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Title:
DEVICE FOR DETECTING THE STATE OF A FUEL INJECTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/219481
Kind Code:
A1
Abstract:
The device according to the invention for detecting the state of a fuel injector comprises an injector for injecting fuel into an engine combustion chamber, a switch which is formed by an injector housing and an injector nozzle needle and which changes its switching state in a manner which is dependent on a closed or open state of the injector, an input line for feeding power to an actuating element which adjusts the nozzle needle into the two states thereof, an output line for discharging power from the actuating element, and an evaluation unit for detecting the switching state of the switch, wherein a first switch contact of the switch is connected to an electrical input line of the injector, a second switch contact of the switch is connected to ground, and the evaluation unit is configured to perform a signal measurement, in particular a voltage measurement, on the input line and/or an output line in order to infer a switch state. The invention is characterized in that a signal filter is provided which comprises only passive components and which is connected between the evaluation unit and the input line and/or between the evaluation unit and the output line of the injector in order to pick out a signal that is generated as a result of the switching of the switch.

Inventors:
WERANECK KLAUS (DE)
PIRKL RICHARD (DE)
SCHÖFBÄNKER NORBERT (AT)
ASPELMAYR JOSEF (AT)
Application Number:
PCT/EP2021/060501
Publication Date:
November 04, 2021
Filing Date:
April 22, 2021
Export Citation:
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Assignee:
LIEBHERR COMPONENTS DEGGENDORF GMBH (DE)
International Classes:
F02D41/20; F02D41/30; F02M65/00; F02D41/14
Domestic Patent References:
WO2019016380A12019-01-24
Foreign References:
DE102004001358A12005-08-04
DE102018125803A12020-04-23
DE202018100337U12019-04-24
Attorney, Agent or Firm:
DIETER LAUFHÜTTE / LORENZ SEIDLER GOSSEL RECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Zustandserfassung eines Kraftstoffinjektors (2), umfassend: einen Injektor (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorbrennraum, einen durch ein Injektorgehäuse und eine Injektordüsennadel gebildeten

Schalter (3), der in Abhängigkeit von einem geschlossenen oder offenen Zustand des Injektors (2) seinen Schaltzustand verändert, eine Eingangsleitung (4) zum Zuleiten von Energie an ein die Düsennadel in ihren beiden Zuständen verstellendes Stellelement (8), eine Ausgangsleitung (5) zum Ableiten von Energie von dem Stellelement (8), und eine Auswerteeinheit (6) zum Erfassen des Schaltzustands des Schalters, wobei ein erster Schalterkontakt des Schalters mit einer elektrischen Eingangsleitung (4) des Injektors (2) verbunden ist, ein zweiter Schalterkontakt des Schalters mit Masse (10) verbunden ist, und die Auswerteeinheit (6) dazu ausgelegt ist, eine Signalmessung, insbesondere eine Spannungsmessung an der Eingangsleitung (4) und/oder einer Ausgangsleitung (5) vorzunehmen, um auf einen Schalterzustand zu schließen, gekennzeichnet durch ein Signalfilter (7), das nur passive Bauteile umfasst und zwischen der Auswerteeinheit (6) und der Eingangsleitung (4) und/oder zwischen der Auswerteeinheit (6) und der Ausgangsleitung (5) des Injektors (2) geschaltet ist, um ein durch das Schalten des Schalters erzeugtes Signal hervorzuheben.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner mit einer die Auswerteeinheit (6) umfassenden elektronischen Steuereinheit, die mit einem jeweiligen Anschluss mit der Eingangsleitung (4) und der Ausgangsleitung (5) verbunden ist und dazu ausgelegt ist, an der Eingangsleitung (4) eine gegenüber der Ausgangsleitung (5) höhere Spannung, insbesondere eine Versorgungspannung (Vcc), zum Betätigen des Stellelements (8) anzulegen, wobei vorzugsweise die Spannungsdifferenz zwischen Eingangsleitung (4) und Ausgangsleitung (5) 12V, 24V oder 48V beträgt.

