DE3128238A1

DE3128238A1 - Verfahren und einrichtung zum bestimmen der eingespritzten kraftstoffmenge

Info

Publication number: DE3128238A1
Application number: DE19813128238
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 4060 Viersen Baumgartner; Eckehart Dipl.-Ing. 4150 Krefeld Schmitz; Rainer Dipl.-Ing. 4100 Duisburg Südbeck
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3128238C2; FR2509855B1; GB2104157B; IT1148356B; GB2104157A; FR2509855A1; IT8248813A0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mittels einer über eine Nockenwelle angetriebenen Kolben-Einspritzpumpe eingespritzten Kraftstoffmenge.

Zum Bestimmen der eingespritzten Kraftstoffmenge bzw. des Kraftstoffverbrauchs ist es grundsätzlich möglich, eine Durchflußmengenmessung durchzuführen. Diese ist jedoch insbesondere bei Diesel-Einspritζsystemen nachteilig und ungenau, da zwei Durchflußmengenmessungen für die Vorlaufmenge sowie die Rücklaufmenge und eine anschließende Differenzbildung durchgeführt werden müssen. Da bei Dieselsystemen besonders große Rücklaufmengen vorliegen, führt dieses Meßverfahren zu relativ ungenauen Ergebnissen.

über Nockenwellen angetriebene Kolben-Einspritzpumpen für selbstzündende Brennkraftmaschinen haben im allgemeinen einen stets konstanten Kolbenhub und einen von der jeweiligen Kolbendrehposition abhängigen wirksamen Förderhub. Diese Drehposition bzw. der Förderhub ist mittels einer Regelstange veränderbar. Je nach Lage der Steuerkante eines Pumpenkolbens der Einspritzpumpe fällt der Beginn oder das Ende des Förderhubes mit einer bestimmten Stellung der antreibenden Nockenwelle zusammen, während das Ende bzw. der Anfang des Förderhubes entsprechend der Stellung der Regelstange variabel ist. Grundsätzlich wäre es daher möglich, die Größe des jeweils wirksamen Förderhubes durch Eingriff in die Einspritzpumpe zu erfassen, indem die jeweilige Stellung der Regelstange beispielsweise mittels eines Potentiometers erfaßt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung der genannten Art so zu gestalten, daß mit relativ einfachen Maßnahmen, ohne Eingriff in die Einspritzpumpe und unabhängig vom Regel- und/oder Funktionsprinzip derselben ein genaues Beatimmen der Einspritzmenge je Arbeitstakt ffiögl ieh ist...·.*

Zur Itösung der gestellten Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß durch direktes oder indirektes Erfassen der Druckimpulse des zeitlichen Kraftstoff-Druckverlaufs hinter dem Auslaß der Einspritzpumpe die Einspritzdauer T_E und die Einspritzperiodendauer T_p je Arbeitstakt der Einspritzpumpe bestimmt werden, daß aus der Einspritzdauer und der Einspritzperiodendauer sowie dem diesbezüglichen Zusammenhang mit der pumpenspezifischen, von der Nockenwellendrehung abhängigen Förderhubkurve der jeweilige einspritzwirksame Pumpenförderhub bzw* die zugehörige Einspritzmenge je Arbeltstakt bestimmt wird, Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird somit die Tatsache ausgenutzt, daß in der Förderleitung bzw. im Druckstrang der Einspritzpumpe zwischen dieser und der nachgeschalteten Einspritzdüse während des wirksamen Förderhubes der Einspritzpumpe ein impulsförmlger Druckanstieg über einen geeignet gewählten Schwelldruck auftritt. Während dieses Druckimpulses sind der Rücklauf von der Einspritzdüse zum Kraftstofftank gesperrt und eine kalibrierte Düsenöffnung der Einspritzdüse freigegeben. Der Druckanstieg ergibt sich dadurch, daß der Kraftstoff durch die kalibrierte Düsenöffnung gepreßt und in den Arbeitsraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Da sich die Impuls- bzw, Einspritzdauer zur Impuls- bzw. Einspritzperiodendauer wie der EIn-

spritzwinkel zwischen dem Beginn sowie dem Ende des wirksamen Förderhubes zum Gesamtwinkel einer Nockenwellenumdrehung der Kolben-Einspritzpumpe verhält, läßt sich über die aus den Druckimpulsen erhaltenen Werte der Einspritzdauer sowie der Einspritzperiodendauer und mittels der für jede Einspritzpumpe bekannten Förderhubkurve sowie der jeweiligen Pumpenkolbenfläche das wirksame Fördervolumen bzw. die Eihspritzmenge je Arbeitstakt bestimmen. Oa ausschließlich die Druckzustände bzw. hiervon abgeleitete Größen hinter der Einspritzpumpe berücksichtigt werden, kann der Meßvorgang in sehr einfacher Weise und ohne jeglichen Eingriff in die Einspritzpumpe durchgeführt werden.

