DE3105001C2

DE3105001C2 -

Info

Publication number: DE3105001C2
Application number: DE3105001A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7130 Muehlacker De Linder; Karl-Otto Dipl.-Ing. Dr. 7500 Karlsruhe De Linn; Winfried Dipl.-Ing. 7145 Markgroeningen De Moser; Klaus Dr. 7146 Tamm De Mueller; Erich Dipl.-Ing. Dr. 7500 Karlsruhe De Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1981-02-12
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE3105001A1; US4468949A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum optischen Erfassen von im Brennraum einer Brennkraftmaschine auftretenden Vorgängen mit einem optischen Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannt ist aus der DE-OS 29 05 506 ein Zündbeginnsensor für Brennkraft maschinen. Er besteht aus einem mit dem Brennraum in Verbindung ste henden opto-elektronischen Wandler, dessen Signale z. B. für die Zündbeginnregelung verwendet werden können.

Aus der US-PS 30 67 610 ist eine Einrichtung zur Bestimmung des Verhältnisses der Augenblickswerte zweier Strahlungsintensitäten des Brennraumgases einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird eine Photozelle eingesetzt, deren Ausgangssignal proportional zur Strah lungsintensität ist. Durch Verstärkung dieses Ausgangssignals in ei nem weitgehend linearen Verstärker wird eine im wesentlichen kon stante Signalamplitude am Ausgang des Verstärkers erreicht.

Der Verarbeitung von optischen Signalen ausgehend von Ereignissen im Brennraum einer Brennkraftmaschine kommt eine immer größere Bedeu tung zu, da nur auf diese Weise unmittelbar auf das Betriebsverhal ten einer Brennkraftmaschine eingegriffen werden kann. Besonders be deutsam ist dies im Hinblick auf möglichst sauberes Abgas, die Lauf ruhe der Brennkraftmaschine sowie den Kraftstoffverbrauch.

Die Verarbeitung der opto-elektronischen Signale bei Brennkraft maschinen hat sich nun deshalb als äußerst problematisch erwiesen, da die Signalgeber relativ verschmutzungsempfindlich sind und somit die Gefahr einer Verfälschung der Meßergebnisse vorhanden ist. Da rübe hinaus ergeben sich die Probleme bezüglich der unterschied lichen Lichtausbeute je nach Lastzustand.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optimale Regelung der Verbrennung im Brennraum einer Brennkraftmaschine zu erzielen, wobei die Ermitt lung der Betriebsdaten der Brennkraftmschine aus der Beleuchtungs stärke im Brennraum erfolgen soll und die großen Unterschiede der Beleuchtungsstärke kompensiert werden sollen.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erfassen von Betriebsdaten einer Brennkraftmaschine mit einem opto-elektronischen 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 Regelung der Verbrennung im Brennraum relativ problemlos realisieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Integral der Beleuchtungsstärke aufgetragen über der Ein spritzdauer,

Fig. 2 ein stark vereinfachtes Schaltbild der erfin dungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung des Gegenstandes von Fig. 2,

Fig. 4 ein detailliertes Blockschaltbild zum grobschematischen Gegenstand von Fig. 2 und

Fig. 5 dazugehö rige Impulsdiagramme.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Ausführungsbeispiele betreffen die optische Brennraumbeobachtung bei Brennkraftmaschinen unabhängig von ihrem Arbeitsprinzip, d. h. selbstzündend oder fremdgezündet. Während beim Benzinmotor die Zün dung des Gemischs von der Zündkerze eingeleitet wird und sich dann über das ganze Gemisch im Brennraum fortsetzt, beginnt beim Diesel motor das optische Signal etwa mit dem Spritzbeginn, verzögert um den Entflammungsverzug.

Bei der optischen Brennraumbeobachtung empfängt ein Foto aufnehmer Lichtsignale einer Beleuchtungsstärke E mit einem seitlichen Verlauf E (α). Dabei ist α die Winkel angabe für die Kurbelwellenposition. Die absolute Größe der Beleuchtungsstärke E hängt von verschiedenen Parametern ab. Messungen haben ergeben, daß die pro Zyklus eingebrach te Kraftstoffmenge QK den größten Einfluß hat. Fig. 1 zeigt qualitativ diesen Zusammenhang. Dort ist die Einspritz dauer ti als zur Kraftstoffmenge proportionale 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 von Änderungen anderer Parameter, z. B. dem Zündzeitpunkt.

Erkennbar ist aus Fig. 1 die große Änderungsbreite der Integralwerte in Abhängigkeit von der Einspritz zeit bzw. der Einspritzmenge. Diese Einspritzmenge wiederum steht in unmittelbarem Zusammenhang zum jeweiligen Betriebs punkt, z. B. Leerlauf oder Vollast.

Die Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs er möglicht es, den starken Variationsbereich des Integral werts des Beleuchtungsstärkeverlaufs nach Fig. 1 auszu mitteln, um ein konstantes Signal-zu-Rauschvrhältnis über den gesamten Betriebsbereich zu erzielen, und um einheit liche Auswertebedingungen zu schaffen.

