DE3229788A1 - Geraet zum erfassen der kraftstoffmenge je hub bei brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

322978S

- 4 _n

Ein Gerät gemäss dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise durch die US-PS 4 073 186 bekannte

Darüberhinaus sind zahlreiche andere Bauarten bekannt, um den Zeitpunkt eines Kraftstoffeinspritzimpulses während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu erfassen. Sie beruhen auf dem Erfassen des Drucks in der Kraftstoffleitung oder von Druckstössen in dieser. Ferner werden auch Geräusche oder Schwingungen in der Einspritzeinrichtung ode der Einspritzanlage hierzu verwendet.Zweifellos sind viele dieser Geräte für den Einsatz in Dieselmaschinen geeignet,,

Ferner gibt es eine Anzahl von Geräten zum Messen der eingespritzten Kraftstoffmenge. Diese sind im allgemeinen sehr komplex im Aufbau, anfällig im Betrieb und langsam im Ansprechen, so dass sie zum Messen während des Betriebes ungeeignet sind und lediglich Bedeutung für die Kalibrierung der Einspritzanlage oder für den Einsatz auf Prüfständen haben„

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

ein Gerät zu schaffen, das während des Betriebes der Brennkraftmaschine sowohl die Einspritzdauer als auch die eingespritzte Kraftstoffmenge je Hub erfasst und Parameter liefert, die schnell verfügbare Informationen darstellen, um zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr während des Betriebes oder sonstiger Parameter in einem Rückkopplungskreis verwendet werden können.

-5-

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemässe Gerät hat den weiteren Vorteil, dass es ohne Schwierigkeit in bestehende Kraftstoff einspritzanlagen eingegliedert werden kann.

Die E_rfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Figo 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Dieselmaschine,

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch einen Teil der Anlage nach Fig. 1 in schematischer Darstellung,

Pig. 3 ein Schaltbild der elektrischen Steuerung der Einspritzanlage,

Fig. 4 ein Schaltbild des Gebers eines Bezugssignals zur Verwendung in der Steuerung nach Fig. 3.

Eine Kraftstoffeinspritzanlage für eine Die-» selmaschine 10 enthält für jeden Zylinder eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11, die über eine Kraftstoffleitung 12 mit Kraftstoff hohen Drucks von einer gemeinsamen Kraftstoff einspritzpumpe 14 versorgt werden. Der Kraftstoffeinspritzpumpe 14 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter

-6-

15 über eine Förderleitung 16 mit niedrigem Druck zugefördert. Abgeregelter Kraftstoff fliesst von der Kraftstoffeinspritzpumpe 14 über eine Rücklaufleitung 19 zum Kraftstoffbehälter 15 zurück«, I_n der Förderleitung 16 ist ein Kraftstoffilter 20 vorgesehene

Fig. 2 zeigt in rein schematischer Weise,

die die Funktion erklärt, eine Kraftstoffeinspritzeinrichtu g 11, die mit einem Abfühlgerät 30 vereinigt ist. Die Einspritzeinrichtung 11 hat ein Gehäuse 22 und ein federbelastetes Tellerventil 24, das normalerweise geschlossen ist und durch einen hohen Druckimpuls, der über die Kraftstoffleitung 12 von der Kraftstoffeinspritzpumpe 14 zugeleitet wird, öffnet, um Kraftstoff in den zugeordneten Zylinder zu steuern. Eine nähere Beschreibung ist nicht erforderlich, da derartige Einspritzeinrichtungen wohlbekannt sind. Es ist lediglich erforderlich, dass das stromaufwärtige Ende 26 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 das Abfühlgerät 30 aufnehmen kann₀

Dieses hat ein Gehäuse 31 mit einem Einlassende 32, wo eine Einlassöffnung 33 die Verbindung zu einer der Kraftstoffleitungen 12 herstellt. Das Gehäuse 31 hat ferner ein Auslassende 35, dessen Öffnung 36 das Einlassende 26 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 als Fortsetzung hat. Das Gehäuse 31 enthält eine zylindrische Hül-

