DE3105001A1 - Einrichtung zum erfassen von betriebsdaten einer brennkraftmaschine - Google Patents

Einrichtung zum erfassen von betriebsdaten einer brennkraftmaschine

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Description

R- 6790
3.2.1981 Mü/Kn
ROBERT BOSCH GMBH3 TOOO STUTTGART 1
Einrichtung zum Erfassen von Betriebsdaten einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Erfassen von Betriebsdaten einer Brennkraftmaschine mit einem optischen Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist aus der deutschen Patentanmeldung P29O55O6 Pkt. 9 ein Zündbeginnsensor für Brennkraftmaschinen. Er besteht aus einem mit dem Brennraum in Verbindung stehendem opto-elektrischen Wandler, dessen Signale z. B. für die Zündbeginnregelung verwendet werden können.
Der Verarbeitung von optischen Signalen ausgehend von Ereignissen im Brennraum einer Brennkraftmaschine kommt eine immer größere Bedeutung zu, da nur auf diese Weise unmittelbar auf das Betriebsverhalten einer Brennkraftmaschine eingegriffen werden kann. Besonders bedeutsam ist dies im Hinblick auf möglichst sauberes Abgas, die Laufruhe der Brennkraftmaschine sowie den Kraftstoffverbrauch.
Die Verarbeitung der opto-elektrischen Signale bei Brennkraftmaschinen hat sich nun deshalb als äußerst problematisch erwiesen, da die Signalgeber relativ verschmutzungsempfindlich sind und somit die Gefahr einer
Verfälschung der Meßergebnisse vorhanden ist. Darüberhinaus ergeben sich Probleme bezüglich der unterschiedlichen Lichtausbeute je nach Lastzustand.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erfassen von Betriebsdaten einer Brennkraftmaschine mit einem optoelektrischen Sensor wird sichergestellt, daß die Zündsignale unabhängig von Lastzustand und sonstigen Einflußgrößen immer in einer befriedigend verarbeitbaren Form vorliegen. Als Folge davon läßt sich die gewünschte optische Brennraumregelung relativ problemlos realisieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 das Integral der Beleuchtungsstärke aufgetragen über der Einspritzdauer, Figur 2 ein stark vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung, Figur 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Gegenstandes von Figur 2, Figur k ein detailliertes Blockschaltbild zum grobschematischen Gegenstand von Figur 2 und Figur 5 dazugehörige Impulsdiagramme.
Beschr'eibung der Ausführungsbeispiele
Die Ausführungsbeispiele betreffen die optische Brennraumbeobachtung bei Brennkraftmaschinen unabhängig von ihrem Arbeitsprinzip, d. h. selbstzündend oder fremdgezündet. Während beim Benzinmotor die Zündung des Gemischs von der Zündkerze eingeleitet wird und sich dann über das ganze Gemisch im Brennraum fortsetzt, beginnt beim Dieselmotor das optische Signal etwa mit dem Spritzbeginn verzögert um den Entflammungsverzug.
67 9
Bei der optischen Brennraumbeobachtung empfängt ein Fotoaufnehmer Lichtsignale einer Beleuchtungsstärke E mit einem zeitlichen Verlauf E ( cc ) . Dabei ist <x.die ■Winkelangabe für die Kurbelwellenposition. Die absolute Größe der Beleuchtungsstärke E hängt von verschiedenen Parametern ab. Messungen haben ergeben, daß die pro Zyklus eingebrachte Kraftstoffmenge QK den größten Einfluß hat. Figur 1 zeigt qualitativ diesen Zusammenhang. Dort ist die Einspritz dauer ti als zur Kraftstoffmenge proportionalen Größe QK auf der Abszisse aufgetragen. Die Ordinate zeigt den Mittelwert der Integrale des Beleuchtungsstärkeverlaufs aus einer bestimmten Anzahl von Zyklen. Das eingezeichnete schraffierte Streuband ergibt sich aufgrund anderer Parameter, ζ. Β dem Zündzeitpunkt.
Erkennbar ist aus Figur 1 die große Änderungsbreite der Integralwerte in Abhängigkeit von der Einspritzzeit bzw. der Einspritzmenge. Diese Einspritzmenge wiederum steht in unmittelbarem Zusammenhang zum jeweiligen Betriebspunkt, z. B. Leerlauf oder Vollast.
Die Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ermöglicht es, den starken Variationsbereich des Integralwerts des Beleuchtungsstärkeverlaufs nach Figur 1 auszumitteln, um ein konstantes Signal-zu-Rauschverhältnis über den gesamten Betriebsbereich zu erzielen, und um einheitliche Auswertebedingungen zu schaffen.
Figur 2 zeigt in einer Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Einrichtung. Dort ist mit 10 eine in Sperrichtung betriebene Fotodiode bezeichnet, die in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke E ihre Sperrwirkung ändert. Der variable Sperrstrom entspricht dann einem Fotostrom IF, der in einem Instrument 11 angezeigt werden kann. Die Anpassung der Empfindlichkeit geschieht über einen Lastwiderstand 12. Die angegebene Reihenschaltung von Fotodiode 10, Meßinstrument 11 und Lastwiderstand 12 liegt
■ V-I IV. X -j 679 0
dabei zwischen den Polen 13 und 1 it- einer nicht näher dargestellten Betriebsspannungsquelle. Zur variablen Einstellbarkeit ist der Lastwiderstand als Potentiometer ausgebildet und seine Einstellung wird bestimmt vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine oder allgemein, von ihren Parametern.
