DD201928A5 - PROCESS FOR DETERMINING THE START OF INTRODUCTION TO INTERNAL COMBUSTION ENGINES WITH INJECTION PUMPS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Einspritzbeginns fuer Brennkraftmaschinen mit Einspritzpumpen unter Ausnutzung der im Brennstoffoerdersystem ablaufenden physikalischen Prozesse. Die Erfindung ermoeglicht eine einfache, genaue und schnelle Bestimmung des Einspritzbeginns in jeden beliebigen Drehzahl- und Belastungsbereich einer Brennkraftmaschine. Erfindungsgemaess wird die Umlaufzeit eines Punktes mit bekannter Kurbelwellen-Winkelposition gemessen und anschliessend mit Hilfe des aus dem Umlaufzeitwert abgeleiteten unitaeren Kurbelwellen-Winkelausschlages die Winkelposition, des zur Oeffnungszeit der Einspritzduese gehoerenden Signals (B) gegenueber dem Punkt (H) bekannter Kurbelwellen-Winkelposition d.h. der Winkel (alpha) der Voreinspritzung bestimmt.The invention relates to a method for determining the start of injection for internal combustion engines with injection pumps taking advantage of the running in Brennstoffoerdersystem physical processes. The invention enables a simple, accurate and rapid determination of the start of injection in any desired speed and load range of an internal combustion engine. According to the invention, the orbital period of a point with known crankshaft angular position is measured and then, with the aid of the unitary crankshaft angle excursion derived from the orbital time value, the angular position of the signal (B) associated with the opening time of the injection nozzle relative to the point (H) of known crankshaft angular position i. the angle (alpha) of the pilot injection determined.
Description
14 89°55 -1- -237424 14 89 ° 55 -1- 237424
Verfahren zur Bestimmung des EinspritzbeginnsMethod for determining the start of injection
Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Einspritzbeginns an Brennkraftmaschinen mit Einspritzpumpen . ,The invention relates to a method for determining the start of injection of internal combustion engines with injection pumps. .
Charakteristik der bekannten, technischen Lösungen: Characteristics of known, technical solutions:
Wie bekannt, hängt die Leistung und der Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine von der einwandfreien Funktion des Einspritzsystems ab. Die Einspritzpumpe ist erst dann richtig eingestellt, wenn" der Brennstoff in einer bestimmten Winkelposition der Kurbelwelle, d.h. vor dem oberen Tötpunkt des entsprechenden Kolbens in den Zylinder eingespritzt wird,As is known, the performance and the fuel consumption of a combustion engine depends on the proper functioning of the injection system. The injection pump is not properly adjusted until "the fuel is injected into the cylinder in a certain angular position of the crankshaft, ie before the upper dead point of the corresponding piston,
Zur Bestimmung des Einspritzbeginns, bzw. des Öffnungszeitpunkts der Einspritzdüse sind bereits einige. Lösungen vorgeschlagen worden. Demäß der DE-AS 1 913 767 wird zur Kontrolle der Einstellung der Einspritzanlage die Verschiebung des dosierenden Reglerhebels mit einer Meßuhr gemessen. Die DE-AS 2 110 107 schlängt zu diesem Zwecke einen in der Kraftstoffleitung eingebauten und die Strömung des Brennstoffes wahrnehmenden Kontaktgeber vor.To determine the start of injection, or the opening time of the injection nozzle are already some. Solutions have been proposed. Demäß DE-AS 1 913 767 is measured to control the adjustment of the injection system, the displacement of the metering regulator lever with a dial gauge. DE-AS 2 110 107 winds for this purpose a built-in the fuel line and the flow of the fuel sensing contactor.
