DE3242317A1 - Messeinrichtung an einer brennkraftmaschine zur staendigen erfassung von betriebsparametern - Google Patents
Messeinrichtung an einer brennkraftmaschine zur staendigen erfassung von betriebsparameternInfo
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Description
32423 Ί 7 .
3.11 .1932 Vb/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1
Meßeinrichtung an einer Brennkraftmaschine zur ständigen
Erfassung -von Betriebsparametern "'- -
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung für eine mit Einspritzventilen ausgestattete Brennkraftmaschine zum
Erfassen des Spritzbeginns mit einem, von einer Stromquelle angesteuerten, auf die Düsennadel empfindlichen Weg-Spannungs-Wandlers.
Aus der DE-OS 30 32 381 sind beispielsweise induktive
Geber "bekannt, die die zeitliche Änderung eines Induk- tivitätswertes erfassen. Figur h zeigt eine.Darstellung einer Konstantstromquelle in Reihe zur veränderbaren
Induktivität, wobei an die Verbindungsstelle von Stromquelle und Induktivität ein Inverter angeschlossen ist. Nach der Signalaufbereitung des Ausgangssignals des Inverters wird mittels eines !Comparators der Spritzbeginn detektiert.
Geber "bekannt, die die zeitliche Änderung eines Induk- tivitätswertes erfassen. Figur h zeigt eine.Darstellung einer Konstantstromquelle in Reihe zur veränderbaren
Induktivität, wobei an die Verbindungsstelle von Stromquelle und Induktivität ein Inverter angeschlossen ist. Nach der Signalaufbereitung des Ausgangssignals des Inverters wird mittels eines !Comparators der Spritzbeginn detektiert.
BAD ORIGINAL
A ?
Die in diesem Zusammenhang verwendeten Stromquellen sind
z.B. aus Tietze-Schenkj Halbleiterschaltungstechnik,
h. Auflage, Seite 53 ff bekannt. Als vorteilhaft erweist sich insbesondere der Einsatz einer Zenerdiode zur Bestimmung
des Basispotentials des Transistors, so daß die
Ansteuerung des Transistors weitgehend unabhängig von kleinen Betriebsspannungsschwankungen ist.
Im rauhen Kraftfahrzeugbetrieb haben sich jedoch folgende
Nachteile der bekannten Einrichtung gezeigt:
Infolge von den Temperaturdriften sämtlicher Bauteile
der Stromquelle und insbesondere bei niedrigen Batteriespannungen, wie sie z.B. im Startfall auftreten, arbeitet
diese Stromquelle unbefriedigend. So wird beim Absinken
der Batteriespannung auf niedrige. Werte der Transistor
der Stromquelle voll durchgeschaltet und alle auf der Versorgungsspannung befindlichen Störsignale als Nutzsignale
ausgewertet.
Weiterhin erweist es sich als nachteilig, daß die Amplituden der Nutzsignale ein drehzahlabhängiges Verhalten aufweisen.
Hieraus folgt die Notwendigkeit, die für eine digitale Signalweiterverarbeitung verwendeten Komparatoren mit
drehzahlabhängigen Schwellen auszurüsten, um größere Fehler in der Spritzbeginnbestimmung zu vermeiden. Derartige mit
drehzahlabhängigen Schwellen ausgestattete Komparatoren
sind an sich z.B. aus der DE-OS 2k k9 836.bekannt.
Vorteile der Erfindung "
Di'e erfindungsgemäße Meßeinrichtung zur Erfassung des
Sinspritzzeitpunktes mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
BAD
- ■ ■ ■ 1 Q
durch, die Vervendung einer geregelten und gegen Versorgungsspannungsschwankungen
stabilisierten Stromquelle ein erheblich verbessertes Nutzsignal zu Störsignal-Verhältnis erreicht
wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Tatsache,
daß die Stromquelle als Funktion der Drehzahl steuerbar ist. Bei geeigneter Dimensionierung dieser Steuerung läßt
sich eine von der Drehzahl unabhängige Nutzsignalamplitude
realisieren. "
Durch die in den Unteränsprüchen aufgeführten Maßnahmen
ist eine vorteilhafte Weiterbildung" und Verbesserung der
im Haupt- und Uebenanspruch angegebenen Einrichtung sum Erfassen des Einspritzzeitpunktes möglich. 3o hat es sich
aufgrund von Problemen mit der Verlustleistung des Transistors als günstig erwiesen, die Stromquelle mit einer
Strombegrenzung auszustatten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele
und den zugehörigen Zeichnungen.