Fig. 2 zeigt in einer Prinzipdarstellung die erfindungs gemäße 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 Last widerstand 12. Die angegebene Reihenschaltung von Foto diode 10, Meßinstrument 11 und Lastwiderstand 12 liegt dabei zwischen den Polen 13 und 14 einer nicht näher dargestellten Betriebsspannungsquelle. Zur variablen Einstellbarkeit ist der Lastwiderstand als Potentiometer ausgebildet, und seine Einstellung wird bestimmt vom Betriebs punkt der Brennkraftmaschine oder allgemein von ihren Parametern.

Der Widerstand 12 kann auch den 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 Brennkraft maschine und Verstärkung V einen Meßkreises mit dem den Widerstand 12 enthaltenden Stromverstärker wird über eine stetige Kennlinie K oder gestufte Kennlinie K′ entsprechend der Darstellung nach Fig. 3 hergestellt. Dort ist die Abhängigkeit der Verstärkung V über der Einspritzzeitdauer ti in expemplarischer Weise dargestellt. Um ein ständiges Umschalten zu vermeiden, wenn der Einspritzmengenwert gerade einen Schaltpunkt ti, n einnimmt (im Falle der gestuften Kennlinie K′), kann eine Hysterese vorgesehen werden.

Ein Vergleich der Darstellungen der Fig. 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 Fig. 3 dargestellte Kurve zu einem mehrdimensionalen Kennfeld erweitern, so daß auch noch anderen Einflußgrößen berücksichtigt werden können.

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. einem Sollwert erfaßt. Dabei ist E _M die gemessene Beleuchtungsstärke, so daß im gesteuerten Meßkreis E _M proportional zum Produkt aus Verstärkung V und Beleuchtungsstärke E ist.

Fig. 4 zeigt im Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Einrichtung. Die Fotodiode 10 besitzt eine optische Ver bindung 20 zum Brennraum 211 einer Brennkraftmaschine. Der Sperrstrom IF der Fotodiode 10 gelangt zu einem rück gekoppelten Verstärker 22 mit dem Rückkopplungswiderstand 23. Am Ausgang dieses Verstärkers 22 steht dann das jeweilige Augenblicks-Meßsignal E _M zur Verfügung. Es wird in einem nachfolgenden Integrator 24 über einen bestimmten Kurbel wellenwinkel 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 Vergleichs stufe 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 Verände rung in der Dunkelphase des betreffenden Zylinders stattfinden und spätestens vor der Entflammung (α _E) enden. Diesem Zweck dient der zweite Eingang der Multiplizierstufe 28, dem eine Zeitsteuerstufe 29 vorgeschaltet ist. Sie gibt Ausgangssignale konstanter Dauer ab, die in der Amplitude von der eingespritzten Kraftstoffmenge QK als der maßgeb lichen Einflußgröße auf das optische Signal abhängen und beginnen beim Auftreten des Kurbelwellenwinkels α u. Das entsprechende Zeitdiagramm zeigt Fig. 5, wobei I den Kurbelwellenwinkel angibt, II Einspritzsignale sowie den Zündzeitpunkt α z, III das Ausgangssignal der Fotodiode 10 und schließlich IV den zeitlichen Verlauf der Verstärkungs änderung. 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 oben beschriebenen Anordnung ist es möglich, die Verstärkung eines Meßkreises an unterschiedliche Gegeben heiten anzupassen, so daß ein praktisch normiertes Meßsi gnal zur Verfügung 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 Störunempfind lichkeit.

Verwendung findet die vorstehend näher beschriebene Ein richtung zum Erfassen von Betriebskenngrößen einer Brenn kraftmaschine vorwiegend im Zusammenhang mit einer Zünd zeitpunktregelung bei Benzinmotoren sowie einer Spritzbe ginnregelung bei Dieselmotoren.

Claims

1. Einrichtung zum optischen Erfassen von im Brennraum einer Brenn kraftmaschine auftretenden Vorgängen mit einem optischen Sensor, dessen Ausgangssignal über einen Verstärker einer Auswerteeinrich tung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungs verhalten des Verstärkers (22) in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine änderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sen sor ein opto-elektronischer Sensor (Fotodiode 10) für die Brennraum beobachtung vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Verstärkers (22) als Meßsignal zur Mittelwertbildung in ei ner Integrierstufe (24) aufintegrierbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeich net, daß die Änderung im Übertragungsverhalten des Verstärkers (22) nur während wählbarer Zeiten oder Kurbelwellenwinkeln erfolgt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeich net, daß das Übertragungsverhalten des Verstärkers (22) während des Auftretens eines optischen Signals konstant ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich net, daß der mindestens eine Betriebsparameter die Last ist und daß beim Verstärker (22) die Verstärkung bei Leerlauf erhöht und bei Vollast reduziert wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeich net, daß der über mehrere Zyklen gebildete Mittelwert des Meßsignals in einer Vergleichsstufe (25) mit einem abgespeicherten Vergangen heitswert des integrierten Meßsignals bei sauberem Brennraumfenster verglichen wird und das Ausgangssignal der Vergleichsstufe (25) ei nem Proportionalverstärker (27) zugeführt wird.