DE3905824C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Erfassung des Drucks in einem Zylinder
einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs.
Im allgemeinen wird der Druck in einem Zylinder gemessen,
um den Verbrennungszustand einer Brennkraftmaschine
und die Betriebsweise jedes Arbeitszyklus festzustellen.
Bei einer derartigen Druckmessung wird üblicherweise
ein piezoelektrischer Zylinderdrucksensor
verwendet. In einem derartigen Sensor wird der Druck in
dem Zylinder direkt oder indirekt auf ein piezoelektrisches
Element aufgebracht, das elektrische Ladungen
abhängig vom Druck erzeugt und eine Ladungsmenge entsprechend
dem aufgebrachten Druck wird dann abgegeben.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines piezoelektrischen Zylinderdrucksensors,
wobei das Bezugszeichen 11 piezoelektrische
Elemente, 12 eine Elektrode, die zwischen
den zwei piezoelektrischen Elementen 11 angeordnet ist
und ein Ausgangssignal an eine Leitung 13 gibt, 14 ein
Gehäuse, das die inneren Teile des Sensors abdeckt,
bezeichnen.
Der Sensor ist ringförmig ausgebildet und ist zwischen
dem Zylinderkopf 2, der die obere Wand eines Zylinders
eines Motors bildet, und einer Zündkerze 3, wie in Fig. 2
gezeigt, angeordnet. Der Druck in dem Zylinder setzt
sich durch die Zündkerze fort und teilt sich den piezoelektrischen
Elementen des piezoelektrischen Zylinderdrucksensors
1 mit, wobei Ladungen entsprechend dem
Zylinderdruck erzeugt werden.
Da ein Ausgangssignal entsprechend dem Zylinder
druck des Sensors eine Ladungsmenge darstellt, muß diese Ladungsmenge
in einen Spannungswert umgewandelt werden,
der leicht elektrisch verarbeitet werden kann. Für diesen
Zweck wurde bisher im allgemeinen ein Ladungsverstärker
als Mittel zum Umwandeln der Ladungsmenge in
einen Spannungswert verwendet. Fig. 3 zeigt einen
Grundschaltkreis für einen Ladungsverstärker, wobei
Bezugszeichen 41 einen Operationsverstärker und 42 einen
Kondensator bezeichnen. Das Ausgangssignal des Sensors 1
wird dem invertierenden Eingang des Operationsver
stärkers 41 zugeführt. Der Kondensator 42 liegt zwischen
dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
41 und seinem Ausgang. Der nicht invertierende Eingang
des Operationsverstärkers ist mit Masse verbunden.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers wird so
gesteuert, daß die Pegel der Spannungen an den invertierenden
und nichtinvertierenden Eingängen gleich
sind. Wenn somit ein elektrischer Ladungswert Q vom
Sensor 1 dem Operationsverstärker 41 zugeführt wird,
arbeitet der Verstärker derart, daß der Kondensator 42
mit der gleichen Menge wie der Ladungswert Q geladen
wird.
Wenn die Kapazität des Kondensators 42 C ist, wird die
Spannung V=Q/C vom Operationsverstärker 41 abgegeben.
Da die Ladungsmenge Q proportional zu dem Zylinderdruck
ist, entspricht die Ausgangsspannung V des Opera
tionsverstärkers 41 dem Zylinderdruck. Während des Betriebes
des Motors wird ein Verbrennungsdrucksignal entsprechend
Fig. 4 abgegeben.
Da allerdings der oben beschriebene Ladungsverstärker
derart ausgebildet ist, daß die Ladungsmenge direkt in
einen Spannungswert durch den Kondensator umgewandelt
wird und die Kapazität des Kondensators 42 in Über
einstimmung mit der Kapazität der piezoelektrischen Elemente
11 des Sensors 1 auf einen niedrigen Wert gesetzt
ist, tritt das folgende Problem auf. Wenn sich andere
Ladungen als die des Zylinderdrucksignals bewegen, d.h.
wenn Kriechströme durch den Sensor 1, seine Ausgangsleitung,
den Eingangsteil des Ladungsverstärkers
oder dergleichen fließen oder wenn ein Vorstrom oder
dergleichen durch den Operationsverstärker 41 fließt,
ändert sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
41 und somit kann der Zylinderdruck
nicht genau gemessen werden.
Weiterhin ändert sich die Druck/Ladungsmenge-
Wandlungscharakteristik des Sensors 1 mit Temperaturänderungen
und der sogenannte Pyroeffekt tritt auf und
bewirkt die Erzeugung von Ladungen in Übereinstimmung
mit Temperaturänderungen des piezoelektrischen Elements.
Wenn insbesondere der Sensor, wie in Fig. 2 gezeigt,
nahe der Verbrennungskammer liegt, ist die Temperaturänderung,
die während jedes Arbeitszyklus aufgrund
der steigenden Temperatur des Zylinderkopfes 2
oder der Zündkerze 3 oder jeder anderen Temperaturübertragung
in der Verbrennungskammer auftritt, groß. Das
bedeutet, daß die Wellenform des Ausgangssignals des
Ladungsverstärkers sehr stark von derartigen Temperaturänderungen
beeinflußt wird und der Zylinderdruck
nicht ausreichend genau gemessen werden kann. Selbst
wenn Versuche zur Temperaturkompensation durch bestimmte
Mittel vorgesehen werden, ist der Aufbau derartiger
Mittel kompliziert ist, da die Ausgangsladungsmenge in dem
Schaltkreis des Ladungsverstärkers durch den Kondensator
42 direkt in einen Spannungswert umgewandelt wird.