3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schalterkontakt über einen Widerstand (9) mit der Eingangsleitung (4) des Injektors (2) verbunden ist.

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Schalterkontakt mit derselben Masse (10) wie ein Stromkreislauf des Injektors (2) verbunden ist, vorzugsweise ist die Masse (10) die Karosserie oder ein Motorblock eines Fahrzeugs.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Injektor (2) und der Schalter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das eine Eingangsleitung (4), eine Ausgangsleitung (5) und einen Masseanschluss umfasst.

6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stellelement (8) ein Magnetventil ist, das vorzugsweise dazu ausgelegt ist, eine Zustandsänderung des Injektors (2) durch Ausheben oder Absetzen der Düsennadel hervorzurufen, was wiederum eine Zustandsänderung des Schalters bewirkt. 7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (6) eine Signalmessung, insbesondere eine Spannungsmessung entweder an der Eingangsleitung (4) oder der Ausgangsleitung (5) vorzunehmen, um auf einen Schalterzustand zu schließen, wobei vorzugsweise die Signalmessung der Auswerteeinheit (6) an der Ausgangsleitung (5) stattfindet.

8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die passiven Bauteile zum Bilden des Signalfilters (7) Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Oszillatoren oder Trimmer sind.

9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das

Signalfilter (7) ein Pull-Up-Widerstand (11) und/oder ein Pull-Down-Widerstand umfasst oder ist, um eine absolute Spannung an der Eingangsleitung (4) oder der Ausgangsleitung (5) zu erfassen.

10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei der on der Eingangsleitung (4) oder Ausgangsleitung (5) abgehender Pull-Up-Widerstand (11) mit einer Versorgungsspannung (Vcc) verbunden ist, insbesondere mit der Versorgungspannung (Vcc) nach Anspruch 2. on der Eingangsleitung (4) oder Ausgangsleitung (5) abgehender

11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das

Signalfilter (7) in einer zur Eingangsleitung (4) führenden Verkabelung oder in einer von der Ausgangsleitung (5) wegführenden Verkabelung integriert ist, vorzugsweise dabei in einem Kabelbaum angeordnet ist.

12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das

Signalfilter (7) in einer elektronischen Steuereinheit, vorzugsweise in der elektronischen Steuereinheit nach Anspruch 2, angeordnet ist.

13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der

Injektor (2) ein Common-Rail-Injektor ist.

14. Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13.

Description:
Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Kraftstoffinjektors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Kraftstoffinjektors.

Einspritzdüsen oder Injektoren dienen typischerweise dazu, einen Kraftstoff in einen Brennraum eines Motors einzuspritzen. Dabei ist es für einen Motor, in dem ein solcher Injektor vorhanden ist, von Vorteil, wenn ein Steuergerät über die genaue Öffnungszeit des Injektors informiert ist, sodass beispielsweise ein besonders enges Toleranzband für die Einspritzmenge des durch den Injektor abgegebenen Kraftstoffs vorliegt, was auch hinsichtlich der Gesamtproduktlebensdauer des Injektors vorteilhaft ist..

Zudem ist es für eine Vielzahl von Steuer- oder Kontrollfunktionen des Motors von Vorteil, wenn die exakte Einspritzzeit, bei der der Injektor einen Kraftstoff abgibt, bekannt ist.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, für eine Zustandsdetektion des Injektors einen durch Düsennadel und Injektorgehäuse gebildeten elektrischen Schalter zu verwenden. Dabei ist der Schalter geschlossen, wenn der Injektor nicht bestromt ist und die Düsennadel des Injektors sich nicht aus ihrem Düsennadelsitz im Injektorgehäuse bewegt, so dass dafür gesorgt ist, dass kein Kraftstoff aus dem Injektor austritt. Sobald sich die Düsennadel aus ihrem Düsennadelsitz bewegt, besteht zwischen ihnen keine leitende Verbindung mehr, wodurch der elektrische Schalter seinen Zustand ändert, also in einen offenen Zustand übergeht. Der Schalter ändert erneut seinen Zustand, wenn sich die Düsennadel wieder in den Düsennadelsitz bewegt, da dadurch eine elektrische leitende Verbindung entsteht und der durch die Bauteile gebildete Schalter in den geschlossenen Zustand übergeht. In der einfachsten Form der Zustandserfassung eines Injektors führen insgesamt vier Leitungen in das Gehäuse des Injektors, in dem auch der Schalter angeordnet ist. Zwei Leitungen sind für den Injektor selbst vorgesehen, wohingegen die anderen beiden Leitungen dem Schalter zugeordnet sind. Nachteilhaft hieran ist aber der hohe Verkabelungsaufwand einer so gestalteten Einheit.