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Der gemeinsame Mangel der obengenannten Vorschläge besteht darin, daß sie über die beim Einspritzvorgang ablaufenden physikalischen Prozesse und nicht über den tatsächlichen Beginn des Einspritzens informieren. Aus der HU-PS 173 3Ol ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe eines am Düsengehäuse angeordneten Schwingungsfühlers ein Schwingungsbild erzeugt wird und aus dem Schwingungsbild die zum Anschlag des Nadelventils der Einspritzdüse gehörende Schwingung ermittelt wird.The common drawback of the above proposals is that they inform about the physical processes taking place during the injection process and not about the actual start of the injection. From HU-PS 173 3Ol a method is further known in which by means of a vibration sensor arranged on the nozzle housing, a vibration image is generated and from the vibration pattern belonging to the stop of the needle valve of the injection nozzle vibration is determined.
Dieses Schwingungsbild enthält aber neben den beim Anschlag des Nadelventils entstehenden Schwingungssignalen auch Signale, die sich aus den sonstigen Schwingungen (Geräuschen) des Motors ergeben. Die Auswertung eines derart gewonnenen Schwingungsbildes wird auch dadurch erschwert, daß die Schwingungsbilder der Brennkraftmaschinen sehr unterschiedlich sind. Die Frequenz und die Amplitude der Schwingungen hängt immervom Typ, der Drehzahl; und der Belastung des jeweiligen Motors ab. Bei der Prüfung des Einspritzvorganges einer Viertakt-Brennkraftmaschine wurde festgestellt, daß die beim Anschlag des Nadelventils entstehenden Schwingungen von den sonstigen-Schwingungen des Motors hinsichtlich der Amplitude und der Frequenz unterschieden werden können. Aus·der Analyse der in den verschiedenen Drehzahl- und Belastungsbereichen gewonnenen Schwingungsbilder gehr herovr, daß zwar aus dem Schwingungsbild jeder Periode das den Einspritzbeginn anzeigende Schwingungssignal ausgewählt werden kann, dieses aber keineswegs ein den Einspritzbeginn im gesamten Drehzahl- und Belastungsbereich des Motors kennzeichnendes Schwingungssignal darstellt. Beim Vergleich der mit unterschiedlichen Prüfungsparametern erhaltenen Schwingungsbilder kann die Frequenz und Amplitude des auf den Einspritzbeginn hinweisenden Signals in der einen Periode mit der Frequenz und Amplitude des Störsignals der anderen Periode übereinstimmen, was bei der Auswertung zu einm Fehler führen kann.However, this vibration pattern also contains, in addition to the vibration signals generated at the stop of the needle valve signals resulting from the other vibrations (noise) of the engine. The evaluation of a vibration image obtained in this way is also hindered by the fact that the vibration patterns of the internal combustion engines are very different. The frequency and the amplitude of the vibrations always depends on the type, the speed; and the load of the respective engine. When testing the injection process of a four-stroke internal combustion engine, it was found that the vibrations arising at the stop of the needle valve can be distinguished from the other vibrations of the engine in terms of amplitude and frequency. From the analysis of the vibration patterns obtained in the various speed and load ranges, it can be seen that the vibration signal indicating the start of injection can be selected from the vibration pattern of each period, but this is by no means a vibration signal characterizing the start of injection over the entire engine speed and load range , When comparing the vibration patterns obtained with different test parameters, the frequency and amplitude of the signal indicative of the start of injection in one period may coincide with the frequency and amplitude of the noise of the other period, which may lead to error in the evaluation.
Ein weiterer Hangel der bekannten Vorschläge besteht darin, daß die erforderlichen Messungen bei jedem Zylinder separat durchzuführen sind. Hierzu muß die Einspritzanlage zerlegt und ein recht hoher Aufwand an Zeit und qualifiziertes Personal zur Verfugung gestellt werden.Another hangel the known proposals is that the required measurements are carried out separately for each cylinder. For this purpose, the injection system must be disassembled and a fairly high amount of time and qualified personnel will be provided.
Ziel der Erfindung :_Object of the invention:
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der aufgezeigten Mangel.The aim of the invention is the elimination of the indicated defect.