Vorzugsweise werden die Druckimpulse in der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe direkt erfaßt. Stattdessen 1st es jedoch grundsätzlich auch möglich, daß die Druckimpulse durch Bestimmen von Durchmesser- und/oder Längenänderungen der auslaßssitigen Förderleitung der Einspritzpumpe oder durch Bestimmen der Öffnungsvorgänge einer der Einspritzpumpe nachgeschalteten, mit einem in Schließrichtung vorgespannten Schließkörper versehenen Einspritzdüse indirekt erfaßt werden. In allen diesen Fällen lassen sich die Einspritzdauer und die Einspritzperiodendauer aus den Druokimpulsen hinreichend genau ableiten.

Zn weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt, daß aus der Einspritzdauer T_E sowie der Einspritzperiodendauer T_p der Einspritzwinkel γ _E · 2 τι ^Tg/Tp berechnet wird, daß einer Mehrzahl von verschiedenen vorgegebenen Werten des Einspritzwinkels f _E entsprechend der pumpenspezifischen Förderhubkurve zugeordnete Einspritzmengen als Kenngrößen abgespeichert werden und daß die dem jeweils berechne-

ten Einspritzwinkel entsprechende abgespeicherte Einspritzmenge bestimmt wird. Stattdessen ist es jedoch auch in vorteilhafter Weise möglich, daß einer Hehrzahl von verschiedenen vorgegebenen Werten der Einspritzdauer T- sowie der Einspritzperiodendauer T_

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entsprechend der pumpenspezifischen Förderhubkurve zugeordnete Einspritzmengen &i"'3*Kenngrößen in einem Kennfeld abgespeichert werden und daß die den jeweils erfaßten Werten der Einspritzdauer Tg sowie Einspritzperiodendauer T_p entsprechende abgespeicherte Einspritzmenge bestimmt wird. Während im erstgenannten Fall eine Berechnung des Einspritzwinkels durchgeführt wird und ein lineares Kennfeld bezüglich der Abhängigkeit der Einspritzmenge von dem Einspritzwinkel benutzt werden kann, entfällt bei der zweiten Methode die Berechnung des Einspritzwinkels/ und es wird ein sweidimensionales Kennfeld bezüglich der Abhängigkeit der Einspritzmenge von der Einspritzdauer sowie Einspritzperiodendauer benutzt.

Xn beiden Fällen wird vorzugsweise die Einspritzmenge durch Interpolation zwischen den abgespeicherten Einspritzmengen bestimmt. Hierdurch kann bei genügender Genauigkeit des Keßergebnisses der umfang des abzuspeichernden Kennfeldes und somit der meßtechnische sowie gerätetechnische Aufwand in vertretbaren Grenzen gehalten werden. Abgesehen davon, daß auch die gesamte Förderhubkurve in geeigneter Weise gespeichert werden könnte, 1st die Abspeicherung einzelner geeigneter Kurvenpunkte zweckmäßiger und preiswerter.

Sas Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht durch Süden des seziprokwertee der Periodendauer T_p der Druckimpulse ein sehr einfaches Bestimmen der Drehzahl η der Einspritzpumpen-Hosfee&welle und damit der diese antreibenden Brennkraftmaschine,

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ohne daß hierfür besondere Maßnahmen sowie Eingriffe erforderlich sind.

Bei einer Ausführungsform ist es bevorzugt, daß die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge durch Bilden des Produktes zwischen der Einspritzmenge pro Arbeitstakt und der Drehzahl η bzw. dem Reziprokwert der Periodendauer T_p der Druckimpulse bestimmt wird. Stattdessen oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, daß die pro IStreckeneinheit eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs eingespritzte Kraftstoffmenge durch Bilden des Quotienten zwischen der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit ν bestimmt wird. Je nach Anwendungefall kann es vorteilhaft sein, den momentanen zeitbezogenen Kraftstoffverbrauch oder den momentanen streckenbezogenen Kraftstoffverbrauch festzustellen. Um beispielsweise eine weitgehend stabile Anzeige zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, daß der zeitliche Mittelwert der pro Zeiteinheit oder Streckeneinheit eingespritzten Kraftstoff menge bestimmt wird.

In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, daß der Kraftstoff-'Gesamtverbrauch durch Aufsummieren der pro Arbeitstakt eingespritzten Kraftstoffmengen oder durch zeitliches Integrieren der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmengen bestimmt wird. Dadurch läßt sich beispielsweise ein Maß für die noch vorhandene Kraftstoffreserve erhalten.