Der Widerstand 12 kann auch der Rückkopplungswiderstand eines Stromverstärkers darstellen, der an seinem Ausgang ein möglichst von den Betriebspunkten der Brennkraftmaschinen unabhängiges Signal abgeben soll. Dazu ist jedoch eine Änderung der Verstärkung dieses Stromverstärkers über die Einstellung des Widerstandes 12 erforderlich.
Der Zusammenhang zwischen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und Verstärkung V eines Meßkreises mit dem den Widerstand 12 enthaltenden Stromverstärker wird über eine stetige Kennlinie K oder gestufte Kennlinie K, entsprechend der Darstellung nach Figur 3 hergestellt. Dort ist die Abhängigkeit der Verstärkung V über der Einspritzzeitdauer ti in exemplarischer Weise dargestellt. Um ein ständiges Umschalten zu vermeiden, wenn der Einspritzmengenwert gerade einen Schaltpunkt ti, η einnimmt (im Falle der gestuften Kennlinie K) kann eine Hysterese vorgesehen werden.
Ein Vergleich der Darstellungen der Figuren 1 und 3 zeigt die Gegenläufigkeit der beiden Kurven. Das bedeutet insbesondere im Leerlauffall bei schwachem Lichtsignal eine hohe Verstärkung und umgekehrt bei Vollast und den dann vorkommenden starken Lichterscheinungen eine schwache Verstärkung.
Prinzipiell läßt sich die in Figur 3 dargestellte Kurve zu einem mehrdimensionalen Kennfeld erweitern, so daß auch noch andere Einflußgrößen berücksichtigt werden können.
·" "" 3105
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Auswirkungen der Verschmutzung des elektro-optischen Sensors multiplikativ in die Signalverarbeitung einzubeziehen. Diese Verschmutzung wird durch die Bildung des Mittelwerts über mehrere Zyklen und den Vergleich mit einer Sollkurve bzw. eines Sollwerts erfaßt. Dabei ist Em die gemessene Beleuchtungsstärke, so daß im gesteuerten Meßkreis Em proportional V.E ist.
Figur h zeigt im Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Einrichtung. Die Fotodiode 10 besitzt eine optische Verbindung 20 zum Brennraum 21 einer Brennkraftmaschine. Der Sperrstrom IF der Fotodiode 10 gelangt zu einem rückgekoppelten Verstärker 22 mit dem Rückkopplungswiderstand 23· Am Ausgang dieses Verstärkers 22 steht dann das jeweilige Augenblicks-Meßsignal Em zur Verfügung. Es wird in einem nachfolgenden Integrator 2k über einen bestimmten Kurbellwellenwinkel bzw. über eine bestimmte Zyklenanzahl zur Mittelwertbildung aufintegriert. In einer nachfolgenden Vergleichsstufe 25 findet ein Vergleich mit einem Sollwert statt, der ein abgespeicherter Vergangenheitswert des integrierten Meßsignals bei sauberem Brennraumfenster ist. Ausgangsseitig führt eine Leitung 26 von der Vergleichsstufe 25 zu einem Proportionalverstärker 27 und schließlich zu einer Multiplizierstufe 28. Deren Ausgangssignal steuert wiederum den Wert des Rückkopplungswiderstandes 23 im Verstärker 22.
Wesentlich ist nun, daß die Veränderung der Verstärkung V des Verstärkers 22 im Meßkreis dann nicht stattfindet, wenn sich der betreffende Zylinder gerade im Arbeitstakt befindet. Dies deshalb, weil sonst Signalbeeinflussungen auftreten, die von den Auswerteschaltungen fehlgedeutet werden können. Aus diesem Grund muß eine gegebenenfalls wünschenswerte Veränderung in der Dunkelphase des betreffenden Zylinders stattfinden und spätestens vor der Entflammung ( oC ^) enden. Diesem Zweck dient der zweite Eingang der Multiplizierstufe 28, dem
»β
6790
eine Zeit steuerstufe 29 vorgeschaltet ist. Sie gibt Ausgangssignale konstanter Dauer ab, die in der Amplitude von der eingespritzten Kraftstoffmenge QK als der maßgeblichen Einflußgröße auf das optische Signal abhängen und es beginnt beim Auftreten des Kurbelwellenwinkels OC u. Das entsprechende Zeitdiagramm zeigt Figur 5, wobei I den Kurbelwellenwinkel angibt, II Einspritzsignale sowie den Zündzeitpunkt o(z, III das Ausgangssignal der Fotodiode und schließlich IV den zeitlichen Verlauf der Verstärkungsänderung. Der konstante Bereich im Anschluß an das Auftreten eines Zündsignals kennzeichnet gerade denjenigen Bereich - eine gewisse Sicherheit mit eingeschlossen -, in dem keine Änderung der Verstärkung stattfinden soll.
Mit der obenbeschriebenen Anordnung ist es möglich, die Verstärkung eines Meßkreises an unterschiedliche Gegebenheiten anzupassen, so daß ein praktisch normiertes Meßsignal zur Verfugung steht, nachfolgende Auswerteschaltungen müssen dann nicht mehr einen derart großen Arbeitsbereich abdecken, der ohne diese Normierung notwendig wäre. Dies wiederum resultiert in einer relativ guten Störunempfindlichkeit.
Verwendung findet die vorstehend näher beschriebene Einrichtung zum Erfassen von Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine vorwiegend im Zusammenhang mit einer Zündzeitpunktregelung bei Benzinmotoren sowie einer Spritzbeginnregelung bei Dieselmotoren.