's .'s.
Da^rIe^un^ des Wejsen S1 der Erf indung ι Since ^ rie ^ un ^ of Wejsen S 1 f He indung ι
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Öffnungszeitpunkt von Einspritzdüsen in einem beliebigen Drehzahl- und Belastungsbereich eine?? Brennkraftmaschine-auf eine industriell verwertbare Weise, wesentlich einfacher und genauer bestimmt werden kann.The invention has for its object to provide a method with which the opening time of injectors in any speed and load range ?? Internal combustion engine-in an industrially usable way, much easier and more accurately determined.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zuerst die Uralaufzeit eines Punktes der Kurbelwelle mit bekannter Winkelposition „gemessen ,wird und mit Hilfe des Zeitwertes der aus dem UmlaufZeitwert abgeleiteten Kurbelwellen-Winkeleinheit die Winkelposition des zur Öffnungszeit der Einspritzdüse gehörenden Signals (,B). gegenüber dem Punkt (H) bekannter Winkelposition der Kurbelwelle, d.h. der Winkel ( Jj) der Voreinspritzung beistimmt werden.According to the invention the object is achieved in that first the Uralaufzeit a point of the crankshaft with known angular position "measured, and with the aid of the time value derived from the circulating time crankshaft angle unit, the angular position of the opening time of the injector associated signal (, B). relative to the point (H) of known angular position of the crankshaft, ie the angle ( Jj) of the pilot injection be agreed.
Der wichtigste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit dem Signal eines einzigen Punktes der Kurbelwelle - dessen Winkelposition gegenüber dem oberen Totpunkt bekannt ist - der Einspritzbeginn der Düsen bie jedem beliebigen Zylinder der Motors einfach bestimmt werden kann, Als Punkt bekannter Winkelposition kann der obere Totpunkt des Kolbens im Zylinder gewählt werden.The most important advantage of the method according to the invention is that with the signal of a single point of the crankshaft - the angular position relative to the top dead center is known - the start of injection of the nozzle bie arbitrary cylinder of the engine can be easily determined as a point known angular position, the upper Dead center of the piston in the cylinder can be selected.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann ein besonders genaues Meßergebnis erzielt werden, wenn aus dem Schwingungsbild eines am Motor, vorzugsweise.am Düsengehäuse, angeordneten Signalgebers nur die beim öffnen der Einspritzdüse, d.h. die zum Beginn des Einspritzvorganges entstehenden Schwingungen ausgewertet werden und der übrigbleibende Teil des Schwingungsbereiches unberücksichtigt bleibt. Aus diesem eingeschränkten Schwingungsbereichteil wird das erste Schwingungssignal - dessen Amplitude den vorzugsweise auf einem Komparator eingestellten Pegel übertrifft - als Öffnungszeitpunkt der Einspritzdüse gewählt. Auf diese Weise kann das "den Einspritzbeginn anzeigende Signal (B) mit höchster Sicherheit ausgewählt werden, da der geprüfte, eingeschränkte Schwingungsbereich nur vernachlässigbare Störsignale ervthält· Es ist ferner von Vorteil, daß das Einspritzsystera des Motors zur Durchführung des Verfahrens nicht zerlegt werden muß.According to a development of the invention, a particularly accurate measurement result can be achieved if from the oscillation pattern of a motor, preferably.am nozzle housing, arranged signal generator only when opening the injector, i. the vibrations occurring at the beginning of the injection process are evaluated and the remaining part of the oscillation range is disregarded. For this restricted vibration part, the first vibration signal whose amplitude exceeds the level preferably set on a comparator is selected as the opening time of the injection nozzle. In this way, the signal (B) indicating the start of injection can be selected with the utmost security, since the tested, limited oscillation range only provides negligible interference signals. It is also advantageous that the injection cycle of the engine for carrying out the method need not be disassembled.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: ein Schwingungsdiagramm,1 shows a vibration diagram,
Fig. 2:. eine graphische Darstellung des oberenFig. 2 :. a graphic representation of the upper one
Totpunktes und des Einspritzbeginns einer Brennkraftmaschine,Dead center and the start of injection of an internal combustion engine,
Fig. 3: ein Druckänderungsdiagramm der Einspritzleitung, "" .3 shows a pressure change diagram of the injection line, "".
