DE3601117A1 - Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen messung und auswertung von fuer den betriebszustand von dieselmotoren charakteristischen parametern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanord­ nung, die zur gleichzeitigen Messung und Auswertung von für den Betriebszustand von Dieselmotoren charakteristi­ schen Parametern dient.

Zur Messung und Auswertung dieser Parameter ist es jedoch bei Anwendung der Erfindung nicht erforderlich, die bis­ her unumgänglichen Montagearbeiten von großem Umfang durch­ zuführen.

Es ist allgemein bekannt, daß zur Beurteilung des Betriebs­ zustandes von Dieselmotoren von den dafür charakteristi­ schen Parametern zur Zeit der Kraftstoffverbrauch, der Transferdruck, die Drehzahl und der Voreinspritzwinkel gemessen werden.

Die Messung dieser Parameter erfolgt im allgemeinen auf zwei verschiedene Weisen:

Die eine Methode besteht darin, daß die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse - die beiden, die Leistung des Die­ selmotors grundsätzlich bestimmenden Konstruktionseinhei­ ten - aus dem Motor herausmontiert und auf einen Prüfstand gebracht werden, wo diese danach praktisch unter Laborbe­ dingungen betätigt werden. Während ihrer Betätigung wer­ den die Parameter gemessen, und anhand ihrer Auswertung können Reparaturen oder Korrekturen vorgenommen werden.

Die zweite Methode besteht darin, daß zwischen die Konstruk­ tionseinheiten des Motors Detektoren eingefügt werden, welche die die Betriebsverhältnisse charakterisierenden Parameterangaben liefern und diese Angaben durch einen Rechner oder eine rechentechnische, zu diesem Zweck aus­ gebildete Vorrichtung derart ausgewertet werden, daß die in ihrer Speichereinheit gespeicherte, für den jeweiligen Typ des Motors charakteristische Referenzdatenmenge mit den gemessenen Parametern verglichen wird und die Diffe­ renz als Abweichung vom ldeal angezeigt wird.

Beide Methoden sind zur Diagnostizierung der Dieselmoto­ ren geeignet, haben jedoch den gemeinsamen Nachteil, daß sie ein gut ausgerüstetes Netz, Laboratorien und hoch­ qualifizierte Arbeitskräfte beanspruchen.

Zur Zeit gilt das durch die österreichische Firma AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Meßtechnik mbH in Vertrieb gebrachte Kraftstoffverbrauchsmeßsystem 700 als eines der modernsten Systeme seiner Art.

In dieser Vorrichtung sind die Meßwerte und Parameter - das Meßgewicht, die Meßzeit, die Drehzahl - sofort ab­ lesbar und ausdruckbar und können in einen Datensammler oder ein Datenverarbeitungssystem unmittelbar eingegeben werden. Die Meßvorrichtung kann unmittelbar an eine Pro­ grammsteuerung angeschlossen werden - zum Beispiel auf automatischen Motorprüfstationen. Das Wesen des Aufbaus dieses Meßsystems besteht darin, daß es aus einer Kraft­ stoffwaage, einer berührungsfreien Lichtschranke, einem elektronischen Steuergerät, Schaltern, einer digitalen Zähler- und Drehzahlanzeigeeinrichtung und sonstigen Zu­ satzeinrichtungen, wie z.B. einer Prüf- und Kalibrierein­ richtung, besteht.

Es ist jedoch allgemein bekannt, daß die Dieselmotoren infolge ihrer Eigenheiten insbesondere in landwirtschaft­ lichen Kraftmaschinen und in Armeefahrzeugen Verwendung finden.

Ihre Anwendung ist dadurch in erster Linie an Gelände oder an Wasser gebunden, ihre Anwandung erfolgt allenfalls weit entfernt von gut ausgerüsteten Servicestationen, Laboratorien, sowie in Abwesenheit von hochqualifizierten Fachleuten. Es bedarf keiner weiteren Begründung, daß die auf diese Weise angewendeten Mittel eine schnelle und zuverlässige Fehlerermittlung sowie Reparatur und Korrektur auch an Ort und Stelle erfordern, was durch die oben erwähnten Umstände nicht gewährleistet werden kann.

