DE3118425C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der den Brenn
räumen eines Dieselmotors zugeführten Kraftstoffmenge.
Eine solche Einrichtung ist aus der nicht vorveröffentlichten
DE-OS 30 32 381 bekannt. Dort wird eine Einrichtung beschrieben, bei
der ein Nadelbewegungsfühler ein Signal erzeugt, das dem Nadelhub
der Einspritzdüse entspricht. Ausgehend von diesem Signal gewinnt
eine Auswerteschaltung je ein Signal, das den Spritzbeginn bzw. das
Spritzende kennzeichnet. Die Auswerteschaltung berechnet aus diesen
Signalen ein, die Dauer der Kraftstoffeinspritzung angebendes,
Spritzdauersignal. Dieses Spritzdauersignal ist ein Maß für die der
Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge. Das so gewonnene Ein
spritzmengensignal kann dann für weitere Regel- und Steuerprozesse
verwendet werden.
Diese Einrichtung besitzt den Nachteil, daß aus dem Signal des Na
delbewegungsfühlers nur ein sehr ungenaues Mengensignal gewonnen
werden kann.
Aus dem Zeitschriftenartikel MTZ, 25, Heft 7, 1964, S. 292-296, ist
ein Meßgerät zur Ermittlung des dynamischen Förderbeginns von Die
selmotoren bekannt. Zur Erfassung des genauen Einspritzbeginns wird
das Ausgangssignal des Drucksensors differenziert und mit einem
Schwellwert verglichen.
Des weiteren ist aus der DE-OS 21 43 676 bekannt,
daß nicht
nur die Höhe des Drucks in einer Kraftstoffleitung zu den
Einspritzventilen für die Diagnose wichtig ist, sondern
auch der Zeitpunkt des Auftretens von Druckimpulsen, der
eine Aussage über den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes
gebe. Das Entsprechende gelte hinsichtlich der Dauer eines
Druckimpulses, woraus sich die Einspritzmenge je Einspritz
vorgang dann ermitteln läßt, wenn man den Einspritzdruck
kennt. Schließlich sei die Frequenz der Druckimpulse ein
Maß für die Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Im Hinblick auf die zunehmend gewünschte Regelung von
Spritzbeginn einer Einspritzdüse bzw. Förderbeginn einer
Einspritzpumpe sowie der eingespritzten Kraftstoffmenge
müssen Anstrengungen unternommen werden, diese Werte mög
lichst exakt zu erfassen. Bei der bekannten Einrichtung
werden zu diesem Zweck die einzelnen Drucksignale unmittel
bar ausgewertet. Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannte
Diagnoseeinrichtung nicht immer und bei allen Betriebszu
ständen zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern vermag,
da z. B. Resonanzerscheinungen in den Druckleitungen und
eingestreute Störungen Meßfehler verursachen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Erfassen der den Brenn
räumen eines Dieselmotors zugeführten Kraftstoffmenge mit
den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor
teil, allzeit genaue Meßergebnisse zu liefern und dadurch
gute Ergebnisse bei der Brennkraftmaschinensteuerung zu er
zielen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung
mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Steuer
systeme einer Diesel-Brennkraftmaschine,
Fig. 2 zwei Zeit
diagrame zum Erläutern der Erfindung und
Fig. 3 eine Ein
zelheit des Gegenstandes von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt in grober Übersichtsdarstellung eine Brenn
kraftmaschine mit Selbstzündung zusammen mit ihren wesent
lichsten elektronischen Steuereinrichtungen. Mit 10 ist die
Brennkraftmaschine selbst bezeichnet, zu der ein Luftansaug
rohr 11 hin- und ein Abgasrohr 12 wegführt. Eine Abgasrück
führleitung ist mit 13 bezeichnet. Der der Brennkraftmaschine
10 zugeführte Anteil von Frischluft und Abgas wird mittels
einer Mischklappe 14 eingestellt, die über eine Abgasrück
führungs-Steuerstufe 15 ihr Ansteuersignal erhält.
Die Brennkraftmaschine 10 wird über eine Kraftstoffpumpe 17
mit Kraftstoff aus einem Tank 18 versorgt. Die Pumpe selbst
weist zwei Steuereingänge 19 und 20 für die Kraftstoffmenge
und den Förderbeginn auf. Entsprechend stehen diese beiden
Steuereingänge 19 und 20 mit den Signalausgängen 21 und 22
einer Mengensteuerstufe 23 und einer Spritzbeginnsteuerstufe
24 in Verbindung.