In weiterer Ausgestaltung kann die Einspritzmenge außer zur blossen Anzeige auch als MotorSteuergröße zum Realisieren eines optimalen Kraftstoffverbrauchs sowie zur Schadstoffverminderung benutzt werden. Hierdurch ist es möglich, eine Optimierung des ge-

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- 11 samten Betriebsabiaufes durchzuführen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ferner eine Einrichtung der genannten Art erfindungsgemäß durch einen an ein Binspritzsystem hinter dessen Einspritzpumpe anzuschließenden Sensor zum Erzeugen von den auslaßseitigen Kraftstoff-Druckimpulsen der Einspritzpumpe direkt oder indirekt entsprechenden ersten Signalen, ferner durch Mittel zum Erzeugen von der jeweiligen Einspritzdauer T_£ sowie Einspritzperiodendauer T_p je Arbeitstakt entsprechenden zweiten Signalen aus den ersten Signalen und durch eine zentrale Speicher-Rechner-Einheit aus, wie einen Mikroprozessor mit angeschlossenem ROM-Speicher, die bzw. der aus den zweiten Signalen und abgespeicherten pumpenspezifischen Kenngrössen die Einspritzmengen pro Arbeitstakt und/oder die Einspritzmangen pro Zeiteinheit als, gegebenenfalls zeitlich geraittelte, dritte Signale bestimmt. Eine solche Einrichtung ist ausgesprochen einfach sowie preiswert und ermöglicht ohne Eingriff in die Einspritzpumpe ein sehr genaues Erfassen der jeweiligen Einspritzmengen unter Zuhilfenahme nur eines hinter der Einspritzpumpe anzuschließenden Sensors. Während die Speicher-Rechner-Einheit grundsätzlich weitgehend beliebig aufgebaut sein kann, 1st die Verwendung eines Mikroprozessors mit angeschlossenem ROM-Speicher besonders vorteilhaft und preiswert. Mit derartigen elektronischen Bauteilen laatsen sich die notwendigen Daten In großem Umfang, sehr sehneil und genau bei kleinstem Raumbedarf zuverlässig verarbeiten.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist ein Drucksensor mit der auslaßeeitlgen Furderleitung der Einspritzpumpe verbunden. Dadurch können die Druckschwankungen direkt und schnell effaSt werden.

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Stattdessen kann auch ein mit der auslaSseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe verbundener Dehnungsmeßstreifen benutzt werden, der die Druckimpulse durch Erfassen von Durchmesser- und/oder Längenänderungen der Förderleitung indirekt bestimmt. Bei einer weiteren indirekt arbeitenden Meßeinrichtung wird vorteilhaft ein Wegsensor zum Erfassen der Öffnungsbewegung eines in Schließrichtung vorgespannten Schließkörpers einer der Einspritzpumpe nachgeschalteten Einspritzdüse benutzt. Zn diesem Zusammenhang kann ein induktiv arbeitender Wegsensor eingesetzt werden. Der Schließkörper der bekannten Einspritzdüsen wird durch den sich wahrend des wirksamen Förderhubes der Einspritzpumpe aufbauenden Druck in Öffnungsrichtung bewegt, so daß die Bewegung des Schließkörpers ebenfalls zur Bestimmung der Druckimpulse herangezogen werden kann. Bei induktiver Arbeitsweise des Wegsenaors werden mechanische Reibungseinflüsse sowie Abnutzungserscheinungen vollständig vermieden.

Zn weiterer Ausgestaltung ist es bevorzugt* einen an eine Getriebeausgangswelle angekoppelten Sensor zum Erzeugen von geschwindigkeitsproportionalen Signalen und durch hierauf ansprechende Mittel, wie die zentrale Speicher-Rechner-Einheit selbst, zum Umrechnen der Sinspritzmenge pro Zeiteinheit in einen streckenbezogenen Kraftstoffverbrauch zu benutzen. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache Fahrzeugeinrichtung zum vielseitigen Bestimmen aller erwünschter Kraftstoff Verbrauchsdaten .

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

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Figur 1 - In einem Zeitdiagramm den zeitlichen Druckverlauf des

Kraftstoffe im auslaßseltigen Druckstrang der Einspritzpumpe,

Figur 2 - in einem Diagramm die Abhängigkeit der Hubkurve der Kolben-Einspritzpumpe von dem Drehwinkel der antreibenden Nockenwelle,

Figur 3 - in einer schematisohen Gesamtansicht eine Ausführungsform einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 - in einem Blockschaltbild eine bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendbare Auswertesohaltung und

Figur 5 - in einer schematischen Teilansicht einen Wegsensor zum indirekten Erfassen von Druckimpulsen.