Wenn ein 3-poliger oder 4-poliger Stecker verwendet wird, also 3 bzw. 4 Leitungen zu dem Injektor mit Schalter verlaufen, ist kein zusätzlicher Aufwand am Detektionsschaltkreis erforderlich. Andererseits bedeutet dies einen Zusatzaufwand am Injektor aufgrund der mehreren Bauteile und der größer zu dimensionierenden Verbindungskomponenten. Eine Konfiguration mit 4 Leitungen ist bspw. in Fig. 1 gezeigt.

In einer ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Modifikation dieser Form sind die Schalterkontakte nicht direkt zugänglich oder isoliert in dem Gehäuse des Injektors angeordnet. Eine solche Darstellung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierbei ist ein Pol des Schalters mit einem Pin des Injektors oder eines den Injektor betätigenden Magnetventils über einen Widerstand verbunden. Der andere Pol des Schalters ist ferner mit dem Gehäuse des Injektors verbunden. Dabei ist der Injektor selber im Normalfall mit der Masse verbunden, die bei einem Einsatz im Fahrzeug beispielsweise der Motorblock sein kann. In einer solchen Umsetzung führen nur zwei Kabel bzw. Leitungen aus dem Gehäuse. In einem Normalbetrieb wird eine Spannung an den Injektor bzw. das den Injektor betätigende Magnetventil angelegt, wodurch eine mechanische und/oder hydraulische Bewegung der Düsennadel ausgelöst wird. Das Abheben bzw. Aufsetzen der Düsennadel wiederum öffnet bzw. schließt den Schalter. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass durch Wegnahme der Spannung der Schalter geschlossen wird.

Problematisch bei dieser Art der Zustandserfassung ist, dass zwischen einem Anlegen / Wegnehmen der Spannung an dem Injektor bzw. dem Magnetventil und der Schalterauslösung, also dem Bewegen der Düsennadel aus ihrem Sitz oder in ihren Sitz zurück, ein unbestimmter Zeitverzug liegen kann, der sogenannte Öffnungsverzug bei Anlegen der Spannung und Schließverzug bei Wegnehmen der Spannung, da die mechanische und/oder hydraulische Bewegung der Düsennadel eine gewisse Trägheit aufweist. Beim Öffnungsverzug öffnet der Schalter erst nach Anlegen der Spannung. Durch diesen Öffnungsverzug kann es passieren, dass die Bestromung bereits beendet ist, wenn der Schalter öffnet. Beim Schließverzug schließt der Schalter erst mit einer gewissen Verzögerung nach dem Ende der Bestromung. Ungeachtet der oben aufgeführten Nachteile bietet es sich für eine Detektion des Schalterzustands an, die an der Eingangsleitung und/oder der Ausgangsleitung anliegende Spannung zu messen, da diese einen Rückschluss auf einen Einspritzzustand oder einen geschlossenen Zustand des Injektors zulässt. Dabei muss man berücksichtigen, dass der Schalter nicht mit hohen Strömen belastet werden kann und aus Effizienzgründen mit Hilfe eines Widerstands auf ein paar wenige mA begrenzt wird.