Fig. 4: ein Diagramm der Verschiebung der Düsennadel.4 shows a diagram of the displacement of the nozzle needle.
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Bei s p^i el 1 . "In s p ^ i el 1. "
Der Öffnungszeitpunkt der Einspritzdüsen, bzw. der Einspritzbeginn wurde nach der Erfindung an einem Achtzylinder-Dieselmotor bestimmt. Zu diesem Zwecke wurde am Düsengehäuse des Motors ein an sich bekannter Schwingungsfühler angeordnet, der ein zu den mechanischen Schwingungen proportionales elektrisches Signal abgibt.The opening time of the injectors, or the start of injection was determined according to the invention of an eight-cylinder diesel engine. For this purpose, a per se known vibration sensor was arranged on the nozzle housing of the engine, which emits an electrical signal proportional to the mechanical vibrations.
Als Punkt bekannter. Kurbelwellen-Winkelstellung wurde der obere Totpunkt (H) des Kolbens im ersten Zylinder gewählt. In diesem Punkt wurde mit einem.an sich bekannten Umdrehungsfühler ein elektrisches Signal erzeugt. Der Umdrehungsfühler wird am Umfang einer an der Hauptwelle befestigtten Scheibe (oder am Schwungrad) angeordnet und arbeitet mit einem bekannten Signalaktivator zusammen, der an einer dem oberen Totpunkt des ersten Zylinders entsprechenden Stelle der Scheibe bzw. des Schwungrades befestigt ist.As a known point. Crankshaft angular position has been chosen top dead center (H) of the piston in the first cylinder. At this point, an electrical signal was generated with a known revolution sensor. The revolution sensor is disposed on the periphery of a disk (or flywheel) secured to the main shaft and cooperates with a known signal activator mounted on a location of the disk or flywheel corresponding to the top dead center of the first cylinder.
In Fig. 1 ist ein Teil des vom Signalgeber erzeugten Schwingungsbereiches dargestellt. Der geprüfte, eingeschränkte Schwingungsbereichteil ist mit dem .Bezugszeichen 1; der obere Totpunkt mit 2; die Stelle des beim Anschlag der Düse entstehenden Signals (b) auf der horizontalen Zeitachse mit 3 gekennzeichnet.In Fig. 1, a part of the vibration generated by the signal generator is shown. The tested, restricted vibration section is denoted by the reference 1; the top dead center with 2; the location of the signal (b) produced when the nozzle stops is marked 3 on the horizontal time axis.