Beim Drehen der Nockenwelle einer Kolben-Einspritzpumpe, also beim zeitlichen Verändern des Nockenwellen-Winkels ψ , ändert sich der tatsächliche. Hub h des Pumpenkolbens beispielsweise gemäß der in Figur 2 dargestellten Hubkurveϊ ^wischen nicht näher bezeichneten Minimal'-' sowie Maximalwerten. Der eigentliche Förderhub beginnt stets bei einem bestimmten Nockenwellen-Winkel y>_Q und endet je nach gewünschter Leistungeabgabe des Motors, zum Beispiel, in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrpedalstellung, bei einem variablen Nockenwellen-Winkel <f -." Demnach erfolgt die wirksame Kraftstoff förderung im Bereich des Einspritzwlnkels ψ ·&* Je nach Drehposition des Pumpenkolbens, die durch eine Regelstange eingestellt und beispielsweise durch die Fahrpedalstellung gesteuert werden kann, ist der wirksame Einspritzwihkel ψ _g kleiner oder größer.

Die Darstellung aus Figur 2 gilt für eine Einspritzpumpe, bei der

der Pumpenkolben eine untenliegende Steuerk&nte hat, wodurch der Kraftstoff-Rücklauf der Einspritzpumpe nach dem Schließen bei ^₀ in Abhängigkeit von der Dreheteilung des Pumpenkolbene variabel bei (J> ^ geöffnet wird. Zm Falle einer Einspritzpumpe mit obenliegender Steuerkante des Pumpenkolbene treten umgekehrte Verhältnisse auf, 3O daß der Kraftstoff-Rücklauf der Einspritzpumpe in Abhängigkeit von der Kolbendrehung bei einem variablen O>_Q geschlossen und bei einem festen u>« wieder geöffnet wird»

Wie es aus Figur 2 ersichtlich ist, führt der Pumpenkolben während des Einspritzwinkels 6» einen wirksamen Förderhub Hg aus, der sich aus der Differenz zwischen dem variablen maximalen Hub H^ am Einspritzende und dem festen minimalen Hub Kq am Einspritzanfang ergibt. Ein solcher Einspritzhub H_£ tritt während jeder Perlode ψ^ des Nockenwellen-Winkels einmal auf. Dieser Winkel/p wird zwischen zwei festen Anfangs- oder Endpunkten der aufeinanderfolgenden Förderhubphasen gemessen, im vorliegenden Fail jeweils zwischen den'Anfängen zweier aufeinanderfolgender Forderhubphasen,

Während der Förderhubphasen der Einspritzpumpe ist deren Kraftstoffrücklauf geschlossen, so daß der Kraftstoff in die auslaßseitige Förderleitung gelangt, um aus dieser über eine kalibtierte Einspritzdüse eingespritzt zu werden. Deshalb baut sich in der Förderleitung während der wirksamen FÖrderhubphasen ein Oberdruck auf, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Der Druckverlauf p(t) zeigt immer dann über einen Schwelldruck p_g ansteigende Druckimpulse, wenn die wirksame Förderhubphase der Einspritzpumpe vorliegt. Gemäß Figur 1 erfolgt der Beginn des Druckimpulses zum

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Zeltpunkt t^, und der Druckimpuls endet nach einer variablen Einspritzdauer Tg zum Zeitpunkt t«. Demnach fallen die Zeiten t_Q und t- mit dem Auftreten der Nockenwellen-Winkel <f ~ und γ*, zusammen. Entsprechend der periodischen Hubkurve aus Figur 2 mit dem periodischen Nockenwellen-Winkel γ« treten die Druckimpulse ebenfalls periodisch mit der Periodendauer T_ auf. Diese wird bei Verwendung einer Einspritzpumpe mit jeweils festliegendem Einspritzbeginn bei Yq zwischen den anfänglichen bzw. ansteigenden Impulsflanken zweier aufeinanderfolgender Druckimpulse gemessen. Bei Verwendung einer Einspritzpumpe mit festliegendem Einspritzende bei ψ ^ erfolgt die Messung der Einspritzperiodendauer T_p zwischen den endseitigen bzw. abfallenden Flanken aufeinanderfolgender Druckimpulse» wie es in Figur 1 durch einen gestrichelten Doppelpfeil dargestellt ist.