Im bestromten Zustand wird über die Spule, die in der Regel das Stellelement der Düsennadel ist, ein Magnetfeld aufgebaut, welches mit einer Verzögerung, dem Öffnungsverzug, eine Injektion induziert. Diese Einspritzung ist mit einem Öffnen des Schalters gleichzusetzen. Nach Ende der Bestromung wird das Magnetfeld abgebaut, worauf die Einspritzung mit einer Verzögerung, dem Schließverzug, endet. Dies bedeutet ein Schließen des Schalters im Injektor.

Durch das Schließen und Öffnen des Schalters wird das Signal an dem spannungseitigen Kontakt, der high side HS, und dem niederspannungsseitigen Kontakt, der low side LS, verändert. Diese Signaländerung kann mittels einer Spannungsmessung in der Auswerteeinheit detektiert werden.

Die Änderung beim Öffnen des Schalters dient zur Bestimmung des Einspritzstarts und das Schließen des Schalters gibt das Ende der Einspritzung an.

Da sich die Auswerteeinheit für eine solche Zustandsdetektion in der Regel in einem Steuergerät eines Motors befindet, dem sogenannten ECU (engl.: electronic control unit), ist es von Vorteil, wenn die Signaldetektion des Injektors mit einer Vielzahl von auf dem Markt befindlichen ECUs kompatibel ist. Da die Pins eines ECUs aber teilweise nur eine Spannungsmessung an der Ausgangsseite oder der Eingangsseite des Injektors zulassen, ist es von Vorteil eine Umsetzung vorzusehen, die eine Zustandsdetektion ermöglicht und dabei eine Spannungsmessung an lediglich einem Kontakt des Injektors vornimmt. Vorzugsweise ist hierbei die low side LS zu wählen.

Da sich von außen eingetragene Störeinflüsse nur bei einer aufwändigeren differentieller Messung aufheben, kommt es bei der Messung an nur einem Kontakt zu einer Überlagerung des Nutzsignals mit Störungen, was die Erfassung des mit einem Zustandswechsel des Schalters in Verbindung stehenden Spannungssignals erschwert.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend aufgeführten Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Injektors vorzusehen, welche gegenüber dem bekannten Stand der Technik vorteilhaft ist. Dies gelingt mit einer Vorrichtung, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weitere vorteilhafte Ausführungen sind dabei in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine klare Detektion des Schalterzustands auch in verrauschten Umgebungen, die zu Schwankungen in dem zu detektierenden Signal führen. Zudem ist es mit der Erfindung weiterhin möglich, einen Injektor mit lediglich zwei zu betreiben. Das Vorhandensein eines dritten oder gar eines vierten Leitungskabels ist trotz der Zustandserfassung nicht erforderlich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Kraftstoffinjektors umfasst einen Injektor zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorbrennraum, einen durch ein Injektorgehäuse und eine Injektordüsennadel gebildeten Schalter, der in Abhängigkeit von einem geschlossenen oder offenen Zustand des Injektors seinen Schaltzustand verändert, eine Eingangsleitung zum Zuleiten von Energie an ein die Düsennadel in ihren beiden Zuständen verstellendes Stellelement, eine Ausgangsleitung zum Ableiten von Energie von dem Stellelement, und eine Auswerteeinheit zum Erfassen des Schaltzustands des Schalters, wobei ein erster Schalterkontakt des Schalters mit einer elektrischen Eingangsleitung des Injektors verbunden ist, ein zweiter Schalterkontakt des Schalters mit Masse verbunden ist, und die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, eine Signalmessung, insbesondere eine Spannungsmessung an der Eingangsleitung und/oder einer Ausgangsleitung vorzunehmen, um auf einen Schalterzustand zu schließen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalfilter vorhanden, das nur passive Bauteile umfasst und zwischen der Auswerteeinheit und der Eingangsleitung und/oder zwischen der Auswerteeinheit und der Ausgangsleitung des Injektors geschaltet ist, um ein durch das Schalten des Schalters erzeugtes Signal hervorzuheben.