38/ se 37, deren eines Ende über einen Kanal/kleineren Durch-

meesers mit der Einlassöffnung 33 verbunden ist, während

322978§

ι-. 7 —'

das andere Ende zur AuslaSseite des Gehäuses offen ist«, I_n der Hülse ist axial verschieblich ein im wesentlichen zylindrischer Kolben 40 angeordnet, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser der Hülse 37 ist, aber grosser als der Durchmesser des Kanals 38. Wird der Kolben 40 in seine linke Grenzlage in Pig. 2 bewegt, so sperrt er den Kanal 38 und wird aus dieser lage durch einen hohen Kraftstoffimpuls nach rechts bewegt. Das Spiel des Kolbens 40 in der Hülse 37 ist so abgestimmt, dass der Kraftstoff den Kolben 40 unter Drosselung umströmen kann und den Kolben in Strömungsrichtung verstellt. Am Auslassende der Hülse 37 ist ein Anschlag 42 vorgesehen, der allerdings bei normalen Einspritzvorgängen vom Kolben 40 nicht erreicht wird.

In dem Gehäuse ist ein erstes napfförmiges Polstück 43 und ein scheibenförmiges Polstück 44 gehalten. Ein axiales Teil 45 des Polstücks 43 und die Hülse 37 bilden einen Spulenkasten für eine Spule 46. Der Kolben 40 besteht aus magnetischem Werkstoff und bilder mit den Polstücken 43 und 44 einen magnetischen Kreis, dessen Reluktana sich mit der axialen Lage des Kolbens 40 ändert. Da diese Reluktanz auch die Induktanz der Spule 46 bestimmt, kann diese als Mass für die axiale Stellung des K_olbens 40 benutzt werden. Anschlussklemmen 47 "und 48 dienen der Stromzufuhr zur Spule 46.

Bei einem Kraftstoffeinspritzimpuls in der

322973g

*™9 8 *"*·

Kraftstoffeinspritzanlage wird der Kolben 40 zunächst in die den Kanal 38 sperrende Lage gebracht und dann ein Wechselstrom der Spule 46 zugeleitet. Ein von der Kraftstoff« einspritzpumpe 14 über die Kraftstoffleitung 12 zugeleiteter Kraftstoffeinspritzimpuls hohen Drucks drückt den Kolben 40 nach rechts, so dass der Kanal 38 geöffnet wird_e Der Kraftstoff fliesst durch die Hülse 37 unter Mitnahme des Kolbens 40 und durch die Druckerhöhung wird das Einspritzventil 24 geöffnet, so dass der Kraftstoff in den zugeordneten Zylinder eingespritzt wird. Die anfängliche Bewegung des Kolbens 40 veranlasst eine Änderung der Induktanz der Spule 46, was zu einer Änderung der Spannung an den Anschlussklemmen 47 und 48 führt, die durch zugeordnete Einrichtungen abgefühlt wird, wenn sie einen ersten Bezugspegel übersteigt, der ein Signal für den Einspritzbeginn ist.

Am Ende des Kraftstoffeinspritzimpulses beginnt der D_ruck abzusinken und das Einspritzventil 24 gebinnt zu schliessen. Die damit bedingte Geschwindigkeitsänderung der Bewegung des Kolbens 40 veranlasst ein Sinken der Spannung an den Anschlussklemmen 47 und 48 unter einen zweiten Bezugspegel. Die tatsächliche Stellung des Kolbens 40 und damit die Spannung an den Anschlussklemmen 47 und 48 in diesem Moment ist ein Mass für die eingespritzte Kraftstoffmenge, die durch die Hülse 37 geflossen ist und über das Einspritzventil 24 dem Zylinder zugeführt

-9-

wurde ο Es kann durch Aufnahme von axialem Spiel eine Verfälschung der Anzeige eintreten. Dies wird verhindert, indem vor jedem Einspritzvorgang ein Gleichstrom den Anschlußi klemmen 47 und 48 zugeleitet wird, der die Bewegung des Kolbens 40 in seine Sperrlage erzwingt, äo dass nach Anlegen der Wechselspannung der genaue Wert der Spannung erfasst wird und damit Einspritzbeginn und Einspritzmenge genau ermittelt werden»

