Verfahren zur Überprüfung der Verkabelung magnetspulenbetätigter Einspritzventile

Abstract

 Verfahren zur Überprüfung der Verkabelung magnetspulenbetätigter Einspritzventile (2a,2b).
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Verkabelung von elektrisch gesteuerten, elektromagnetisch betätigten Einspritzventilen (2a,2b) eines Verbrennungsmotors (1), die mit Magnetspulen ausgerüstet sind.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Verkabelung solcher Einspritzventile berührungslos dadurch zu überprüfen, daß ein jeweiliger Magnetfeldsensor (6a,6b) nahe an einem jeweiligen Einspritzventil innerhalb einer magnetischen Streufeldumgebung desselben positioniert, eine Spannung an den dem jeweiligen Einspritzventil zugedachten elektrischen Anschluß (5a,5b) angelegt und anschließend festgestellt wird, ob ein auf diese Spannung zurückgehendes magnetisches Streufeld in der Umgebung des betreffenden Einspritzventils durch den zugeordneten Magnetfeldsensor detektiert wird. Mit dieser Vorgehensweise ist auch überprüfbar, ob die Einspritzventile korrekt mit dem ihnen jeweils individuell zugedachten Anschluß verbunden sind.
Verwendung für Prüfstandseinrichtungen von Verbrennungsmotoren.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Verkabelung von magnetspulenbetätigten Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors. Derartige, elektrisch ansteuerbare Einspritzventile beinhalten eine Magnetspule, die bei Strombeaufschlagung ein Magnetfeld erzeugt, welches ein zugehöriges Ventilstellelement gegen eine z.B. von einer Feder aufgebrachte Schließkraft in seine Öffnungsstellung bewegt. Die Einspritzventile werden nach Montage am Motorblock über entsprechende Steckverbindungen und eine Verkabelung elektrisch an ein Motorsteuergerät angeschlossen.

[0002] Bei einer herkömmlichen Vorgehensweise werden die Einspritzventile des Verbrennungsmotors samt deren zugehöriger Verkabelung während eines Prüfstandstests pneumatisch über einen Druckabfall bei Betätigung oder über eine elektrische Widerstandsmessung überprüft. Mit beiden Methoden kann jedoch nicht entschieden werden, ob die Einspritzventile den richtigen Anschlußsteckern zugeordnet sind. Ein vertauschtes Anschließen von Einspritzventilen ist jedoch problematisch, da dies zwar nicht zu einem Ausfall, jedoch zu einer Funktionsverschlechterung des Motors hinsichtlich Kaltstartverhalten, Warmlaufeigenschaften, Rundlauf und Kraftstoffverbrauch führt. Eine Kodierung der den jeweiligen Einspritzventilen zugeordneten, einzelnen Kabel erfordert einen entsprechenden Verkabelungsaufwand. Es sind daher bereits verschiedentlich Verfahren zur berührungslosen Überprüfung der Funktion der Einspritzventile vorgeschlagen worden.

[0003] In der Patentschrift DD 272 682 A1 ist eine automatische Überwachung des Brennstoffeinspritzvorgangs bei Dieselmotoren offenbart, bei der ein Meßsystem aus Ultraschallwandlern vorgesehen ist, von denen jeder einem Zylinder des Motors zugeordnet und am betreffenden Zylinderkopf schalleitend befestigt ist. Die Ultraschallwandler erfassen den durch den Brennstoffeinspritzvorgang, speziell durch die Bewegung der Ventildüsennadel oder durch den eingespritzten Brennstoff, emittierten Schall. Durch Auswertung der detektierten Schallsignale wird die ordnungsgemäße Funktion der Brennstoffeinspritzanlage geprüft. Speziell werden zur Überwachung der Brennstoffeinspritzvorgänge aller Zylinder bei für jeden Zylinder gleicher Gestaltung der Meßstrecke zur Registrierung der Schallemission für jeden Zylinder die Impulsraten in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel in einem Überwachungsbereich analysiert, der den Kurbelwinkelbereich vom Kurbelwinkelintervall des sicher erfaßten statischen Förderbeginns der Brennstoffeinspritzpumpe bis zu dem Kurbelwinkelintervall, bei dem bei maximaler Zylinderfüllung noch Brennstoff eingespritzt werden kann, umfaßt.