Es besteht also ein aktueller Bedarf, den Anwendern auf dem Gelände oder Wasser an der Stelle der Benutzung, von gut ausgerüsteten Servicestationen entfernt, eine solche moderne diagnostische Vorrichtung zur Verfügung zu stel­ len, mit welcher auch bei derartigen Bedingungen eine schnelle Fehlerortung gesichert werden kann, so daß auch Fachleute mit geringerer Qualifikation eine Reparatur oder Korrektion mit minimalem Arbeits-, Zeit- und Geräte­ aufwand an der Stelle der Anwendung zuverlässig durchfüh­ ren können.

Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht in der Entwicklung einer Schaltungsanordnung zur gleichzei­ tigen Messung und Auswertung der für den Betriebszustand von Dieselmotoren charakteristischen Parameter, welche dazu geeignet ist, den obigen Bedarf zu decken.

Zur Lösung der Aufgabe wurde eine Schaltungsanordnung geschaffen, die mit die zu messenden Parameter in elek­ trische Signale umwandelnden Detektoren, sowie Einhei­ ten zur Verarbeitung der elektrischen Signale, Anzeige- bzw. Displayeinheiten versehen ist und gemäß der Erfin­ dung in der Betriebsstoffleitung ein die Vorwärts- und Rückströmung der Flüssigkeit in verschiedenen lmpulsen anzeigender Quantisierdurchflußmesser und ein schnell­ funktionierender, die Druckschwankungen, Schwingungen der Flüssigkeit auf analoge oder digitale Weise in elek­ trische Impulse verwandelnder Druckmesser gleichzeitig eingekoppelt sind, wobei die Ausgänge des Quantisier­ durchflußmessers an einen die Menge der vorwärtsströmen­ den Flüssigkeit ermittelnden Vor- und Rückwärtszähler angeschlossen sind, während ein erster Ausgang des Druck­ messers an einen Spitzengleichrichter und ein zweiter Ausgang des Druckmessers an eine Gleichrichter-Filter- Schaltung geführt sind.

Nachstehend wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt
ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanord­ nung sind in eine Betriebstoffleitung 1 ein Quantisier­ durchflußmesser 2 und ein Druckmesser 3 eingefügt.

Der Quantisierdurchflußmesser 2 ist mit einem ersten und einem zweiten Eingang eines Vor- und Rückwärtszählers 21 verbunden, dessen Ausgang über einen Digital-Analog- Wandler 22 an eine Anzeigeeinheit 23 geführt ist. Ein dritter Eingang des Vor- und Rückwärtszählers 21 ist mit einem ersten Ausgang eines Hubzählers 39 verbunden, dessen zweiter Ausgang über einen analogen oder digitalen Dreh­ zahlzähler 40 an eine analoge oder digitale Anzeigeein­ heit 41 angeschlossen ist. Der Druckmesser 3 ist durch seinen ersten Ausgang über einen Spitzengleichrichter 31 mit einer weiteren analogen oder digitalen Anzeigeein­ heit 50 und durch seinen zweiten Ausgang über eine Gleich­ richter-Filter-Schaltung 32 mit einem ersten Eingang einer Addierstufe 33 verbunden. Die Addierstufe 33 ist mit ih­ rem Ausgang an einen Spitzengleichrichter 34 und an einen ersten Eingang eines Komparators 35 angeschlossen.