Der Anfang des geprüften, eingeschränkten Schwingungsbereichteils trägt die Positionsnumraer 4 und liegt zwischen 30 bis 60 vor dem oberen Totpunkt. Im vorliegenden Fall wurden gewählt. Wie aus dem Obigen eindeutig hervorgeht, bestimmt das den Einspritzbeginn repräsentierende Anschlagsschwingungssignal (B) mit größter.Sicherheit und Genauigkeit den Öffnungszeitpunkt der Einspritzdüse, d.h. den Einspritzbegi-nn. Auf diese Weise stehen nun das Signal (B) des Einspritzbeginns und das Signal (H) des oberen Totpunktes zur Verfügung. Nun muß die relative Winkelposition derselbenThe beginning of the tested, restricted vibration portion carries the position Numra 4 and is between 30 to 60 before top dead center. In the present case were elected. As is clear from the above, the stop vibration signal (B) representing the start of injection determines the opening timing of the injection nozzle with utmost safety and accuracy. the injection start. In this way, the signal (B) of the start of injection and the signal (H) of top dead center are now available. Now the relative angular position of the same must
bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Umlaufzeit des Punktes mit bekannter Winkelposition (im vorliegenden Fall der obere Totpunkt) auf an sich bekannte Weise gemessen und anschließend mit Hilfe des aus dem Zeitwert je Umdrehung abgeleiteten unitären Kurbelwellen-Winkelausschlags die Winkelposition (<£) des Signals (B) des Einspritzbeginns gegenüber dem Signal (H) des oberen Totpunktes, d.h. der Winkel der Voreinspritzung auf der Grundlage folgender Gleichung bestimmt:be determined. For this purpose, the rotation time of the point with known angular position (top dead center in the present case) is measured in a manner known per se and then the angular position (<£) of the signal (B ) is determined by means of the unitary crankshaft angular excursion derived from the time value per revolution ) of the start of injection with respect to the signal (H) of top dead center, ie the angle of the pre-injection based on the following equation:
o6 360 , daraus ergibt sich: o6 360 , it follows:
* T qO t 360°* T qO t 360 °
T-T-
T = die Dauer eines vollen Umlaufes (see); und t = die- zwischen dem Erscheinen der Signale 3 resp.H ablaufendes Zeitspanne ist.T = the duration of a full round (see); and t = the time elapsing between the appearance of the signals 3 and H, respectively.
Aus Fig. 2 ist die Position der zum ersten Zylinder (1) gehörenden Signale (H) des oberen Totpunktes und die zu den einzelnen Zylindern gehörenden Einspritzsignale (3) ersicht lich, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Einspritzsignale (B) des I. und des II. Zylinders dargestellt sind. From Fig. 2, the position of the first cylinder (1) belonging signals (H) of the top dead center and belonging to the individual cylinders injection signals (3) ersicht Lich, for reasons of clarity, only the injection signals (B) of I. and the II. cylinder are shown.
Der Voreinspritzwinkel. (ςϋ) des ersten Zylinders"wird auf der Grundlage der vorstehend genannten Zusammenhangs, unter Anwendung bekannter Methoden oder Programme errechnet.The pilot injection angle. (ςϋ) of the first cylinder "is calculated on the basis of the above relationship, using known methods or programs.
Der Voreinspritzwinkel ( oL) des zweiten Zylinders wird im Verhältnis zu den Signalen des oberen Totpunktes des ersten Zylinders bestimmt, da die relative Winkelstellung (ß) der oberen Totpunkte der Zylinder I und II bekannt und konstant sind. Die obige Gleichung ändert sich dann wie folgt:The pilot injection angle ( o L) of the second cylinder is determined in proportion to the signals of the top dead center of the first cylinder, since the relative angular position (β) of the top dead centers of the cylinders I and II are known and constant. The above equation then changes as follows:
/ H L· 4 // HL · 4 /
ν °1 + ß 360° , - ., °ν _ ηιι.ιιιΓι daraus ergibt sxchν ° 1 + β 360 °, -., ° ν _ ηιι . ιιιΓι results from this sxch
t Tt T
(360° - ß°) (wobei ß° = 90°)(360 ° - β °) (where β ° = 90 °)
Der _Voreinspritzwini<el für die Zylinder III-VjlII wird durch die Substituenten des entsprechenden konstanten Wertes von ß errechnet, wobei die Winkel ß durch die Anordnung der Kurbelzapfen der Kurbelwelle bekannt sind«The pre-injection value for the cylinders III-VII is calculated by the substituents of the corresponding constant value of β, the angles β being known by the arrangement of the crankshaft journals. "
Seispiel 2: . . .Example 2:. , ,
Der zu den einzelnen Zylindern gehörende Voreinspritzwinkel (<L) wird auf der Grundlage der in Fig. 2 gezeigten, graphischen Darstellung errechnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch nicht das. beim Anschlag aer Düsennadel entstehende Schwingungssignal als Signal (B) für den Einspritzbeginn verwendet, sondern ein aus einem Diagramm ausgewählter Punkt verwendet, wobei das Diagramm aus der Messung der in der Einspritzleitung herrschenden Druckänderung gewonnen wird. (Fig. 3). Die Druckmessung kann z.B. mittels eines bekannten piezoelektrischen Ouarzdruckgebers vorgenommen werden.The pilot injection angle ( <L) belonging to the individual cylinders is calculated on the basis of the graph shown in FIG. In this embodiment, however, not. Upon abutment aer nozzle needle resulting oscillation signal as a signal (B) is used for the start of injection, but a use of a diagram of selected point, the graph is obtained from the measurement of the pressure prevailing in the injection line pressure change. (Fig. 3). The pressure measurement can be made for example by means of a known piezoelectric Ouarzdruckgebers.