[0004] Bei einem in der Offenlegungsschrift JP 63-248969(A) beschriebenen Verfahren wird die von der Magnetspule eines jeweiligen magnetspulenbetätigten Einspritzventils induzierte Abschaltspannung beim Abschalten des Stroms durch die Magnetspule erfaßt und mit einem Referenzwert verglichen. Wenn die induzierte Abschaltspannung den Referenzwert nicht überschreitet, wird ein Informationssignal generiert, das einen nicht ordnungsgemäßen Zustand des Einspritzventils anzeigt.

[0005] Aus der Offenlegungsschrift JP 61-129460(A) ist es bekannt, fehlerhaft abgestimmte Einspritzventile mittels einer speziell für diesen Zweck eingerichteten Detektionsschaltung zu erkennen, wozu diese Schaltung über jeweils eine eigene elektrische Leitung mit den Einspritzventilen verbunden ist. Sobald ein fehlerhaft abgestimmtes Einspritzventil erkannt wird, leuchtet eine zugehörige Warnlampe auf.

[0006] Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen berührungslos und mit vergleichsweise wenig Aufwand überprüft werden kann, ob über die Verkabelung jedes der Einspritzventile in funktionstüchtiger Weise mit dem für ihn vorgesehenen Anschluß der zugehörigen Steuerung verbunden ist.

[0007] Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Die Überprüfung der Verkabelung der Einspritzventile einschließlich der Prüfung, ob die Einspritzventile korrekt, d.h. unvertauscht, elektrisch angeschlossen sind, erfolgt berührungslos durch Erfassung des magnetischen Streufeldes, das bei Ansteuerung des jeweiligen Einspritzventils von deren Magnetspule erzeugt wird. Dazu wird in der Nähe jedes Einspritzventils ein Magnetfeldsensor positioniert, der das von der Magnetspule des betreffenden Einspritzventils erzeugte magnetische Streufeld erfaßt, wenn die Magnetspule strombeaufschlagt wird. Nach Anlegen einer Spannung an einen jeweiligen elektrischen Anschluß für ein Einspritzventil kann somit festgestellt werden, ob die Magnetspule des diesem Anschluß zugedachten Einspritzventils auch tatsächlich stromdurchflossen ist oder ob wegen vertauschtem Anschließen der Ventile die Magnetspule eines anderen Einspritzventils stromdurchflossen ist. Außerdem lassen sich elektrische Leitungsunterbrechungen erkennen, wenn nach Anlegen einer Spannung an einen elektrischen Anschluß keine der Magnetspulen der Einspritzventile ein magnetisches Streufeld erzeugt. Des weiteren ermöglicht diese Vorgehensweise die Erkennung, ob alle Einspritzventile vorhanden sind oder ob ein oder mehrere Ventile nicht montiert sind.

[0008] Der während eines Überprüfungsvorgangs durch eine jeweilige Einspritzventil-Magnetspule hindurchfließende Strom braucht lediglich so groß sein, daß ein detektierbares magnetisches Streufeld erzeugt wird. Er braucht insbesondere nicht so groß zu sein, daß das Einspritzventil öffnet, sondern kann so klein gehalten werden, daß die Ventile geschlossen bleiben. Für Einspritzventile, die im Anlieferungszustand mit einer konservierenden Flüssigkeit gefüllt sind, hat dies dann den Vorteil, daß die Konservierung während der Verkabelungsüberprüfung erhalten bleibt und die konservierende Flüssigkeit nicht wie bei einem pneumatischen Einspritzventiltest in den Motor ausgeblasen wird. Die erfindungsgemäße Methode ergibt gegenüber einem pneumatischen Einspritzventiltest zudem eine Rüst- und Zeitersparnis, da kein Druckluftanschluß an das Kraftstoffverteilerrohr, an welches die Einspritzventile montiert sind, vorgesehen werden muß und die beim pneumatischen Ventiltest erforderlichen Füll- und Beruhigungszeiten entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich besonders zur Verwendung innerhalb einer Motorenprüfstandseinrichtung.