Für das Ausführungsbeispiel sind als Eingangsgrößen der ge
samten Einrichtung die Drehzahl, die Fahrpedalstellung und
ein Drucksignal betreffend des einzuspritzenden Kraftstoffs
wesentlich. Dementsprechend gelangt das Ausgangssignal eines
Drehzahlsensors 25 zu entsprechenden Eingängen der Abgasrück
führungssteuerstufe 15, der Mengen- und der Spritzbeginn
steuerstufe (23 und 24). Ein Drosselklappenpositionssignal
kommt von einem entsprechenden Sensor 26 und wird auf die
Kraftstoffmengensteuerstufe 23 geschaltet. Ein Druck
sensor 27 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks gibt sein Aus
gangssignal an eine in Verbindung mit Fig. 3 näher zu be
schreibende Signalverarbeitungsstufe 29 ab. Sie besitzt zwei
Ausgänge 30 und 31 für die eingespritzte Kraftstoffmenge und
den Spritzbeginn. Entsprechend stehen diese Ausgänge 30 und
31 mit der Abgasrückführungssteuerstufe 15, der Kraftstoff
mengensteuerstufe 23 und der Spritzbeginnsteuerstufe 24 in
Verbindung. Alle der drei Steuerstufen 15, 23 und 24 weisen
noch zusätzliche Eingänge 32, 33 und 34 auf, über die die
einzelnen Werte zusätzlich noch beeinflußt werden können.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ausgehend vom Druck im Pumpen
element oder in den Kraftstoffleitungen zur Einspritzstelle auf
Spritzbeginn und die eingespritzte Kraftstoffmenge zu schließen.
Fig. 2a zeigt in Kurvenverlauf I einen derartigen Druckver
lauf. Aufgrund der starken Schwankungen, die auf physika
lischen Gegebenheiten beruhen, erweist es sich als erfor
derlich, dieses Drucksignal zu filtern, so daß letztlich
der Kurvenverlauf nach Fig. 2a II ausgewertet wird.
An welcher Stelle in der Kraftstoffleitung der Drucksensor
angebracht wird, ist eine Frage des Abwägens verschiedener
Überlegungen. Werden möglichst zeitexakte Meßergebnisse
gewünscht, dann bringt man den Drucksensor möglichst nahe
der Einspritzdüse an. Wesentlich ist dies vor allem im
Hinblick auf die Spritzbeginnregelung. Auf der anderen
Seite treten bei dieser Einbaustelle Meßverfälschungen im
Drucksensorsignal aufgrund von Druckschwingungen in der
Kraftstoffleitung auf, so daß unter Umständen das Druck
dauersignal kein allzu exaktes Meßsignal für die Kraftstoff
menge liefert.
Auf der anderen Seite ergibt sich für die eingespritzte
Kraftstoffmenge das beste Meßergebnis, wenn der Druckver
lauf am Pumpenelement abgefragt wird. Genau genommen erfaßt
man bei dieser Meßstelle dann die Kraftstofförderung und
nicht so sehr die Kraftstoffzumessung am Einspritzventil
mit dem Unterschied, daß der tatsächliche Spritzbeginn um
eine sehr kleine, wenn auch nicht immer zu vernachlässigen
de Zeit dem Förderbeginn hinterherhinkt.
Der in Fig. 2a dargestellte Druckverlauf entstammt einem am
Pumpenelement angeordneten Drucksensor. Beim speziellen Fall
wird das Signal gefiltert (z. B. mit einer Grenzfrequenz von
0,6 bis 1,0 kHz).
Wesentlich ist nun, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge
über das gefilterte und abgeleitete Drucksignal ermittelt
wird, wobei der Spritzbeginn über einen Schwellwert im dif
ferenzierten Signal und das Spritzende über das Erfassen
des negativen Extremwerts im Signal dp/dt erfaßt wird. Dar
gestellt ist dies in Fig. 2b. Dabei beruht die Erfindung
auf der Erkenntnis, daß am Förderende mit dem Beginn der Ent
lastung (z. B. Öffnen des Absteuerquerschnittes) eine sehr starke
Druckänderung auftritt, die gegenüber den übrigen Druckände
rungen ein Maximum ist.