Claims (1)

  1. R- 67 9 O
    3.2.1981 Mü/Kn
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
    Patentansprüche
    ( 1 .) Einrichtung zum Erfassen von Betriebskenngrößen einer Brennkraftmaschine mit einem optischen Sensor, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker einer Auswerteschaltung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsverhalten des Verstärkers 22 änderbar ist.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein opto-elektrischer Sensor (Fotodiode 10) für die Brennraumbeobachtung vorgesehen ist.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 22 zur Mittelwertbildung in einer Integrierstufe 2k aufintegrierbar ist.
    k. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung im Übertragungsverhalten des Verstärkers 22 nur während wählbarer Zeiten bzw. Kurbelwellenwinkeln erfolgt.
    *·679 0
    3.2.1981 Mü/Kn
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
    Patentansprüche
    ij Einrichtung zum Erfassen von Betriebskenngroßen einer Brennkraftmaschine mit einem optischen Sensor, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker einer Auswerteschaltung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet; daß das Übertragungsverhalten des Verstärkers 22 änderbar ist.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein opto-elektrischer Sensor (Fotodiode 10) für die Brennraumbeobachtung vorgesehen ist.
    3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 22 zur Mittelwertbildung in einer Integrierstufe 2k aufintegrierbar ist.
    U. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung im Übertragungsverhalten des Verstärwinkes 22 nur während wählbarer Zeiten bzw. Kurbelwellenwinkeln erfolgt.
    6 7 9
    5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß während des Auftretens eines optischen Signals das Übertragungsverhalten des Verstärkers 22 konstant ist.
    6. Einrichtung nach wenigstens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsverhalten des Verstärkers 22 von Betriebskenngroßen abhängig gewählt wird.
    T. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verstärker 22 vorzugsweise während des Leerlauffalls die Verstärkung erhöht und während des Vollastfalles reduziert wird.
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