Nach einer optionalen Modifikation ist vorgesehen, dass der Injektor ferner mit einer die Auswerteeinheit umfassenden elektronischen Steuereinheit versehen ist, die mit einem ersten Anschluss mit der Eingangsleitung und mit einem zweiten Anschluss mit der Ausgangsleitung verbunden ist und dazu ausgelegt ist, an der Eingangsleitung eine gegenüber der Ausgangsleitung höhere Spannung, insbesondere eine Versorgungspannung, zum Betätigen des Stellelements anzulegen, wobei vorzugsweise die Spannungsdifferenz zwischen Eingangsleitung und Ausgangsleitung 12V, 24V oder 48V beträgt.

Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der erste Schalterkontakt über einen Widerstand mit der Eingangsleitung des Injektors verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine zu detektierender Spannungsvariation bei einem Schließen oder Öffnen des Schalters.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Schalterkontakt mit derselben Masse wie der den Injektor ansteuernde elektrische Kreis verbunden ist, vorzugsweise ist die Masse die Karosserie oder ein Motorblock eines Fahrzeugs.

Weiter kann nach der Erfindung vorgesehen sein, dass der Injektor und der Schalter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das eine Eingangsleitung, eine Ausgangsleitung und einen Masseanschluss umfasst und vorzugsweise keine weiteren Anschlüsse für elektrische Signale besitzt.

Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Stellelement ein Magnetventil ist, das vorzugsweise dazu ausgelegt ist, eine Zustandsänderung des Injektors durch Ausheben oder Absetzen der Düsennadel hervorzurufen, was wiederum eine Zustandsänderung des Schalters bewirkt.

Weiter kann nach der Erfindung die Auswerteeinheit eine Signalmessung, insbesondere eine Spannungsmessung entweder an der Eingangsleitung oder der Ausgangsleitung vornehmen, um auf einen Schalterzustand zu schließen, wobei vorzugsweise die Signalmessung der Auswerteeinheit an der Ausgangsleitung stattfindet. Dabei kann die Eingangsleitung die HS, also die Leitung, an welcher eine hohe Spannung angelegt ist, und die Ausgangsleitung die Niederspannungsseite LS, also die Leitung, an welcher eine niedrigere Spannung anliegt, sein. Über die HS wird der Stromfluss gesteuert.

Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die passiven Bauteile zum Bilden des Signalfilters Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Oszillatoren oder Trimmer sind. Ein Vorteil hierbei ist, dass die Kombination der passiven Bauelemente keine weiteren Spannungsniveaus als die bereits Vorliegenden (bspw. die Versorgungsspannung) benötigt. Hierdurch ergibt sich kein Mehraufwand durch etwaige Generierung einer stabilen Steuerspannung. Zumal diese auch gegenüber Störeinflüssen abgesichert werden müsste.

Nach einer optionalen Fortbildung kann vorgesehen sein, dass das Signalfilter ein Pull-Up-Widerstand und/oder ein Pull-Down-Widerstand umfasst oder ist, um eine Verstärkung der Spannungsänderung, die an der Auswerteeinheit detektiert wird, zu bewirken. Durch das Vorsehen eines Pull-Up-Widerstands und/oder ein Pull- Down-Widerstands ist es möglich, den durch das Schalten des Schalters erzeugten Signalpegel zu vergrößern. Da die auf der zu messenden Leitung befindlichen Störungen keine entsprechende Vergrößerung erfahren, steigt das SNR (Signal- Rausch-Verhältnis) und ermöglicht eine verlässlichere Detektion eines Schaltzustands des Schalters und somit auch des Injektors.