[0009] Mit dem nach Anspruch 2 weitergebildeten Verfahren können mehrere Einspritzventile gleichzeitig hinsichtlich ihrer ordnungsgemäßen Verkabelung dadurch überprüft werden, daß an die elektrischen Anschlüsse Wechselspannungen verschiedener Frequenzen angelegt werden, die entsprechend unterschiedliche magnetische Streufelder in den Magnetspulen der Einspritzventile zur Folge haben. Durch geeignete Auswertung der Magnetfeldsensorsignale kann somit die Korrektheit der Zuordnung der elektrischen Anschlüsse zu den Magnetspulen und damit den Einspritzventilen mit kurzer Prüfzeit festgestellt werden.

[0010] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

[0011] Die einzige Figur zeigt eine schematische Blockdarstellung erfindungswesentlicher Teile einer Motorprüfstandseinrichtung während der Überprüfung der Verkabelung magnetspulenbetätigter Einspritzventile eines Verbrennungsmotors.

[0012] Die Figur veranschaulicht einen Vorgang zur Überprüfung der Einspritzventil-Verkabelung als Teil eines mit einer geeignet ausgerüsteten Prüfstandseinrichtung durchgeführten Kalttests eines Verbrennungsmotors (1), wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich die erfindungsrelevanten Komponenten dargestellt sind. Die während des Kalttests zu überprüfenden Einspritzventile des Motors (1), von denen zwei (2a, 2b) explizit dargestellt sind, werden mit einem nicht näher dargestellten Kraftstoffverteilerrohr am Motorblock montiert und sind von einer herkömmlichen, elektrisch gesteuerten, elektromagnetisch betätigten Bauart, bei welcher das Ventilstellelement von einer Feder in die Schließstellung gedrückt wird und eine Magnetspule vorgesehen ist, deren bei Strombeaufschlagung erzeugtes Magnetfeld den Ventilschließkörper in seine Öffnungsstellung bewegt. Zur elektrischen Ansteuerung ist jeder Magnetspule und damit jedem der magnetspulenbetätigten Einspritzventile (2a, 2b) eine Ansteuerleitung (4a, 4b) zugeordnet, die nach der Montage der Einspritzventile (2a, 2b) am Motor (1) über Steckverbindungen (3a, 3b) am jeweils zugedachten Einspritzventil (2a, 2b) eingesteckt werden. Die Ansteuerleitungen (4a, 4b) sind dabei an diesem ventilseitigen Endabschnitt aus einem Kabelbaumstrang (4) ausgebunden, der diese Ansteuerleitungen (4a, 4b) und weitere, hier nicht weiter interessierende Leitungen zusammenfaßt. Über den Kabelbaumstrang (4) führen die Einspritzventil-Ansteuerleitungen (4a, 4b) an ihrem ventilabgewandten Ende zu einer Anschlußeinheit (5), die jeweils einen Anschluß (5a, 5b) für jede Ansteuerleitung (4a, 4b) beinhaltet.