Ein Ausgang des Spitzengleichrichters 34 ist an einen zweiten Eingang des Komparators 35 geführt, während der Ausgang des Komparators 35 mit einem Eingang eines Verzö­ gerungsgliedes 36 mit veränderbarer Verzögerungszeit so­ wie mit einem Anschlußpunkt A der Schaltungsanordnung verbunden ist. Ein Ausgang des Verzögerungsgliedes 36 mit veränderbarer Verzögerungszeit ist an einen anderen Anschlußpunkt B der Schaltungsanordnung und an einen Ein­ gang eines mit einer Hold-off-Einheit versehenen mono­ stabilen Sägezahnspannungsgenerators 37 angeschlossen, dessen erster Ausgang an einen Lichtmodulator 38 ange­ schlossen ist. Ein zweiter Ausgang des mit einer Hold- off-Einheit versehenen Sägezahnspannungsgenerators 37 bildet einen ersten Ausgang C der Schaltungsanordnung, welcher einen Eingangspunkt eines Oszilloskopes (nicht gezeigt) darstellt. Ein Ausgang des Lichtmodulators 38 ist an einen zweiten Ausgang D der Schaltungsanordnung geführt, wobei der zweite Ausgang D an einen weiteren Eingang des Oszilloskopes geschaltet ist. Ein weiterer Ausgang des Spitzengleichrichters 31 bildet einen weite­ ren, dritten Ausgang E der Schaltungsanordnung, welcher einen anderen Eingangspunkt des Oszilloskopes darstellt.

Ein erster Eingang des Hubzählers 39 ist entweder an die Anschlußpunkte A und B oder an den ersten Ausgang C der Schaltungsanordnung angeschlossen. Ein zweiter Eingang der Addierstufe 33 ist mit einem ersten Ausgang des Spit­ zengleichrichters 31 verbunden. Der Vor- und Rückwärts­ zähler 21 ist mit einem weiteren, vierten Eingang verse­ hen, welcher einen ersten Eingang F der Schaltungsanord­ nung bildet, während ein zweiter Eingang des Hubzählers 39 einen zweiten Eingang G der Schaltungsanordnung bil­ det.

Die dargestellten Konstruktionsteile der Schaltungsanord­ nung haben folgende Funktion:
Der Quantisierdurchflußmesser 2 meldet die Vor- und Rück­ wärts-Strömung jeweils getrennt an seinen Vorwärts- und Rückwärtsausgängen in Form von gesonderten Impulsen. Der Druckmesser 3 ist eine schnellfunktionierende Ein­ heit, welche die Flüssigkeitsschwingungen in elektrische analoge lmpulse verwandelt.
Der Digital-Analog-Wandler 22, welchem ein analoges Gerät zur Anzeige nachgeschaltet ist, dient zur analogen Anzei­ ge der durchgeströmten Menge. Die durchgeströmte Menge kann aber auch in digitaler Form angezeigt werden, wobei dabei dem Ditial-Analog-Wandler 22 ein Analog-Digital- Wandler nachgeschaltet ist, dessen Signale an eine digita­ le Anzeigeeinheit geführt sind.
Die Anzeigeeinheit 23 ist entweder ein analoges Gerät oder eine Ziffernanzeigeeinheit mit digitalem Antrieb.
Der Spitzengleichrichter 31 ist ein Wandler mit Stromein­ gang und Spannungsausgang.
Die Gleichrichter-Filter-Schaltung 32 erzeugt Informatio­ nen bezüglich der Durchschnittswerte der Stoßwellen des Transferdruckes.
Die Ausgänge C, D und E der Schaltungsanordnung sind an die Eingänge eines an sich bekannten Oszilloskopes ange­ schlossen.
Der erste Eingang F der Schaltungsanordnung dient zur Rücksetzung des Vor- und Rückwärtszählers 21.
Der zweite Eingang G der Schaltungsanordnung dient zur Einstellung des Hubzählers 39.

Die dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung funktioniert folgenderweise:
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in der Betriebs­ stoffleitung 1 zwei Detektoren eingebaut, wobei der eine dieser Detektoren der Quantisierdurchflußmesser 2 ist, welcher die Bestimmung der in der Betriebsstoffleitung 1 jeweils nur vorwärtsströmenden Betriebsstoffmenge derart ermöglicht, daß dieser die Menge des infolge der durch die periodische Betriebsstoffzuführung entstehenden Schwin­ gungswellen von großer Amplitude vor- und rückströmenden Betriebsstoffes jeweils gesondert bestimmt und an seinen Ausgängen die vor- und rückströmende Betriebsstoffmenge jeweils in Form von Impulsen voneinander getrennt an den Vor- und Rückwärtszähler 21 leitet. Der Vor- und Rück­ wärtszähler 21 leitet nur für die vorwärtsströmende Betriebs­ stoffmenge charakteristischen Daten an den Digital-Ana­ log-Wandler 22.