Dabei kann ein von der Eingangsleitung oder Ausgangsleitung abgehender Pull- Up-Widerstand mit einer Versorgungsspannung verbunden sein, so dass bspw. ein Öffnen des Schalters bei einem in der Ausgangsleitung angeordneten Pull-Up- Widerstand zu einem Ansteigen des Signalpegels auf das Niveau der Versorgungspannung führt. Ist dieses Niveau für eine Detektion der Auswerteeinheit zu hoch kann mittels eines weiteren zur Masse hin verbundenen Widerstands, der in Reihe zum Pull-Up- Widerstand geschaltet ist, ein Spannungsteiler erzeugt werden, der mit einer geeigneten Dimensionierung der Widerstandswerte ein gewünschtes Spannungsniveau bei einem offenen Schalter ermöglicht

Nach der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Signalfilter in einer zur Eingangsleitung führenden Verkabelung oder in einer von der Ausgangsleitung wegführenden Verkabelung integriert ist, vorzugsweise dabei in einem Kabelbaum angeordnet ist.

Durch die Möglichkeit das Signalfilter auch in einem Kabelbaum oder in der entsprechenden Verkabelung der Eingangsleitung oder der Ausgangsleitung vorzusehen, ist es möglich, das Filter auch nachträglich zu integrieren, wobei ein Tausch des Injektors dabei nicht notwendig ist.

Es kann auch vorgesehen sein, dass das Signalfilter in einer elektronischen Steuereinheit angeordnet ist, wobei nicht jede Steuereinheit über Kapazitäten zum Umsetzen oder nachträglichen Flinzufügen des Signalfilters verfügt. Aus diesem Grund kann es daher manchmal von Vorteil sein, wenn das Signalfilter lediglich aus passiven Bauelementen besteht und auch in der Verkabelung angeordnet werden kann. Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Injektor ein Common-Rail- Injektor ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Varianten

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aufgrund der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer Zustandsdetektion wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer verringerten Anzahl an Anschlussleitungen und einer Zustandsdetektion,

Fig. 3: eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der ein

Kraftstoff! njektor für eine Zustandsinjektion mit einem Signalfilter versehen ist,

Fig. 4: eine vergrößerte Darstellung des Signalfilters, wie sie beispielsweise in der Fig. 3 zum Einsatz kommt,

Fig. 5: drei verschiedene Darstellungen zum Verbessern des zu detektierenden

Signals durch eine Amplitudenerhöhung oder das steilere Ausführen der vorlaufenden Flanke, und Fig. 6: eine erfolgte Filterung des zu detektierenden Signals an der

Niederspannungsseite eines Injektors mit einem Pull-Up-Widerstand.

Die Fig. 1 wurde bereits im einleitenden Teil der Beschreibung erläutert. Dabei zeigt das Bezugszeichen 2 einen Kraftstoffinjektor, der über insgesamt vier nach außen geführte Anschlussleitungen verfügt. Die Eingangsleitung 4 steuert dabei ein Stellelement 8 an, das eine Düsennadel aus ihrem Düsennadelsitz ausheben kann. Für ein Schließen eines Stromkreises ist dabei auch die Ausgangsleitung 5 erforderlich, sodass das beispielsweise das als Spule ausgeführte Stellelement 8 eine Magnetkraft auf die Düsennadel bewirken kann.

Um nun einen Zustand zu detektieren, ob die Düsennadel sich in ihrem Düsennadelsitz befindet, wird die Düsennadel zusammen mit dem zugehörigen Düsennadelsitz als Schalter 3 genutzt, wobei die beiden Schalterkontakte (Düsennadel und Düsennadelsitz) jeweils über eine separate Leitung nach außen zum Injektor 2 geführt sind. Nachteilig hieran ist, dass zur Detektion eines Schalterzustands separate Leitungen erforderlich sind, die die Anzahl der Pins weiter erhöhen. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiterentwickelten Injektors 2, der über eine integrierte Zustandsdetektion verfügt. Die Kontakte des Schalters 3 sind hierbei nicht direkt zugänglich, da ein Pol des Schalters 3 mit der Eingangsleitung 4 verbunden ist und der andere Pol des Schalters 3 zur Masse 10 geführt wird. Dies wird in der Regel so ausgeführt, dass der Injektor 2 selber mit der Masse 10 des Motorblocks verbunden ist. Im Normalbetrieb wird eine Spannung an dem Stellelement 8, das in der Regel ein Magnetventil ist, angelegt, welches eine mechanische und/oder hydraulische Bewegung der Düsennadel bewirkt und damit den Schalter 3 öffnet. Durch Wegnahme der Spannung wird der Schalter 3 wieder geschlossen.