Das Abfühlgerät ist einer elektrischen Steueranlage gemäss Pig« 3 zugeordnete

Diese enthält eine Gleichstromquelle 50,

die die geerdete Fahrzeugbatterie sein kann, und eine Wechselstromquelle 51, die im Beispiel ein 100 KHz-Oszillator ist, der seinerseits von der Gleistromquelle 50 gespeist wird, Die Spule 46 liegt mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 52 parallel zum Oszillator. Parallel zur Spule 46 ist eine Diode 53 vorgesehen, deren Anodenanschluss 54, die Spule 46 und der Oszillator 51 an Masse liegen. Ein PNP-Transistor 55 ist mit seiner Kollektorelektrode mit dem Anschlusspunkt 56 der Kathose der Diode 53, der Spule 46 und dem Widerstand 52 verbunden, während seine Emitterelektrode an der Spannungsseite der Batterie 50 liegt. Der Ausgang des Oszillators 51 liegt unmittelbar an einem Synchronisierungseingang 58a eines Synchrondetektors 58, und der Anschlusspunkt 56 ist über einen Kondensator 59 an einen Detektoreinlass 58b des Dynchrondetektors 58 ange-

- ίο -

schlosseno Der Ausgang des Oszillators 51 ist ferner mit einem Bezugssignalgeberkreis 60 verbunden, der in noch zu beschreibender Weise eine erste Bezugsspannung A liefert, die einem Vergleicher 61 zugeleitet wird, und eine zweite Bezugsspannung B, die einem ^vergleicher 62 zugeleitet wird Der Ausgang des Synchrondetektors 58 ist an den anderen Eingang des Vergleichers 61 angeschlossen und über einen Differentiator 63 an den anderen Eingang des Vergleichers 62. Die Ausgänge der beiden V_ergi_eicher 61 und 62 sind in einem AND-Gatter 64 vereinigt, dessen Ausgang mit dem Einschalteingang S eines Abfragegatters 65 und mit dem Eingang eines Abfrage-Zeitgebers 66 verbunden ist. Der Ausgang des Synchrondetektors 58 ist ferner mit dem Abfrageeingang des Abfragegatters 65 verbunden. Der Ausgang des Abfrage-Zeitgebers 66 ist mit dem Rückstelleingang R des Abfragegatters 65 und mit dem Umschalteingang des Rückstell-Zeitgerebs 67 verbunden, dessen Aasgang mit der Basiselektrode des Transistors 55 verbunden ist. Der Ausgang des Abfragegatters 65 geht in den Eingang eines Halteverstärkers 68 ein, der die das Signal für Kraftstoff je Hub darstellende Spannung speichert. Der Beginn des Kraftstoffeinspritzimpulses ist ein vom Ausgang des Vergleichers 61 geliefertes Ecksignalo

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise der Steueranlage seien einige Erläuterungen zu einigen ihrer Elemente gegeben. Der Oszillator 51 kann von beliebiger

-11-

Bauart sein, sofern er nur von einer Gleichstromquelle, beispielsweise der Batterie 50 gespeist werden kann. Seine Anwesenheit erfordert jedoch eine geeignete Abschirmung, um eine elektromagnetische Interferenz zwischen dem 100 KHz-Signal und anderen Fahrzeuggeräten zu verhindern, wie Radio oder elektronische Steueranlagen. Der Synchrondetektor 58 muss einen Gleichstrom analog der Gleichspannung an der Spule 46 liefern können. Der Abfrage-Zeitgeber 66 und der Rücfcstell-Zeitgeber 67 können Kreise sein, die ein Ausgangssignal eine vorgegebene Zeit nach dem Umschalten liefern. Das Abfragegatter 65 lässt den Abfrageeingang durch, wenn es einen Eingang am Einschalteingang S erhält und wird gesperrt, wenn ein Eingang am Rückstelleingang R vorliegt» Der Halteverstärker 68 hält das am Eingang eingehende Signal bei seinem Löschen bis zum Eingang eines neuen Signals. Der Bezugssignalgeber 60 ist in Fig. 4 näher dargestellt. Er enthält einen Detektor 70, der synchron ausgebildet sein kann, mit einem Filter 71 am Ausgang und zwei Spannungsteiler-Potentiometern 72 und 73, die an den Ausgang des Filters 71 angeschlossen sind, und die Bezugsspannungen A bzw. B liefern. Der Detektor 70 und das Filter 71 liefern ein Gleichstromanalog der Spannung am Oszillator 51 und die Potentiometer 72 und 73 liefern feste Anteile dieser Spannung zu den Vergleichern 61 bzw» 62_β