Der andere Detektor in der Betriebsstoffleitung 1 wird durch den Druckmesser 3 gebildet, welcher als Meßumformer der Schwingungen des Transferbetriebsstoffdruckes an sei­ nem Ausgang Stromimpulse liefert, welche mit den Schwin­ gungen im wesentlichen proportional sind.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dementspre­ chend zur Ausführung folgender Meßfunktionen geeignet:

• 1. Messung der durchströmenden Betriebsstoffmenge auf eine vorbestimmte - eingestellte - Hubzahl bezogen.
• 2. Messung des Spitzentransferdruckes des Betriebsstof­ fes.
• 3. Abzählen des Hubes und durch Impuls erfolgende An­ zeige bei Erreichen des voreingestellten Wertes.
• 4. Bestimmung der Drehzahl anhand der Periodendauer des Hubes.
• 5. Für das Oszilloskop wird die synchronisierte Erzeu­ gung einer Sägezahnspannung, eines Lichtmodulations­ signales derart gewährleistet, daß am Ausgang der Schaltungsanordnung der zeitliche Ablauf der Trans­ ferstoßwellen ebenfalls geprüft werden kann.

Diese Meßfunktionen werden folgenderweise realisiert:

• 1. Die von dem Quantisierdurchflußmesser 2 gelieferten Vor- und Rückwärtsimpulse speisen den Vor- und Rück­ wärtszähler 21, welcher durch einen äußeren Impuls rückgesetzt werden kann, während die Zulassung und Sperrung der Zählung durch den Hubzähler 39 erfolgt. Der Ausgang des Vor- und Rückwärtszählers 21 kann z.B. an einen Digital-Analog-Wandler 22 angeschlossen werden, wobei die durchströmende Betriebsstoffmenge mit einem analogen Gerät, oder einer analogen Regi­ striereinheit, oder unmittelbar angezeigt werden kann, bzw. mittels eines weiteren Analog-Digital-Wandlers in eine vorteilhafter verarbeitbare lnformation ver­ wandelt werden kann.
• 2. Das Maximum des Transferdruckes des Betriebsstoffes wird durch eine analoge oder digitale Anzeigeeinheit 50 dargestellt, wobei die Messung dieses Maximums mittels des Spitzengleichrichters 31 realisiert wird, welcher an den ersten Ausgang des Druckmessers 3 an­ geschlossen ist.
• 3. Die Hubzählung erfolgt dadurch, daß der Hubzähler 39 mit seinem ersten Eingang entweder mit dem Ausgang des Komparators 35, oder dem Ausgang des Verzögerungs­ gliedes 36 oder dem Ausgang des mit einer Hold-off- Einheit versehenen monostabilen Sägezahnspannungsge­ nerators 37 verbunden ist. Die am ersten Eingang des Hubzählers 39 ankommenden Signale werden aus den für das Oszilloskop, welches den zeitlichen Ablauf der Transferstoßwellen prüft, erzeugten Triggersignalen gebildet, welche durch die an den Anschlußpunkten A, B bzw. dem Ausgang C anliegenden Signale gebil­ det werden.
• 4. Die Anzeige der Drehzahl erfolgt mittels der analo­ gen oder digitalen Anzeigeeinheit 41, welche an den analogen oder digitalen Drehzahlzähler 40 angeschlos­ sen ist. Die den Eingang des analogen oder digitalen Drehzahlzählers 40 aktivierenden Impulse werden von dem zweiten Ausgang des Hubzählers 39 geliefert.
• 5. Der Horizontal-Verstärker (X-Verstärker) des zur zeit­ mäßigen Prüfung des Transferdruckes der durchströ­ menden Betriebsstoffmenge dienenden Oszilloskopes wird von dem Ausgang des eine innere Stufe des Spit­ zengleichrichters 31 bildenden analogen Strom-Span­ nungs-Wandlers, d.h. vom Ausgang E der Schaltungs­ anordnung, gesteuert, da der Spitzengleichrichter 31 eine an sich bekannte analoge Strom-Spannungs- Wandler-Stufe enthält. Der Eingang des Vertikal-Ver­ stärkers (Y-Verstärkers) des Oszilloskopes ist mit dem Ausgang des mit einer Hold-off-Einheit versehe­ nen Sägezahnspannungsgenerators 37, dem Ausgang C der Schaltungsanordnung verbunden. Dieser mit einer Hold-off-Einheit versehene Sägezahnspannungsgenera­ tor 37 erhält sein Triggersignal vom Ausgang des Ver­ zögerungsgliedes 36 mit veränderbarer Verzögerungs­ zeit. Das Verzögerungsglied 36 mit veränderbarer Verzögerungszeit empfängt an seinem Eingang diese die Synchronisierung durchführenden Triggersignale, welche durch die Verarbeitung der elektrischen Im­ pulse, die den Stoßwellen des durch den Druckmesser 3 erfaßten Transferdruckes entsprechen, entstehen.