[0013] Im normalen Motorbetrieb ist mit dieser Anschlußeinheit (5) ein zum Motor (1) gehöriges, nicht gezeigtes Motorsteuergerät verbunden, welches die Ansteuersignale für die Einspritzventile (2a, 2b) generiert und auf die zugehörigen Ansteuerleitungen (4a, 4b) gibt. Beim dargestellten Motorkalttest bildet diese Anschlußeinheit (5) den elektrischen Eingriffsort zur Überprüfung der Verkabelung der Einspritzventile (2a, 2b), d.h. der ordnungsgemäßen elektrischen Leitfähigkeit von Anschlußeinheit (5) und den Einspritzventil-Ansteuerleitungen (4a, 4b) sowie der korrekten Zuordnung der Ansteuerleitungen (4a, 4b) zu den einzelnen Einspritzventilen (2a, 2b) über die Steckverbindungen (3a, 3b). Hierzu besitzt die Prüfstandseinrichtung ein Gestänge (7), das an einem ortsfesten Rahmen dreidimensional beweglich angeordnet ist, wie durch das Pfeilkreuz (8) symbolisiert. An dem Gestänge sind eine der Anzahl von Einspritzventilen (2a, 2b) entsprechende Anzahl von Magnetfeldsensoren (6a, 6b) montiert, wobei die Magnetfeldsensoren (6a, 6b) entsprechend der Lage der Einspritzventile (2a, 2b) am Motor (1) angeordnet sind. Durch eine geeignete Positionierbewegung des Gestänges (7) können daher sämtliche Magnetfeldsensoren (6a, 6b) gleichzeitig, wie gezeigt, in unmittelbare Nähe eines jeweils zugeordneten Einspritzventils (2a, 2b) verbracht werden. Typische Annäherungsabstände betragen z.B. zwischen 6cm und 10cm. Die Magnetfeldsensoren (6a, 6b) befinden sich damit innerhalb der jeweiligen magnetischen Streufeldumgebung der Einspritzventile (2a, 2b), d.h. innerhalb des Raumbereichs, in welchem die Magnetspulen der Einspritzventile (2a, 2b) von den Magnetfeldsensoren (6a, 6b) meßbare magnetische Streufelder schon bei Spulenströmen erzeugen, die kleiner als der zum Öffnen des Ventils (2a, 2b) erforderliche Magnetspulenstrom sind. Dies ermöglicht eine Überprüfung der Einspritzventilverkabelung, ohne daß die Einspritzventile (2a, 2b) hierfür in Öffnungsrichtung betätigt werden müssen.

[0014] Der Verkabelungsprüfvorgang wird von einer Überprüfungssteuereinheit (9) gesteuert und ausgewertet. Hierzu generiert die Steuereinheit (9) ventilansteuernde Wechselspannungssignale unterschiedlicher Frequenz, von denen jedes auf eine eigene, ventilspezifische Ausgangssteuerleitung (10a, 10b) gegeben wird, die zu einer der Steuereinheit (9) zugeordneten Anschlußeinheit (11) mit separaten Anschlüssen (11a, 11b) geführt sind. Diese Anschlußeinheit (11) wird während des Einspritzventilprüfvorgangs anstelle einer späteren motorsteuergeräteseitigen Anschlußeinheit mit der eingangsseitigen Anschlußeinheit (5) der Einspritzventil-Ansteuerleitungen (4a, 4b) verbunden, wie in der Figur dargestellt. Auf diese Weise vermag die Überprüfungssteuereinheit (9) an die einzelnen Anschlüsse (5a, 5b) der Anschlußeinheit (5) der Einspritzventil-Ansteuerleitungen (4a, 4b) jeweils eine Wechselspannung charakteristischer Frequenz anzulegen, die bei ordnungsgemäßer Verkabelung eine entsprechende Strombeaufschlagung der Magnetspule des jeweils zugedachten Einspritzventils (2a, 2b) und folglich ein spezifisches magnetisches Streufeld in der Umgebung des jeweils zugedachten Einspritzventils (2a, 2b) bewirkt. Die erzeugten magnetischen Streufelder werden individuell für jedes Einspritzventil (2a, 2b) vom jeweils zugeordneten Magnetfeldsensor (6a, 6b) erfaßt. Über entsprechende Signalleitungen (12a, 12b) wird das Ausgangssignal jedes Magnetfeldsensors (6a, 6b) der auswertenden Überprüfungssteuereinheit (9) zugeführt. Durch einen Vergleich der erhaltenen Streufeldinformation mit dem Wechselspannungssignal, das dem betreffenden Einspritzventil (2a, 2b) zugedacht war, stellt die Überprüfungssteuereinheit (9) für jedes Einspritzventil (2a, 2b) fest, ob dessen Verkabelung, d.h. der elektrische Leitungsweg vom betreffenden Eingangsanschluß (5a, 5b) über den Kabelbaumstrang (4) und den ausgebundenen Endabschnitt der Ansteuerleitungen (4a, 4b) zur Magnetspule des Einspritzventils (2a, 2b) in Ordnung ist. Dies beinhaltet insbesondere die Feststellung, ob überhaupt ein Einspritzventil (2a, 2b) an der jeweiligen Steckverbindung (3a, 3b) angeschlossen ist und ob die Steckverbindungen (3a, 3b) an die verschiedenen Einspritzventile (2a, 2b) richtig oder fehlerhafterweise vertauscht angeschlossen wurden. Durch die Verwendung der Wechselspannungssignale unterschiedlicher Frequenz kann der geschilderte Überprüfungsvorgang für alle Einspritzventile (2a, 2b) gleichzeitig erfolgen, was Prüfzeit einspart. Alternativ kann vorgesehen sein, die Verkabelung für die einzelnen Einspritzventile (2a, 2b) sequentiell zu prüfen, indem die Überprüfungssteuereinheit (9) ein Gleichspannungssignal nacheinander an die verschiedenen Einspritzventile (2a, 2b) sendet.

