the fault signal on the OR gate 12 is switched on, the rising edge thereof is used to store the current cylinder address present at the counter output. Every error that occurs is identified by the display of the associated cylinder number.

Claims

1. A method for monitoring magnetically controlled injection pumps for multi-cylinder internal combustion engines, in particular diesel engines, during the operating state, characterized in that a cylinder address is assigned to each cylinder and the excitation current of the current-controlled magnets is converted into an analog voltage and the effect of the valve movement on each cylinder Rising and decaying edges of the voltage waveforms at defined times t ₂ and t _{3 are} monitored by comparing the actual voltages U _AW2 and U _AW3 at the output of the respective current-voltage converter with predetermined fixed voltages U _V2 and U _V3 , blocking individual valve pistons _If deviations of the actual voltages U _AW2 and U _AW3 from the predetermined fixed voltages U _V2 and U _{V3 are determined} at the times t ₂ and t ₃ as an error signal, the respective cylinder address is recorded, stored and displayed, and the width circuit for monitoring the injection pumps of the other cylinders of the engine is carried out independently.

2. The method according to claim 1, characterized in that the query times t ₂ and t _{3 are} predetermined as those in which the delay in the voltage curve between normal operation and faulty operation reaches the greatest value.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the query times t ₂ and t ₃ are determined depending on the design of the solenoid.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the monitoring is triggered by a start signal for a timer ( 9 ) by a first comparator ( 6 ) which is automatically switched on when a defined voltage U _V1 is reached and for Time t ₁ , approx. 0.1 ms after the start of the rising edge, starts the timer ( 9 ), the switch-on time of the first comparator ( 6 ) being the same for all operating cases.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that during the rising edges of the voltage curve at time t ₂ by means of a second comparator ( 7 ), the actual voltage U _{AW2 is compared} with the predetermined fixed voltage U _V2 and if it _{falls below} the predetermined Fixed voltage U _V2 an error message occurs at the comparator output, which is stored in a first D flip-flop ( 10 ).

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that during the decay edges of the voltage curve at time t ₃ by means of a third comparator ( 8 ), the actual voltage U _{AW3 is compared} with the predetermined fixed voltage U _V3 and if the predetermined is exceeded Fixed voltage U _V3 an error message occurs at the comparator output, which is stored in a second D flip-flop ( 11 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the error messages detected during the rising and decay edges be linked disjunctively.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the error signals in the error memory flip-flops ( 10 , 11 ) are automatically deleted by overwriting when monitoring the subsequent cylinder.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that

a) a number is assigned to a first starting cylinder of the engine as the cylinder address and the cylinders following in the sequence of the ignition or the injection processes are numbered consecutively, the number sequence undertaken not being changeable,

b) when a defined voltage U _{V4 is reached} at the output of the current-voltage converter of the starting cylinder, a fourth comparator ( 4 ) is switched on, which has a cylinder counter ( 5 ) for evaluating this cylinder before the start of the timer ( 9 ) resets the number of the starting cylinder,

c) the timer ( 5 ) triggers the pulses for storing possible error messages for the starting cylinder at the times t ₂ and t ₃ ,

d) after a defined period of time after the time t ₃ , the end of the monitoring of the starting cylinder, at the time t ₄ by the output of the counting pulse for the cylinder counter ( 5 ), the counter reading of which is increased by "1",

e) the new counter reading activates an analog input multiplexer ( 3 ), which triggers the further switching for monitoring the subsequent cylinder and resets the timer ( 9 ) and the circuit is put into the waiting state,

f) the waiting state is ended when the first comparator ( 6 ) switches on again after reaching a defined actual voltage at time t ₁ on the current-voltage converter for the magnet of the subsequent cylinder and

g) the above-mentioned process steps b) to f) are repeated for all other cylinders of the engine until the rising edge of the voltage curve at the output of the current-voltage converter ( 2 ) of the starting cylinder is reached again and through this the entire circuit in the Initial state is shifted.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the defined voltage U _V4 for activating the fourth comparator ( 4 ) is half less than the defined voltage U _V1 for activating the first comparator ( 6 ).

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the Error messages can be visualized by binary or multi-point signals.

12. Device for monitoring magnetically controlled injection pumps for multi-cylinder internal combustion engines, in particular diesel engines, during the operating state, characterized in that each cylinder / injection pump unit of the engine is equipped with a current-voltage converter ( 2 ) and one for all cylinder / injection pump units Common evaluation circuit is arranged, the outputs of the individual current-voltage converters ( 2 ) being connected to the inputs of an input multiplexer ( 3 ), the output of which is connected to three comparators ( 6 , 7 , 8 ), to the output the first comparator ( 6 ) is connected to a timer ( 9 ) which triggers the start signal for the monitoring process at a fixed point in time (t ₁ ), the second comparator ( 7 ) is intended to monitor the rising edge of the voltage curve of the individual valve movements and the third Comparator ( 8 ) for monitoring the decay edge of the The voltage curve of the individual valve movements is determined, and the outputs of the two comparators ( 7 , 8 ) for monitoring the rising and decay edges are connected to the data input (D) of a fault memory ( 10 , 11 ), the clock inputs (C) of which are connected to the timer ( 9 ) for determining the query times (t ₂ , t ₃ ) are connected and the outputs of which are disjunctively linked to an OR gate ( 12 ) for error detection.

13. The device according to claim 12, characterized in that a cylinder counter ( 5 ) is integrated in the evaluation circuit, the counter input (T _V ) is connected to the timer ( 9 ) and the circuitry via a fourth comparator ( 4 ) with the output the current-voltage converter ( 2 ) of the injection pump of the cylinder, which is to be monitored first in order, and the output of the cylinder counter ( 5 ) at which the individual current cylinder addresses (Q _A to Q _N ) are present, is connected to the input multiplexer ( 3 ) in order to trigger the transfer of the monitoring processes to the next cylinder in each case.

14. Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that an error display unit is connected to the OR gate ( 12 ).