Der technischen Realisierung dieser Art der Einspritzmengen
erfassung dient das aus Fig. 3 ersichtliche Blockschaltbild
der Signalverarbeitungsstufe 29 von Fig. 1. Dem Drucksensor
folgt hier ein Filter 40, zum Unterdrücken von normalen Kör
schallsignalen, dessen Ausgang zu zwei unterschiedlichen Diffe
renziergliedern 41 und 42 für positive und negative Steigungen
führt. Der Differenzierstufe 41 folgt ein Schwellwertschalter 43
und schließlich eine monostabile Kippstufe 44. Das Ausgangssignal
dieser monostabilen Kippstufe gelangt sowohl zum Ausgang 31 der
Signalerzeugerstufe als auch zum Setz-Eingang eines SR-Flip
flops 45.
Über diesen Zweig der Signalverarbeitung wird der Spritzbe
ginn derart erfaßt, daß entsprechend der Darstellung nach
Fig. 2b ein gewisser Schwellwert im positiven Anteil des
Druckradienten abgefragt wird. Ist dieser Schwellwert er
reicht, dann wird nachfolgend die monostabile Kippstufe 44
getriggert und sie gibt ein entsprechendes Signal am Ausgang
31 als Kennzeichen des Spritzbeginns ab.
Das Ende des Einspritzvorgangs ermittelt man über die zweite
Differenzierstufe 42 für den negativen Druckgradienten, dem
eine weitere Differenzierstufe 46 nachgeschaltet ist. Deren
Ausgangssignal weist entsprechend der Definition der zweiten
Ableitung an der Stelle des höchsten Druckradienten einen
Nulldurchgang auf, der mittels einer Nulldurchgangserfassungs
stufe 47 abgefragt wird und die wiederum eine monostabile
Kippstufe 48 triggert. Ausgangsseitig steht diese monosta
bile Kippstufe 48 mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 45
in Verbindung. Am nichtinvertierenden Ausgang des Flip
flops 45 erhält man dann ein Signal für die Spritzdauer.
Es steht am Ausgang 30 der Signalverarbeitungsstufe 29 von
Fig. 1 zur Verfügung, und es dient bei entsprechender Wer
tung - gegebenenfalls über ein Kennfeld - als Einspritz
mengensignal.
Zweckmäßig ist es auch, das Integral über dem Druckverlauf
zwischen Beginn und Ende der Einspritzzeit zu bilden, was
ebenfalls je nach Ort des Drucksensors ein gutes Mengensig
nal ergibt.
Als Drucksensoren haben sich besonders einfache piezoelektrische
als geeignet erwiesen aufgrund ihrer Unempfindlichkeit, kompak
ten Bauweise und Genauigkeit. Diese Geber liefern bereits ein
differenziertes Signal. Mögliche Nullpunktsdriften dieser Art
Drucksensoren bleiben daher im wesentlichen ohne Belang. In
diesem Zusammenhang hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn dem
piezoelektrischen Drucksensor eine RC-Kombination parallel
geschaltet wird. Insbesondere wird hier an eine Parallel
schaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gedacht.
Meßergebnisse haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung stetige Signale erhalten werden können. Abwei
chungen der Einspritzanlage wie Exemplarstreuung der Pumpe,
Drosselzapfenspiel aufgrund verkokter Düsen und Änderungen
beim Düsenöffnungsdruck hatten kaum einen Einfluß auf das
Meßergebnis.
Claims (8)
1. Einrichtung zum Erfassen der den Brennräumen eines Dieselmotors
zugeführten Kraftstoffmenge mit einem Drucksensor und einer Schal
tungsanordnung, die über Schwellwerte des Druckgradienten den Beginn
und das Ende des Einspritzvorganges eines Pumpenelements erkennt,
mit einer Zeiterfassungsschaltung für die Zeitdauer des Einspritz
vorgangs, wobei ausgehend vom Ausgangssignal des Drucksensors ein
Einspritzmengensignal ermittelt wird, welches zur Steuerung bzw.
Regelung der Abgasrückführrate und/oder der Kraftstoffmenge dient.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drucksensor in der Kraftstoffleitung angeordnet ist.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drucksensor möglichst nahe der Einspritzdüse
angeordnet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drucksensor am Pumpenelement angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Beginn des Einspritzvorganges ein Schwellwert
der ersten Ableitung und als Ende des Einspritzvorganges ein Extrem
wert der ersten Ableitung dient.
6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden An
sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drucksensor ein
Filter nachgeschaltet ist.
7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmesser ein piezoelektri
scher Druckgeber vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß dem piezoelektrischen Drucksensor ein
RC-Glied parallel geschaltet ist.
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