Die Arbeitsweise der Steueranlage ist folgende :

Vor jedem Einspritzvorgang schaltet der Rückstell-Zeitgeber 67 den Transistor 53 leitend, so dass Gleichstrom der Spule 46 zugeleitet wird, die erzeugte Magnetkraft bewegt den Kolben 40 zur Anlage gegen das Polstück 43, wodurch er den Kanal 38 sperrte Der Strom durch den Transistor 55 ist ausreichend, um das 100 KHz-Signal des Oszillator 51 zu überwinden, das nur als Brumm auftritt. Dieser hat keinen Einfluss auf die Rückstellbewegung des Kolbens 40. Es könrte aber auch der Oszillator 51 während der Zuspeisung der Gleichspannung abgeschaltet werden.

Nach dem Zeitablauf des Rückstell-Zeitgebers 67 wird der Transistor 55 gesperrt und der Ausgang des Oszillators 51 gelangt nunmehr zu den in Reihe liegenden Widerstand 52 und Spule 46, und ferner zum Synchrondetektor58 und dem Bezugssignalgeber 6O₀ Die Spannung an der Spule 46 wird über den Kondensator 59, der der Isolation der Gleichspannung dient, dem Synchrondetektor 58 zugeleitet der am Ausgang eine Gleichspannung liefert, die mit der Bezugsspannung A im Vergleicher 61 verglichen wird. Die Bezugsspannung A ist durch das Potentiometer 72 eingestellt und ist gerade grosser als der Ausgang des Synchrondetektors 58, wenn sich der Kolben 40 in seiner Anfangsstellung befindet« Der Ausgang des Differentiators 63 ist zu dieser Zeit natürlich Hull und liegt unterhalb der zweiten Bezugsspannung B, die durch das Potentiometer 73 bestimmt

322978?

Die Ausgänge der Vergleicher 61 und 62 sind zu dieser ^_eit niedrig oder SuIl vom Vergleicher 61 und hoch oder 1 vom Vergleicher 62. Beide gehen in das AND-Gatter 64 ein.

Mit dem Beginn der Einspritzung und der anfänglichen Bewegung des Kolbens 40 nach rechts in Fig„2 steigt der Ausgang am Differentiator 63 plötzlich über die Bezugsspannung B an und bewirkt einen niedrigen oder O-Ausgang des Vergleichers 62 zum AND-Gatter 64. Steigt der Ausgang des Synchrondetektors 58, so überschreitet er zunächst das erste Bezugssignal und bewirkt einen hohen oder 1-Ausgang vom Vergleicher 61 zum AND-Gatter 64 und ferner den Beginn des Einspritzimpulssignals, das ein Ecksignal ist und ausserdem auch in anderen Geräten für verschiedene Zwecke verwendet werden kann. Bisher ist bei allen Kombinationen noch kein hoher oder 1-Eingang an beiden Eingängen des AND-Gatters 64 erschienen. Endet jedoch der Kraftstoffeinspritzimpuls, so steigt der Ausgang des Synchrondetektors 58 langsamer und der Ausgang des Differenziators 63 fällt schnell unter das Bezugssignal B. In diesem Punkt geht der Ausgang des Vergleichers 62 auf hoch, so dass das AND-Gatter 64 das Abfragegatter 65 einschalten und den Abfrage-Zeitgeber 66 umschalten kann_o Der Ausgang des Synchrondetektors 58 geht durch das Abfragegatter 65 zum Halteverstärker 68, wo es als Signal für die Kraftstoff-

i " ι

NACHGIIKiIiCHTj

3779788""

menge je Hub gespeichert wird. Nahezu sofort veranlasst der Abfrage-Zeitgeber 66 das Abfragegatter 65 zurückzustell und den Ruckstell-Zeitgeber 67 umzuschalten, um das Abfühlgerät in den Anfangszustand zurückzubringen.