Aus dem Diagramm nach Fig. 3 kann der zum Punkt 3 gehörende Druckwert dadurch erhalten werden, indem man das Ausgangssignal in Abhängigkeit vom jeweiligen Motortyp mit einem bekannten Spannungspegel oder einer Signalform vergleicht.From the graph of Fig. 3, the pressure value associated with point 3 can be obtained by comparing the output signal with a known voltage level or waveform depending on the respective motor type.
Der Voreinspritzvvinkel (<άν) wird im.wesentlichen wieder wie , in Fig. 2 angegeben bestimmt, jedoch rait dem Unterschied., daß in diesem Fall das Signal (B) des Einspritzbeginns ausThe Voreinspritzvvinkel (<άν) is essen.generally again as indicated in Fig. 2, but rait the difference., That in this case the signal (B) of the injection start from
dem Versche[xbungsdiagramm des Düsennadel ausgewählt wird - Fig. 4. Die Verschiebung der Düsennadel kann mit einem an sich bekannten, nach dem kapazitiven Prinzip arbeitenden Verschiebungsgeber gemessen werden.4). The displacement of the nozzle needle can be measured by means of a displacement sensor known per se and operating on the capacitive principle.
Das den tatsächlichen Einspritzbeginn repräsentierende Signal (B) wird auch hier durch Komparation des Ausgangsslgnals ' auf an sich bekannte Weise bestimmt.The signal (B) representing the actual start of injection is also determined here by comparing the output signal 'in a manner known per se.
Ausgehend von den angeführten Beispielen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andere Weise realisiert werden. In Hinblick darauf, daß während des Einspritzvorganges recht hohe Drücke isi der Brennstoffleitung herrschen (2000 bis 4000 n/cm ), rufen diese auch in der verhältnismäßig dichwandigen Einspritzleitung gut meßbare Deformationen hervor. Die im Einspritzrohr erfolgende Druckänderung ist mit deren Deformation proportional ,- die z.B. mit' einem Dehnungsmeßstreifen kontinuierlich gemessen werden kann. So kann das den Einspritzbeginn anzeigende Signal (B) auch auf diese '.'.'eise ermittelt werden.Based on the examples given, the method according to the invention can also be realized in other ways. In view of the fact that during the injection process quite high pressures arei of the fuel line prevail (2000 to 4000 n / cm), they also cause well measurable deformations in the relatively dichwandigen injection line. The pressure change in the injection tube is proportional to its deformation, e.g. can be measured continuously with a strain gauge. Thus, the signal (B) indicating the start of injection can also be determined for this signal.
Gemäß der im Laufe der Versuche gewonnenen Ergebnisse kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Messung in jedem beliebigen Drehzahl- und Belastungsbereich des Motors schnell, genau und einfach vorgenommen werden.According to the results obtained in the course of the experiments using the method according to the invention, the measurement in any speed and load range of the engine can be made quickly, accurately and easily.
Claims (4)
60 vor dem oberen Totpunkt (H) gewählt wird.ο
60 before top dead center (H) is selected.
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Legal Events
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