Die pro Arbeitetakt der Einspritzpumpe eingespritzte Kraftstoffmenge ergibt sich aus dem Produkt der Pumpenkolbenflache und dem wirksamen Förder- bzw. Einspritzhub H_£. Dieses gilt für alle Kolben-Einspritzpumpen mit unten- oder obenliegender Steuerkante des Pumpenkolbens·

Demnach können aus den Druckimpulsen im Druckstrang hinter der Einspritzpumpe für jeden Arbeitstakt die Einspritzdauer T_ß und die Einspritzperiodendauer T_p bestimmt werden. Zwischen diesen Werten und den Nockenwellen-Winkeln besteht folgender Zusammenhang:

ti _u ta fp Ve

Hieraue ergibt sich der Einspritzwinkel zu

Da der periodische Nockenwellen-Winkel γ^ bekannt let und beispielsweise 360* beträgt, kann mit.dem ermittelten Verhältnis Tg/Tp der Einspritzwinkel ψ^ ermittelt werden. Da andererseits der Einspritzbeginn bei y_Q festliegt, ergibt sich aus der pumpenspezifischen Hubkurve h mit dem ermittelten £?_£ ein bestimmter Einspritzhub Hg, dem über eine bestimmte Pumpenkolbenflache eine bestimmte Einspritzmenge pro Arbeitstakt zugeordnet ist. Es ist demnach möglich, jedem Verhältnis T_£/T_p eine bestimmte Einspritzmenge pro Arbeitstakt zuzuordnen. Gleichzeitig kann aus der ermittelten Einspritzperiodendauer T_p durch Bilden des Reziprokwertes die Drehzahl η bestimmt werden. .

Gemäß Figur 3 ist «in Kraftstofftank 10 über eine Saugleitung 12 mit einer Vorförderpumpe 14 verbunden, deren auslaßseitige Druckleitung 16 über einen Kraftstoffliter 18 an eine Saugleitung 20 einer Einspritzpumpe 22 angeschlossen ist. Die auslaßseitige. Druck- bzw« Förderleitung 24 der Einspritzpumpe 22 ist mit einem Drucksensor 26 mit einer Signalleitung 28 versehen und führt zum Einlaß einer bekannten Einspritzdüse 30, die ihrerseits den Kraftstoff während des wirksamen Förderhubes der Einspritzpumpe 22 in den Arbeitsraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine 34 einspritzt. Eine Kraftstoff-Rücklaufleitung 36 verbindet die. Einspritzdüse 30 mit dem Kraftstofftank 10.

Die Einspritzdüse 30 enthält in bekannter, nicht dargestellter Weise einen unter Federvorspannung stehenden, beweglichen Schließkörper, der während des wirksamen Förderhubes bzw« des Einspritzhubes Hq der Einspritzpumpe 22 eine kalibrierte Düsenöffnung freigibt und die Rücklaufleitung 36 verschließt. Für den Fall, daß

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der bewegliche Schließkörper mit einem dessen Öffnungebewegung erfassenden Wegsensor beispielsweise induktiv gekoppelt ist, kann auf den Drucksensor 26 mit der Signalleitung 28 verzichtet werden, und es wird stattdessen eine mit dem Wegsensor verbundene sowie in Figur 3 gestrichelt dargestellte Signalleitung 32 benutzt. Zn jedem Falle repräsentieren die elektrischen Signale an der Signalleitung 28 oder 32 die in Figur 1 dargestellten Druckimpulse.

Die ermittelten Druokimpulse werden einer zentralen Speicher-Rechner-Einheit 38 eingegeben, die hieraus die Einspritzdauer T_Q und die Einspritzperiodendauer T_p bestimmt. Zn der bereits geschilderten Weise kann daraus der Einspritzwinkel ψ~ berechnet werden, der seinerseits über abgespeicherte Funktionswerte der Hubkurve eine Ermittlung des jeweiligen Einspritzhubas H_B und damit der EÜnspritzmenge pro Arbeitstakt ermöglicht. Auf einem Anzeigeinstruinent 40 kann beispielsweise die Einspritzmenge pro Arbeitstakt < die Einspritzmenge pro Zeiteinheit oder die bisher insgesamt eingespritzte Kraftstoffmenge angezeigt werden. Desgleichen ist über das Anzeigeinstrument 40 oder ein weiteres entsprechendes Instrument eine Anzeige der Drehzahl η als Reziprokwert der Einapritsperlodendauer T- möglich.

Wem es erwünscht 1st« können in der zentralen Speicher-Rechner-Einheit auch weitere Betriebsparameter A berücksichtigt werden, wie beispielsweise ein Temperatur- und/oder Drucksignal. Außerdem können das oder die Auegangssignale der Speicher-Rechner-Einheit 38 einer zusätzlichen Signalverajpbeltungselnrichtung 42 zugeleitet werden, die beispielsweise ein Ausgangssignal B für Motorsteuerungszwecke oder dergleichen mehr erzeugt.