Leerseite

Claims (1)

1. 6.August 1982 W-w-3502

   General Mo-tors Corporation, Detroit, Michigan, V₀St.A,

   Gerät zum Erfassen der Krafts toff menge je Hub "bei Brenn-

   kraftmas chinen

   Patentansprüche :

   1J Gerät zum Erfassen der Kraftstoffmenge je Hub in einer eine Einspritzeinrichtung enthaltenden Kraftstoffleitung einer Brennkraftmaschine durch elektromagnetisches Erfassen der Bewegung eines vom Kraftstoff bewegten Kolbens, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   a) In der Kraftstoffleitung (12) ist eine an beiden Seiten offene Hülse (37) vorgesehen;

   b) in der Hülse (37) ist ein Kolben (40) verschieblich, der den Durchlass von Kraftstoff durch die Hülse gestattet oder sperrt, und der zur Wandung der Hülse ein solches Spiel hat, dass den Kolben umströmender Kraftstoff auf diesen eine axiale Kraft ausübt;

   c) mit dem Kolben (40) bilden Polstücke (43,44) einen magnetischen Kreis, in dem eine Spule (46) liegt, deren Induktanz sich mit der axialen Stellung des Kolbens in der Hülse (37) ändert, die dieser infolge eines Kraftstoffeinsprit^impulses ausführt;

   1 NAGiK^i-" · ..-

   3229768

   d) Rückstelleinrichtungen (67,55,50) bewirken vor jedem Einspritzvorgang einen elektrischen Stron zur Spule (46) um den Kolben (46) in seine die Kraftstoffleitung (12) sperrende Lage zu bewegen;

   e) weitere Einrichtungen (51,52,58,60,61,62,63,64,65,66,68) messen, zum mindesten während der Bewegung des Kolbens, einen Parameter, der sich mit der Induktanz der Spule (46) ändert und im wesentlichen den axialen Weg des Kolbens infolge des Kraftstoffeinspritzimpulses darstellt, der ein Maß für die eingespritzte Kraftstoffmenge ist.

   2« Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Parameter bildenden Einrichtungen (51,52, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 68) zugleich die Zeit der anfänglichen K_olbenbewegung aus der Sperrlage bestimmen und damit die Einspritzzeit„

   3. Gerät nach Anspruch 1 Oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtungen (67, 55, 5O)^-VOr jedem Einspritzvorgang einen Gleichstrom zur Spule (46) lei ten, so daß der Kolben (40) in seine Sperrlage bewegt wird_s und danach die den Parameter bildenden Einrichtungen (51, 52, 58, 60, 61, 62, 63, 65, 66, 68) einen Wechselstrom zur Spule (46) leiten, der schwächer als der Gleichstrom ist, und die an der Spule gemessene Spannung ihre zeitliche Änderung als Mass für die axiale Bewegung des KoI-

   ■3-

   322978a

   bens infolge eines Kraftstoffeinspritzimpulses verwendet wird.

   4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (40) in der Sperrlage den Einlass (38) der Hülse (37) sperrt.

   5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Parameter bildenden Einrichtungen ( 51, 52, 58, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 68) den Beginn eines Einspritzsignals veranlassen, wenn die an der Spule (46) abgefühlte Spannung einen
   ersten Bezugswert (A) überschreitet, und dann die abgefühlte Spannung anzeigen, wenn die Geschwindigkeit der Spannungsänderung unter einen zweiten Bezugswert (B) fällt«