Die Bildung der Synchronsignale erfolgt folgenderweise: Der Spitzengleichrichter 31 erhält die elektronischen Informationen bezüglich der Spitzenwerte der Stoßwellen des Transferdruckes. Diese Informationen werden mit den am Ausgang der Gleichrichter-Filter-Schaltung 32 anlie­ genden Signalen, welche lnformationen bezüglich der Durch­ schnittswerte der Stoßwellen des gleichen Transferdruckes enthalten, durch die Addierstufe 33 addiert. Das Ausgangs­ signal der Addierstufe 33 wird einerseits an den Eingang des Spitzengleichrichters 34 und andererseits an den er­ sten Eingang des Komparators 35 geleitet.

Der zweite Eingang des Komparators 35 empfängt das am Aus­ gang des Spitzengleichrichters 34 anliegende Signal.

Der Komparator 35 erzeugt durch Vergleichen der an seinen beiden Eingängen ankommenden Signale das zur Synchroni­ sierung dienende Triggersignal.

Der Verwendungsbereich der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung kann auf die Messung der Voreinspritzung aus­ gedehnt werden, welche derart durchführbar ist, daß mit dem Triggersignal ein an sich bekanntes Stroboskop ge­ speist wird.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Schaltungsanordnung die unmittel­ bare, gleichzeitige Messung der wichtigsten Parameter der während des Betriebes der Dieselmotoren ablaufenden Prozesse gewährleistet und diese Messungen bei beliebigen Motoren derart durchgeführt werden können, daß es ausrei­ chend ist, das den Betriebsstoff leitende Rohr zwischen der Einspritzpumpe und der Einspritzdüse an einer ein­ zigen Stelle zu öffnen und die Signalgeber - den Druck­ messer und den Durchflußmesser - einzufügen, wodurch die Diagnostizierung des Motors in situ ermöglicht wird.