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Für eine streckenbezogene Verbrauchsanzeige eines von der selbstzündenden Brennkraftmaschine 34 angetriebenen Fahrzeugs ist es erforderlich, der zentralen Speicher-Rechner-Einheit 38 ein geschwindigkeitsproportionales Signal zuzuleiten. Zu diesem Zweck kann an eine Getriebeausgangswelle 44 der Maschine ein Drehsensor 46 angekoppelt sein, der der zentralen Speicher-Rechner"Einheit 38 über eine Signalleitung 48 ein geschwindigkeitsproportionales Signal zuleitet. Durch Bilden des Quotienten zwischen der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit kann der momentane Streckenverbrauch ermittelt und angezeigt werden.

Figur 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform für die zentrale Speicher-Rechner-Einheit 38 aus Figur 3. Das Drucksignal p(t) aus Figur 1 wird in einem Sensor 50 in Zähleransteuerungssignale Xg und Xp umgewandelt, die eine nachgeschaltete Zählereinheit 52 dazu veranlassen* ausgangsseitig Zählsignale N-' und N_n zu erzeugen, die der Einspritzdauer T„ und der Einspritzperiodendauer T_ entsprechen« Diese Zähleignale werden einem Mikroprozessor 54 zugeführt, der mit einem ROM-Speicher 56 gekoppelt ist. Während der Mikroprozessor verschiedene Umrechnungsvorgänge durchführen kann, wie beispielsweise eine Bestimmung der Drehzahl η aus dem Zählsignal Np bzw. der Einspritzperiodendauer T_p, sind im ROM-Speicher 56 Funktionszusammenhänge zwischen der jeweiligen Einspritzmenge V_£ und den Größen T_ß sowie T_p sowie gegebenenfalls η pumpenspezifisch abgespeichert. Nach dem Abfragen des ROM-Speichers 56 kann der Mikroprozessor 54 ausgangsseitig die jeweilige Einspritzmenge Vg als elektrisches Signal abgeben, wobei im vorliegenden Fall auch die Drehzahl η als elektrisches Signal zur Verfugung gestellt

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wird. Die Einspritzraenge V_E kann wiederum takt-, zeit- oder strekkenbezogen sowie gegebenenfalls zeitlich gemittelt sein, wobei mit i dem Prozessor eine Information über die Gesamtübersetzung zwischen Motordrehzahl und Raddrehzahl zugeleitet wird. Außerdem kann der Kraftstoff-Gesamtverbrauch angegeben werden. Je nach Anwendungefall müssen oder können weitere Parameter in den Mikroprozessor 54 eingegeben und gegebenenfalls im Kennfeld des ROM-Speichers 56 berücksichtigt sein.

Statt einer Abspeicherung von verschiedenen Wertepaaren T_ sowie Tp entsprechenden Einspritzmengen ist es grundsätzlich auch möglich, aus einer abgespeicherten Hubfunktion h mittels der Größen T.,, T_n den Einepritzhub EL und hieraus über die Pumpkolbenfläche

SU V Ei

die Einspritzmenge V_ zu berechnen.

Zn Figur 5 1st andeutungsweise dargestellt, daß die Einspritzdüse 30 aus Figur 3 im Inneren einen als bewegliche Düsennadel ausgebildeten Schließkörper 58 enthält, der mittels einer Schließfeder 60 in Schließrichtung einer nicht dargestellten Düsenöffnung vorgespannt ist, die in den Motorraum der Brennkraftmaschine 34 mündet. Ss sei angenommen, daß sich der Schließkörper 58 in dem dargestellten Fall in seiner unteren, die DÜsenöffnung vorschließenden Position befindet. Zu Beginn des wirksamen Förderhubes der Einspritzpumpe 22 wird durch den in die Einspritzdüse 30 eingepreßten Kraftstoff auf den Schließkörper 58 eine in Pfeilrichtung C nach oben wirkende Kraft ausgeübt, so daß der Schließkörper 58 entgegen der Vorspannung der Schließfeder 60 unter Freigabe der Düsenöffnung nach oben bewegt wird. Dadurch kann der Kraftstoff über die Düsenöffnung in die Brennkraftmaschine 34 eingespritzt werden. Am Ende des wirksamen Förder- bzw. Einspritzhubes der

Einspritzpumpe 22 drückt die Schließfeder 60 die Düsennadel bzw.