[0015] Die von der Überprüfungssteuereinheit (9) generierten Prüfspannungen sind vorzugsweise so klein gewählt, daß das von den solchermaßen strombeaufschlagten Magnetspulen der Einspritzventile (2a, 2b) erzeugte Magnetfeld nicht ausreicht, das zugeordnete Ventilstellelement in seine Öffnungsstellung zu bewegen, so daß die Einspritzventile (2a, 2b) während der Verkabelungsüberprüfung geschlossen bleiben. Eine in den Einspritzventilen (2a, 2b) gegebenenfalls enthaltene Konservierungsflüssigkeit, wie dies im Neuzustand öfters vorgesehen ist, verbleibt dadurch während des Prüfvorgangs in den Einspritzventilen (2a, 2b). Die Konservierung der Einspritzventile (2a, 2b) läßt sich auf diese Weise noch für eine längere Lagerung oder einen längerdauernden Transport des Motors (1) aufrechterhalten.

[0016] Der beschriebene Prüfvorgang ermöglicht folglich eine zuverlässige und komfortable, berührungslose Überprüfung der Verkabelung der magnetspulenbetätigten Einspritzventile (2a, 2b) des Verbrennungsmotors (1) mit geringer Prüfzeit, wobei insbesondere auch der korrekte Anschluß der Einspritzventile (2a, 2b) an die ihnen spezifisch zugedachten Ansteuerleitungen (4a, 4b) geprüft werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zur Überprüfung der Verkabelung von magnetspulenbetätigten, in einen Verbrennungsmotor (1) eingesetzten Einspritzventilen (2a, 2b), die über die Verkabelung mit einer Steuerung verbunden sind,
gekennzeichnet durch
folgende Schritte:

- Positionieren eines jeweiligen Magnetfeldsensors (6a, 6b) nahe eines jeweiligen Einspritzventils (2a, 2b) innerhalb einer magnetischen Streufeldumgebung desselben,

- Anlegen einer Spannung an den dem jeweiligen Einspritzventil zugedachten elektrischen Anschluß (5a, 5b) und anschließend

- Feststellen, ob ein zu der angelegten Spannung gehöriges magnetisches Streufeld in der Umgebung des betreffenden Einspritzventils durch den zugeordneten Magnetfeldsensor detektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
an die den verschiedenen Einspritzventilen (2a, 2b) zugedachten elektrischen Anschlüsse (5a, 5b) Wechselspannungen mit voneinander verschiedenen Frequenzen angelegt werden.

3. Vorrichtung zur Überprüfung der Verkabelung von magnetspulenbetätigten, in einen Verbrennungsmotor (1) eingesetzten Einspritzventilen (2a, 2b), die über die Verkabelung mit einer Steuerung verbunden sind,
gekennzeichnet durch

- eine Anordnung eines oder mehrerer Magnetfeldsensoren (6a, 6b), von denen jeder nahe eines jeweiligen Einspritzventils (2, 2b) innerhalb einer magnetischen Streufeldumgebung desselben positionierbar ist, und

- Mittel (9) zum Anlegen einer Spannung an den dem jeweiligen Einspritzventil zugedachten elektrischen Anschluß (5a, 5b) und zum Auswerten der Ausgangssignale der Magnetfeldsensoren dahingehend, ob auf das Anlegen einer Spannung hin ein davon bewirktes magnetisches Streufeld in der Umgebung des betreffenden Einspritzventils vorliegt.

Zeichnung