Zeichnung
Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine', Figur 2 ein
verfeinertes Blockschaltbild der Auswertestufe des
Nadelhubsensors in zwei Ausführungsbeispielen, Figur 3 ein detailliertes Ausführungsbeispiel· der Stromquelle
und Figur h mehrere Ausführungsbeispiele der Mittel zur
Stabilisierung der Stromquelle gegen Versorgungsspannungsschwankungen.
ßAQ-QRIGINAL·:
Beschreibung der Ausf ührungabeispieli;
In Figur 1 ist mit 10 die Brennkraftmaschine an sich bezeichnet,
zu der ein Luftansaugrohr 11 hin- und ein Abgasrohr
12 wegführt. Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer
Abgasrückführleitung 13 überbrückt, so daß das Mischungsverhältnis
von Abgas zu Frischluft mittels einer von einer Abgasrückfuhrungssteuerstufe 1U betätigten Mischklappe
eingestellt werden kann. Der zur Einspritzung notwendige Kraft stoffdruck wird von einer Pumpe 16 aufgebaut, die
ansaugseitig mit einem Tank 17 verbunden ist. Eine Mengensteuerstufe
18 und ein Spritzbeginnregler 19 liefern die Steuer- bzw. Regelsignale für die Pumpe 16.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dienen als Meßwertaufnehmer
ein Drehzahlsensor 2k , ein Fahrpedalstellungssensor
20 sowie ein Nadelhubsensor 21. Die Ausgangssignale des Fahrpedalstellungssens ors 20 werden von einer
Lasterkennungsstufe 22 ausgewertet, die ihrerseits ausgangsseitig
mit der Abgasrückfuhrungssteuerstufe 1U, der
Mengensteuerstufe 18 und dem Spritzbeginnregler 19 verbunden
ist. Dem Nadelhubsensor 21 ist eine Auswertestufe
23 nachgeschaltet, die dem Spritzbeginnregler 19 den Spritzbeginn-Istwert liefert. Der Ausgang des Drehzahlsensors
19 ist mit der Abgasrückführungsstufe 1!+ , der
Mengensteuerstufe 18, dem Spritzbeginnregler 19, der
Auswertestufe 23 und der Lasterkennungsstufe 22 verbunden
.
Ss hat sich nun gezeigt, daß diese Auswertestufe 23 herkömmlichen
Aufbaus nicht unter allen im Kraftfahrzeug vorkommenen
Bedingungen zufriedenstellend arbeitet. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Verbesserung dieser Auswertestufe 23, die in den Ausführungsbeispielen Figur 2a und
2b detaillierter dargestellt ist.
4 Λ
Der IJadelhubsensor 21, der in beiden Ausführungsbeispielen
Figur 2a und 2b als Induktivgeber ausgebildet ist, wird
■von einer Stromquelle 30. bzw. 30' gespeist. Der an der.
Induktivität auftretende, kapazitiv ausgekoppelte Spannungsabfall wird von einer Verstärkerstufe 31 invertiert
und von einem mit einem Schwellwertschalter versehenen
Monoflop 32 bzw. 32' in eine Digitalinformation gewandelt.
Im Idealfall sollte die am Uadelhubsensor 21 auftretende
Induktionsspannung "auf einer, nur durch die Bewegung--.der.
Düsennadel erzeugten zeitlichen Änderung der Induktivität beruhen. Dies setzt jedoch einen konstanten, bzw. nur sehr
langsam zeitlich veränderlichen Stromfluß durch die Induktivität
voraus. Diese Bedingung wird durch die bekannten, in der Kraftfahrzeugelektronik verwendeten Stromquellen
nur beschränkt erfüllt. Gerade in Sondersituationen, wie z.B. beim Absinken der Versorgungsspannung im Startfall·
der Brennkraftmaschine sind diese ungeregelten Stromquellen
nicht in der Lage, auf der Versorgungsspannung befindliche Störimpulse zu unterdrücken. Diese Nachteile
werden von der erfindungsgemäßen Anordnung in Figur 3
vermieden.
Weiterhin ist bekannt, daß das über der Induktivität abgegriffene
Signal eine drehzahlabhängige Amplitude aufweist. Zur Vermeidung von daraus resultierenden Fehlern
bei der Spritzbeginnauswertung ist es erforderlich, bei
dem Monoflop 32 anstelle eines konstanten Schwellwertes
einen drehzahlabhängigen Schwellwertschalter zu verwenden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, das
Drehzahlsignal in dem Sinne zur Steuerung der Stromquelle/zu
verwenden, daß schon das über der Spule abgegriffene Induktionssignal eine drehzahlunabhängige
Amplitude aufweist. Um- auch die Amplitudenabhängigkeit
von anderen Parametern wie Temperatur oder auch Geber-
BAD ORIGINAL
Streuungen auszuschalten, kann eine Regelung beispielsweise des Spitzenwertes oder des Mittelwertes des an der Induktivität
ausgekoppelten Spannungsabfalls durchgeführt werden.