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den Schließkörper 58 wieder nach unten, damit die Düsenöffnung in den übrigen Zeiten verschlossen bleibt und Verbrennungsrückwirkungen vermieden werden. Zum öffnen des Schließkörpers 58 ist ein gewisser Mindestdruck erforderlich, der jedoch kleiner als der Kraftstoff-Arbeitsdruck ist, welcher sich durch das Hindurchpressen des Kraftstoffs durch die kalibrierte Düsenöffnung ergibt. Die in Pfeilrichtung C erfolgende Öffnungsbewegung der Düsennadel bzw· des Schließkörpers 58 erfolgt im wesentlichen gleichzeitig mit dem Auftreten der Druckimpulse aus Figur 1. Diese können somit auch durch Erfassen der Öffnungsbewegung des Schließkörpers 58 bestimmt werden. Zu diesem Zweck ist es möglich, der rückwärtigen Stirnseite des Schließkörpers 58 innerhalb der Schließfeder 60 eine einen Eisenkern 64 umgebende, stationäre, elektrische Spule 63 mit Spulenanschlüssen 66 unter Abstand so zuzuordnen, daß s&ch zwischen der stationären Stirnseite des Eisenkerne 64 und der beweglichen Stirnseite des Schließkörpers 58 ein variabler Abstand einstellt, der maximal gleich S. und minimal gleich S₂ ist. Durch diesen variablen Abstand bzw. Spalt ändert sich die Induktivität der elektrischen Spule 62, die somit bei geeigneter elektrischer Versorgung den Öffnungsbewegungen des Schließkörpers 58 und somit den Druckimpulsen aus Figur 1 entsprechende elektrische Impulse erzeugen kann»

Grundsätzlich könnten die Öffnungebewegungen des als Düsennadel ausgebildeten Schließkörpers 58 der Einspritzdüse 30 auch in anderer Weise erfaßt werden, beispielsweise kapfUtitiv oder optisch. Auch lassen sich Dehnungsmeßstreifen benutzen, um beispielsweise Durchmesser- oder Längenänderungen der Förderleitung 24 infolge der Druckimpulse zu bestimmen.

Die Druckimpulse oder hiervon abgeleitete Größen sind lediglich qualitativ bezüglich ihres Irapulsanfangs und ihres Impulsendes zu erfassen, um hieraus die Einspritzdauer T- und die Einsprltzperiodendauer T_p bestimmen zu können. Dagegen ist die absolute Größe der Druckimpulse, die sich von Fall zu Fall sehr unterscheiden kann, für die Bestimmung der Einspritzmenge nach dem vorliegenden Verfahren völlig belanglos. Insoweit ist es relativ einfach möglieh, die Einepritamenge je Arbeitstakt sehr genau, schnell und zuverlässig zu bestimmen,

Bei den dargestellten Ausführungsformen handelt es sich lediglich um Ausführungabelspiele, die vielfältig abgewandelt werden können. Wichtig ist dabei, daß ohne Eingriff in die Einspritzpumpe hinter derselben in ihrem Druckstrang die im Betrieb auftretenden Druckiiapulse direkt oder indirekt erfaßt werden, um hieraus die Impulsdauer als Einspritzdauer T_E und den Impulsiabstand als Eineprltzperiodendauer T_p bestimmen zu können, damit unter Zuhilfenahme eines abgespeicherten purapenspezifischen Kennfeldes die jeweilige Einspritsmenge festgestellt werden kann. Die erfindungsgemäBe Method« ist ausgesprochen einfach und laßt sich ohne besonderen baulichen Aufwand auch nachträglich bei bereits bestehenden Sinspritzsystemen berücksichtigen. Die eu ergreifenden Einzelmaßnahmen sind vielfältig veränderbar und in weitem Rahmen an die jeweiligen Betriebserforderniese anzupassen.

Leerseite

Claims

Anwaltsakte 1409/4104

Pierburg GmbH & Co. KG, Leuschstraße 1, 4040 Neuss 1

Verfahren und Einrichtung zum Bestimmen der eingespritzten Kraftstoffmenge

Patentansprüche

1J Verfahren zum Bestimmen der bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mittels einer über eine Nockenwelle angetriebenen Kolben-Einspritzpumpe eingespritzten Kraftstoffmenge, dadurch gekennzeichnet, daß durch direktes oder indirektes Erfassen der Druckimpulse des zeitlichen Kraftstoff-Druckverlauf s hinter dem Auslaß der Einspritzpumpe die Einspritzdauer