Um nun den Schalterzustand detektieren zu können, muss die Spannung bzw. eine sehr kleine Spannungsveränderung an den Injektorkontakten 4, 5 gemessen werden.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einem Injektor 2, einen Filter 7 und einer Auswerteeinheit 6, die auch in eine elektronische Steuereinheit (ECU) integriert sein kann. Über die beiden Anschlüsse FIS (high side) und LS (low side) wird der Injektor 2 betrieben. Im bestromten Zustand wird über das Stellelement 8 ein Magnetfeld aufgebaut, welches mit einer Verzögerung, den Öffnungsverzug, das Abheben der Düsennadel aus ihrem Düsennadelsatz bewirkt und so eine Injektion auslöst. Die Einspritzung ist dabei mit einem Öffnen des Schalters 3 gleichzusetzen. Nach Ende der Bestromung wird das Magnetfeld abgebaut, woraufhin die Einspritzung mit einer Verzögerung, dem Schließverzug, endet. Dies bedeutet ein Schließen des Schalters 3 im Injektor 2. Durch das Schließen und das Öffnen des Schalters 3 wird das Signal an der Eingangsleitung 4 und der Ausgangsleitung 5 verändert. Diese Signaländerung kann mittels einer Spannungsmessung in der Auswerteeinheit 6 detektiert werden. Die Änderung beim Öffnen des Schalters 3 dient zur Bestimmung des Einspritzstarts und das Schließen des Schalters 3 gibt das Ende der Einspritzung an. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Spannung lediglich an der Ausgangsleitung 5 (beziehungsweise der LS) des Injektors 2 gemessen werden muss, da dann keine differenzielle Messung erforderlich ist, sodass weniger komplexe Auswerteeinheiten 6 für eine Zustandsdetektion genutzt werden können. Da sich, wie bereits im einleitenden Teil ausgeführt, Störeinflüsse, welche die Pegelerfassung erschweren können, nur bei differenzieller Messung aufheben, kommt es bei einer Messung an nur einem Kontakt, beispielsweise an dem Ausgangskanal 5 zu einer Überlagerung des Nutzsignals mit den Störungen. Um diese Störungen nun zu filtern, ist das Signalfilter 7 vorgesehen. Fig. 4 zeigt eine mögliche Kombination aus Bauteilen zur Verbesserung der Signalqualität beziehungsweise zum Filtern des gewünschten Signals. Dabei sind hierfür passive Bauelemente zu wählen, um den Steuerungsaufwand möglichst gering zu halten. In der Figur wird der Filter 7 exemplarisch auf der Low Side angewandt, wobei es dem Fachmann jedoch klar ist, das ein entsprechend modifiziertes Filtern auch auf der High Side angewandt werden kann, wenn dies gewünscht ist.

Man erkennt, dass auf der Low Side, also dem Ausgangskanal 5 des Injektors, ein Pull-Up-Widerstand 11 vorgesehen ist, der den Ausgangskanal 5 mit der Versorgungsspannung Vcc verbindet. So kann mittels einer Filterung des Nutzsignals eine deutliche höhere Signalamplitude erzielt werden, was beispielsweise in Fig. 5 auf der linken Seite zu erkennen ist. Eine Alternative dazu findet sich in der mittleren Darstellung, bei der nicht das Nutzsignal gehoben, sondern der Betrag des Trägersignals gesenkt wird. Auch hier ergibt sich somit ein deutlicher Signalhub. Die rechte Darstellung in Fig. 5 beinhaltet eine dritte Variante zur Signaloptimierung, bei der nicht etwa die Amplitude erhöht, sondern ein steilerer Flankenanstieg beim Schaltvorgang initiiert wird. Basierend auf die in der Auswerteinheit hinterlegte Steuerlogik kann eine oder eine Kombination der drei in Fig. 5 dargestellten Methoden zielführend sein, um zu einer gewünschten Filterung des Zielsignals zu kommen. Fig. 6 zeigt die Schaltvorgänge des Injektors 2 und die zugehörige Veränderung der Spannung auf der Ausgangsleitung 5 beziehungsweise der Low Side. Durch das Anheben der Düsennadel öffnet der Schalter 3 und der Kontakt über den internen Widerstandinjektor zur Masse befindet sich im Leerlauf. Hierdurch erfolgt ein Anheben des Potentials an der Ausgangsleitung 5, wo mit Hilfe eines davon abgehenden Widerstands 11, der zur Versorgungsspannung Vcc führt, der Signalhub erhöht wird.