'In Abhängigkeit vom Wert der ausgekoppelten Wechselspannung liefert die Stromquelle mehr oder weniger Strom
in der Weise, daß die Signalamplitude trotz Schwankungen der verschiedenen Parameter (Drehzahl,. Temperatur, Geberstreuung)
einen konstanten Wert annimmt. Dies hat den Vorteil, daß bei der anschließenden Digitalisierung des analogen
Nutzsignals die Schwelle der Monoflops 32, 32' auf einen festen, nicht von Exemplar zu Exemplar neu festzulegenden
Wert eingestellt werden kann.
Darüber hinaus ist eine verallgemeinerte, nicht auf die Erfassung des Spritzbeginns bezogene Anwendungsmöglichkeit
dieser Meßeinrichtung denkbar..Die Meßeinrichtung kann bei allen mit einer Stromquelle angesteuerten Sensoren,
so z.B. bei Hall-Sensoren, Induktiv-Sensoren,
NTC-(PTC)-Sensoren oder auch mit Heizelementen konstanter
Heizleistung versehenen Sensoren unabhängig von ihrer Anwendung z.B. als Drehzahlsensor, Klopfsensor, Temperatursensor
oder auch Massendurchflußsensor eingesetzt werden.
Figur 3 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Stromquelle
30, in der die Serienanordnung aus einem Widerstand Uo, einen pnp-Transistor U1 und dem Nadelhubsensor
21 zwischen Versorgungsspannung und Masse geschaltet ist.
Die am Kollektor des Transistors U1 anliegende Ausgangsspannung U. wird über einen aus einem Widerstand "U2 und
Jri.
einem Kondensator U3 bestehenden Tiefpaß auf den Pluseingang
eines Operationsverstärkers UU geführt. Der Minuseingang des Operationsverstärkers UU ist mit dem Mittelabgriff
eines mit der Versorgungsspannung beaufschlagten
Spannungsteilers aus den Widerständen U5 und U6 verbunden.
1 Q Λ
-w-
Das über einen Widerstand 1+7 auf den Minuseingang des Operationsverstärkers
1+1+ rückgekoppelte Ausgangssignal steuert über einen Widerstand kQ die Basis des Transistors kl.
Über eine noch näher zu beschreibende Kopplungseinrichtung 1+9 ist die Basis des Transistors 1+1 mit der Versorgungsspannung
verbunden.
Weitere Mögliche Ausbildungen der Stromquelle, sind durch '
die gestrichelt eingefügten Bauelemente möglich. Mit und 51 sind Zenerdioden bezeichnet, die parallel zur
Koppeleinrichtung 1+9 und/oder zum Widerstand 1+6 eingefügt
■werden können. Weiterhin ist vorgesehen, den Plureingang
des Operationsverstärkers Ul+ über einen Widerstand
52 und eine Diode 53 mit einem drehzahlabhängigen Signal zu beaufschlagen.
Die Funktionsweise der Schaltung von Figur 3 ist im folgenden beschrieben. "
Über den Tiefpaß bestehend aus Widerstand 1+2 und Kondensator 1+3 wird der Gleichspannungsanteil der Ausgangsspannung
auf den Pluseingang des Operationsverstärkers kk rückgekoppelt. Der Operationsverstärker kk steuert den
Transistor 1+1 in der Weise an, daß die am Kollektor anliegende Spannung U gleich der am Minuseingang
anliegenden, durch den Spannungsteiler aus den Widerständen U 5 und 1+6 erzeugten Referenzspannung ist.
Sinkt z.B. die Referenzspannung am-Minuseingang des
Operationsverstärkers kk auf kleinere Werte ab, so wird der Transistor 1+1 etwas weiter in den Sperrbereich
gesteuert bis U, wieder den gleichen Wert wie die Referenzspannung besitzt. Dadurch ist ge-
Λϋ
währleistet, daß der Transistor selbst bei starken Versorgungsspannungseinbrüchen
nicht im durchgeschalteten Zustand sondern immer im günstigsten Aussteuerungsbereich betrieben wird.
Zum Schutz des Transistors 41 bzw. des Nadelhubsensors 21 vor Überlast ist eine Strombegrenzung der Stromquelle
vorgesehen. Hierzu dienen die Zenerdiode 50 und/oder die Zenerdiode 51· Weiterhin besteht die Möglichkeit,
den Pluseingang des Operationsverstärkers UU mit einem drehzahlabhängigen Signal zu beaufschlagen,
so daß der in dem Nadelhubsensor fließende Strom als
Funktion der Drehzahl gesteuert wird.
Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, zwischen die Basis und dem Emitter des Transistors 41 eine Koppeleinrichtung
49 einzufügen, um die Basis mit der Versorgungsspannung
überlagerten Störimpulsen zu beaufschlagen. Dies hat zur Folge, daß Störimpulse nich-t am
Kollektor des Transistors it-1 auftreten und eine sichere
Nutzsignalauswertung gewährleistet ist.
In Figur 4 sind einige Ausführungsbeispiele dieser Koppeleinrichtung
49 wiedergegeben. Im einfachsten Fall 4a besteht diese Koppeleinrichtung aus einem Kondensator,
der wegen der Niederohmigkeit der Basis recht groß dimensioniert sein sollte und somit zweckmäßigerweise
als Elektrolytkondensator ausgebildet ist.
In einer anderen Ausführungsform der Koppeleinrichtung
4b wird ein als Impedanzwandler betriebener Operationsverstärker mit einem dem Ausgang nachgeschalteten
Kondensator verwendet. Es kann in verschiedenen Anwendungsfällen
günstig sein, wegen der hohen Zuver-
-■-·-- . 1 β ι
lässigkeit von Operationsverstärkern diese den Elektrolytkondensatoren vorzuziehen.
Ist der Transistor h\ gemäß Figur ho als Feldeffekttransistor
ausgebildet, so können wegen der Hochohmigkeit des Gates sehr klein dimensionierte, störsichere
und kostengünstige Kondensatoren zur Kopplung benutzt werden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zur Erfassung
des Einspritz Zeitpunktes wird eine erhebliche Verbesserung des Nutzsignal zu Störsignal-Verhältnisses
erreicht. Selbst in extremen, im Kraftfahrzeugbetrieb
jedoch unvermeidbaren Situationen bleibt die Meßeinrichtung
funktionstüchtig. Vorteilhaft erweist sich auch die drehzahlabhängige Steuerung der Stromquelle,
mit der es möglich ist, über den gesamten Drehzahlbereich
der Brennkraftmaschine ein Spritzbeginnsignal mit einer drehzahlunabhängigen Amplitude zu erzeugen. Im
Falle einer geregelten Wechselspannungsstabilisierung des analogen Nutzsignals läßt sich der Einfluß weiterer
Parameter, wie Temperatur, Geberstreuung -usw. auf die Signalamplitude ausschalten, so daß eine Digitalisierung
des Nutzsignals bei gleichbleibender Genauigkeit (kein Zeitfehler durch verschiedene Signalamplituden bei konstanter
Triggerschwelle der Monoflops) erheblich vereinfacht wird.
Claims (1)
- η Q i ΠD j η !3.11.1982 Tb/HmROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1Ansprüche . . i . ■Π.'Meßeinrichtung an einer Brennkraftmaschine zum ständigen Erfassen von Betriebsparametern mit einem von einer Stromquelle angesteuerten Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (30) geregelt ist und Mittel zur Stabilisierung gegen Versorungsspannungsschwankungen vorgesehen sind.2. Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (30) drehzahlabhängig und/oder temperaturabhängig und/oder in Abhängigkeit von Fertigungsstreuungen des Meßwertsensors (21) gesteuert wird.3. Meßeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Mittel zur Stabilisierung der Amplitude des Ausgangssignales der Meßeinrichtung vorgesehen sind.h. Meßeinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung gegen Versorgungsspannungsschwankungen das Stör-, signal auf die Basis eines Transistors (Ui) der Stromquelle (30) eingekoppelt wird. 'BAD ORIGINAL5. Meßeinrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das Störsignal mittels eines Kondensators, vorzugsweise eines Elektrolytkondensators eingekoppelt wird (Figur Ua).6. Meßeinrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß das Störsignal mittels einer Serienschaltung aus einem als Impedanzwandler betriebenen Operationsverstärkers und einem Kondensator auf die Basis des Transistors (Ui) eingekoppelt wird (Figur Ub).7· Meßeinrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Verwendung eines Feldeffekttransistors als Transistor (U1) das Störsignal mittels eines Kondensators relativ kleiner Kapazität eingekoppelt wird (Figur Uc)8. Meßeinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßeinrichtung ein Schwellwertschalter (32) zugeordnet ist, dessen Schalt schwelle drehzahlabhängig einstellbar ist.9. Meßeinrichtung nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strombegrenzung Zenerdioden (50, 51) verwendet werden, die die Spannung am Eingang eines dem Transistor (U1) vorgeschalteten Operationsverstärkers (UU) und/oder die Emitter-B.asis-Spannung des Transistors (U1) begrenzen.BAD ORIGINAL
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