Die mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durchgeführte Messung und Auswertung ermöglicht im wei­ teren - auch an Ort und Stelle - die Lokalisierung der eventuellen Fehler des Motors, bzw. die unmittelbare Be­ hebung des lokalisierten Fehlers. Diese beruht auf der gleichzeitigen Messung des Betriebsstoffverbrauches, der Druckverhältnisse zwischen der Einspritzpumpe und Ein­ spritzdüse, des Voreinspritzwinkels entsprechend den re­ alen Vorgängen.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Messung und Auswertung von für den Betriebszustand von Diesel­ motoren charakteristischen Parametern, welche mit die zu messenden Parameter in elektrische Signale verwandelnden Detektoren, sowie die elektrischen Signale verarbeitenden, messenden, anzeigenden bzw. darstellenden Einheiten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Betriebs­ stoffleitung (1) ein die Vor- und Rückströmung der Flüssigkeit in verschiedenen Impulsen anzeigender Quantisierdurchflussmesser (2) und ein schnell­ funktionierender, die Druckschwankungen, Schwingun­ gen der Flüssigkeit in analoger oder digitaler Weise in elektrische Impulse verwandelnder Druckmesser (3) gleichzeitig eingefügt sind, desweiteren die Ausgän­ ge des Quantisierdurchflußmessers (2) an einen die nach vorn strömende Flüssigkeitsmenge bestimmenden Vor- und Rückwärtszähler (21) angeschlossen sind und ein erster Ausgang des Druckmessers (3) an einen Spitzengleichrichter (31) geführt ist, während ein zweiter Ausgang des Druckmessers (3) mit einer Gleich­ richter-Filter-Schaltung (32) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Ausgang des an den Quantisierdurchflußmesser (2) angeschlossenen Vor- und Rückwärtszählers (21) über einen Digital- Analog-Wandler (22) an eine Anzeigeeinheit (23) an­ geschlossen ist, während ein dritter Eingang des Vor- und Rückwärtszählers (21) mit einem ersten Ausgang eines Hubzählers (39) verbunden ist, dessen zweiter Ausgang an einen Eingang eines analogen oder digita­ len Drehzahlmessers (40) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Drehzahlmessers (40) mit einer ana­ logen oder digitalen Anzeigeeinheit (41) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang des Druckmessers (3) über den Spitzengleichrichter (31) mit einer weiteren analogen oder digitalen An­ zeigeeinheit (50) und einem ersten Eingang einer Addierstufe (33) verbunden ist, während der zweite Ausgang des Druckmessers (3) über eine Gleichrich­ ter-Filter-Schaltung (32) an einen zweiten Eingang der Addierstufe (33) angeschlossen ist, deren Aus­ gang an einen Eingang eines Spitzengleichrichters (34) und an einen ersten Eingang eines Komparators (35) angeschlossen ist, während der Ausgang des Spitzen­ gleichrichters (34) an einen zweiten Eingang des Komparators (35) angelegt ist, daß weiterhin der Ausgang des Komparators (35) einen Anschlußpunkt (A) der Schaltungsanordnung bildet und an den Eingang eines Verzögerungsgliedes (36) mit veränderbarer Verzögerungszeit geführt ist, während der Ausgang des Verzögerungsgliedes (36) mit veränderbarer Ver­ zögerungszeit einen weiteren Anschlußpunkt (B) der Schaltungsanordnung bildet und an den Eingang eines mit einer Hold-off-Einheit versehenen Sägezahnspan­ nungsgenerator (37) angeschlossen ist, dessen erster Ausgang über einen Lichtmodulator (38) an einen Aus­ gang (D) der Schaltungsanordnung geführt ist, wobei der Ausgang (D) einen Eingang eines Oszilloskopes bildet, desweiteren ein zweiter Ausgang des mit ei­ ner Hold-off-Einheit versehenen Sägezahnspannungs­ generators (37) einen weiteren Ausgang (C) der Schal­ tungsanordnung bildet, welcher an einen weiteren Eingang des Oszilloskopes angeschlossen ist, daß weiterhin ein zweiter Ausgang des Spitzengleichrich­ ters (31) einen dritten Ausgang (E) der Schaltungs­ anordnung bildet, welcher an einen weiteren Eingang des Oszilloskopes angeschlossen ist, desweiteren ein erster Eingang des Hubzählers (39) entweder an die Anschlußpunkte (A, B) oder an den ersten Ausgang (C) - den Eingang des Oszilloskopes - angeschlossen ist, daß weiterhin ein erster Eingang der Addierstu­ fe (33) mit dem Ausgang des Spitzengleichrichters (31) verbunden ist, daß der Vor- und Rückwärtszäh­ ler (21) mit einem weiteren, vierten Eingang ausge­ bildet ist, welcher einen Eingang (F) der Schaltungs­ anordnung bildet, während der Hubzähler (39) mit einem weiteren, zweiten Eingang versehen ist, welcher einen weiteren Eingang (G) der Schaltungsanordnung bildet.