Das Widerstandsverhältnis der beschriebenen Seiten wird durch die verwendete Auswerteeinheit 6, die auch in eine Steuereinheit ECU integriert sein kann, bestimmt. Einschränkungen ergeben sich hierbei durch die internen Schaltungen im Steuergerät oder der Auswerteeinheit 6. Da die vorgesehenen Bestandteile des Filters 7 letztlich lediglich mit Masse 10 und Versorgungsspannung Vcc arbeiten, ist keine weitere Quelle zur Umsetzung des Filters 7 notwendig. Dadurch kann das Filtern auch in einem Kabelbaum angeordnet werden und ist somit äußerst leicht nachzurüsten. Gibt es hingegen Auswerteeinheiten 6 oder Steuereinheiten, die eine Spannungsdetektion nur in einen bestimmten Spannungsbereich vornehmen können, lässt sich ergänzend zu dem Pull-Up-Widerstand 11 ein dazu passender Spannungsteiler mittels eines von der Ausgangsleitung 5 abgehenden weiteren Widerstands 12 erstellen, der zur Masse 10 geschaltet ist. Diese Konfiguration ist in Fig. 4 dargestellt. Öffnet nun der Schalter 3 und ist das Stellelement 8 eine Spule, wird aufgrund des Spannungsteilers bestehend aus dem Pull-Up-Widerstand 11 und dem weiteren Widerstand 12 ein definierter Spannungswert an dem Ausgangskanal 5 anliegen.

Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist, dass sie die Signalqualität bei einer Einpunktmessung eines Injektors verbessert. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, da die Einpunktmessung eine einfache Anpassung auf unterschiedlichen Steuereinheiten verschiedener Hersteller ermöglicht, da die meisten Steuereinheiten mindestens einen Kontakt für die Ansteuerung des Injektors auf ihr Spannungsniveau überwachen können. Zudem bietet die vorgestellte Lösung den Vorteil, dass sie sowohl in der Steuereinheit realisierbar ist aber auch bei einer fehlenden internen Ressource der Steuereinheit nachträglich in den Kabelbaum integrierbar ist. Durch die Kombination dieser Ansätze kann das Signalrauschverhältnis erhöht werden, wodurch auch bei einer geringeren Auflösung der Spannungsdetektion eine sichere Zustandserfassung des Schaltvorgangs realisiert werden kann.

Weiter ist von Vorteil, dass die Verwendung von passiven Bauelementen keine weiteren Spannungen als die bereits vorliegenden benötigt. Hierdurch ergibt sich kein Mehraufwand durch das zusätzliche Vorsehen einer stabilen Steuerspannung, welche zudem auch gegenüber Störeinflüssen abgesichert werden müsste. So reicht es bei einer exemplarischen Variante zur Vergrößerung der Signalhubamplitude beim Schalten den LS-Kontakt über einen Widerstand 11 mit der Versorgungsspannung zu verbinden. In der erfindungsgemäß ausgeführten Schaltung wird allgemein ausgedrückt eine Kombination aus passiven Bauteilen unter Benutzung von Versorgungsspannung und Masse verwendet.