■^; T_ß und die Einspritzperiodendauer T_p je Arbeitstakt der Einspritzpumpe bestimmt werden, daß aus der Einspritzdauer und der Einspritzperiodendauer sowie dem diesbezüglichen Zusammenhang mit der pumpenspezifischen, von der Nockenwellendrehung abhängigen Förderhubkurve der jeweilige einspritzwirksame Pumpenförderhub bzw. die zugehörige Einspritzmenge je Arbeitstakt bestimmt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckimpulse in der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritz· pumpe direkt erfaßt werden.
3* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckimpulse durch Bestimmen von Durchmesser- und/oder Längenänderungen der auslaßseitigen Förderleitung der Einspritzpumpe oder durch Bestimmen der Öffnungsvorgänge einer der Einspritzpumpe nachgeschalteten, mit einem in Schließrichtung vorge-

spannten Schließkörper versehenen Einspritzdüse indirekt erfaßt werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Einspritzdauer T„ sowie der Einspritzperiodendauer T_p der Einspritzwinkel ψ _E ■ 2 π T_E/T_p berechnet wird, daß einer Hehrzahl von verschiedenen vorgegebenen Werten des Einspritzwinkels φ~ entsprechend der pumpenspezifischen Förderhubkurve zugeordnete Einspritzmengen als Kenngrößen abgespeichert werden und daß die dem jeweils berechneten Einspritzwinkel entsprechende abgespeicherte Einspritzmenge bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer Hehrzahl von verschiedenen vorgegebenen Werten der Einspritzdauer T„ sowie der Einspritzperiodendauer Tp entsprechend der pumpenspezifischen Förderhubkurve zugeordnete Einspritzmengen als Kenngrößen in einem Kennfeld abgespeichert warden und daß die den jeweils erfaßten Werten der Einspritzdauer T_£ sowie Einspritzperiodendauer T_p entsprechende abgespeicherte Einspritzmenge bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge durch Interpolation zwischen den abgespeicherten Einspritzmengen bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bilden des Reziprokwertes der Periodendauer T_p der Druckimpulse die Drehzahl η bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, da-

durch gekennzeichnet, daß die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge durch Bilden des Produkts zwischen der Einspritzmenge pro Arbeitstakt und der Drehzahl η bzw. dem Reziprokwert der Periodendauer T_p der Druckimpulse bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8/ dadurch gekennzeichnet, daß die pro Streckeneinheit eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs eingespritzte Kraftstoffmenge durch Bilden des Quotienten zwischen der pro Zelteinheit eingespritzten Kraftstoffmenge und der erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit ν bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Mittelwert der pro Zeiteinheit oder Streckeneinheit eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff-Gesamtverbrauch durch Aufsummieren der pro Arbeitstakt eingespritzten Kraftstoffmengen oder durch zeitliches Integrieren der pro Zeiteinheit eingespritzten Kraftstoffmengen bestimmt wird,
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Einspritzmenge als Motorsteuergröße zum Realisieren eines optimalen Kraftstoffverbrauchs sowie zur Schadstoffverminderung benutzt wird.
13. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren de? Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen an ein Einspritzsystem hinter dessen Einspritzpumpe (22) anzuschließenden Sensor (26; 50; 62, 64, 66) zum Erzeugen von den auslaßseitigen Kraftstoff-Druckimpulsen der Einspritzpumpe (22)

direkt oder Indirekt entsprechenden ersten Signalen, durch Mittel (52) zum Erzeugen von der jeweiligen Einspritzdauer T„

sowie Einspritzperiodendauer T_p je Arbeitstakt entsprechenden zweiten Signalen aus den ersten Signalen und durch eine zentral,· Speicher-Rechner-Einheit (38), wie einen Mikroprozessor (54) mit angeschlossenem ROM-Speicher (56), die bzw. der aus den zweiten Signalen und abgespeicherten pumpenspezifischen Kenngrößen die Einspritzmengen pro Arbeitstakt und/oder die Einspritamengen pro Zeiteinheit als, gegebenenfalls zeitlich gemittelte.f dritte Signale (V_E) bestimmt.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen mit der auslaßseitigen Förderleitung (24) der Einspritzpumpe (22) verbundenen Drucksensor (26).
15« Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen mit der auslaßseitigen Förderleitung (24) der Einspritzpumpe (22) verbundenen Dehnungsmeßstreifen.
16. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Wegsensor (62, 64, 66) zum Erfassen der Öffnungsbewegung eines in Schließrichtung vorgespannten Schließkörpers (58) einer der Einspritzpumpe (22)riztachgeschalteten Einspritzdüse (30).
17* Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen induktiv arbeitenden Wegsensor (62,64,66).
18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch einen an eine Getriebeausgangswelle (44) angekoppelten Sensor (46) zum Erzeugen von geschwindigkeitsproportionalen Signalen und durch hierauf ansprechende Mittel,

wie die zentrale Speicher-Rechner-Einheit (38) selbst/ zum Umrechnen der Einepritzmenge pro Zeiteinheit in einen streckenbezogenen Kraftstoffverbrauch.