Außerdem kann, obwohl sich die Ausgangsspannnung des
Ladungsverstärkers (41) in Übereinstimmung mit Veränderungen
des Zylinderdrucks ändert, nicht der absolute
Druckwert des Zylinderdrucks wiedergegeben werden.
Aus der DE 35 23 230 A1 ist eine Einrichtung zum Regeln
des Zündzeitpunktes in einer Brennkraftmaschine bekannt,
bei der ein piezoelektrisches Element als Zylinderdrucksensor
verwendet wird. Der Zylinderdrucksensor
überwacht den Brennkammerdruck und gibt ein Zylinderdrucksignal
an einen Ladungsverstärker ab. Der Ladungsverstärker
weist einen Ladungs/Spannungswandlerkreis
auf, der mit einem Operationsverstärker und einer
parallel zum einen Eingang und dem Ausgang liegenden
Parallelschaltung aus Kondensator und Widerstand versehen
ist, und der das Ladungssignal des Zylinderdrucksensors
in ein Spannungssignal umwandelt. Ihm ist ein
invertierender Verstärker nachgeschaltet. Auch bei diesem
Ladungsverstärker tritt der Nachteil auf, daß Leckströme
das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers beeinflussen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine genaue Messung des Zylinderdrucks zu realisieren,
die nicht durch Leckströme oder dergleichen bei der
Umwandlung des Ausgangssignals eines piezoelektrischen
Zylinderdrucksensors in einen Spannungswert oder dergleichen
beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einer Vorrichtung zur Erfassung des Drucks in einem
Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Ausgangssignal eines piezoelektrischen
Drucksensors in Form eines Stroms erhalten und
von einem Stromeingangskreis, der einen Operationsverstärker
und einen zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers
geschalteten Widerstand aufweist, in
ein Spannungs- oder Stromwert umgewandelt, der eine
differenzierte Wellenform des Zylinderdrucks hat, und
anschließend über einen Koppelkondensator geleitet und
durch einen Integrator integriert, um dadurch ein Zylinderdrucksignal
zu erhalten. Da der Integrator über
den Stromeingangskreis mit dem Sensor verbunden ist,
kann er ohne Berücksichtigung der Kapazität des piezoelektrischen
Elementes aufgebaut werden. Es kann ein
Zylinderdrucksignal erzeugt werden, das nicht durch
Kriechströme beeinflußt wird.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß ein Temperatursensor
zur Messung der Temperatur eines Zylinderdrucksensors
vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignal des
Zylinderdrucksensors auf der Grundlage des Ausgangssignals
des Temperatursensors korrigiert werden kann, so
daß alle Temperaturänderungen berücksichtigt werden
können.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß der von einem Integrator
integrierte Strom- oder Spannungswert, der aus dem Ausgangssignal
des piezoelektrischen Sensors erhalten wurde,
zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auf einen vorbestimmten
Wert gesetzt werden kann. Dadurch kann ein
absoluter Druckwert auf der Grundlage des Ausgangssignals
des Integrators erhalten werden.
Die Vorrichtung zur Erfassung des Zylinderdrucks entsprechend
der Erfindung umfaßt weiterhin einen Komparator,
der das Ausgangssignal des Integrators mit einem
vorbestimmten Referenzwert vergleicht, und einen
Schaltkreis zum Feststellen eines Fehlers, der einen
Ausgangsimpuls vom Komparator abtastet, wodurch das
Auftreten jedes Fehlers oder Ausfalls des Sensors festgestellt
werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen piezoelektrischen
Zylinderdrucksensor,
Fig. 2 eine Darstellung, wie der piezoelektrische
Drucksensor befestigt ist,
Fig. 3 ein Schaltbild einer Vorrichtung
gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 4 eine Kennlinie der Ausgangsspannung
in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel
für eine Vorrichtung nach Fig. 3
entsprechend dem Stand der Technik
während des Betriebes,
Fig. 5 ein Schaltbild für ein erstes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 6 erläuternde Kennlinien von
Spannungen über den Kurbelwinkel
für das Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 5 während des Betriebes,
Fig. 7
und 8 Querschnitte durch den piezoelek
trischen Drucksensor mit einem
Thermistor zur Temperaturkompensa
tion,
Fig. 9
und 10 Schaltbilder, die ein zweites und
drittes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigen,
in denen eine Temperaturkompensation
bei Verwendung der Sensoren gemäß
Fig. 8 und 9 hinzugefügt ist,
Fig. 11 Spannungskennlinien über den
Kurbelwinkel für die Ausführungs
beispiele nach Fig. 9 und 10
während des Betriebes,
Fig. 12 ein Schaltbild für ein viertes
Ausführungsbeispiel der Er
findung, mit dem die Angabe
eines absoluten Druckwertes
in einem Zylinder möglich ist,
Fig. 13 Spannungskennlinien über den
Kurbelwinkel des Ausführungs
beispiels nach Fig. 12 während
des Betriebes,
Fig. 14 ein Schaltbild eines fünften
Ausführungsbeispiels der Er
findung, dem eine Vorrichtung
zur Erfassung eines Fehlers
eines Zylinderdrucksensors
hinzugefügt ist, und
Fig. 15 erläuternde Kennlinien des
Ausführungsbeispiels in Fig. 14
während des Betriebes.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung. In Fig. 5 bezeichnen die
Bezugsziffern 51 und 52 Operationsverstärker,
53, 55 und 57 bezeichnen Widerstände und 54 und
56 sind Kondensatoren. Das Ausgangssignal des
piezoelektrischen Sensors 1 zur Messung des
Zylinderdrucks wird dem invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 51 zugeführt. Der
Widerstand 53 ist zwischen den invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 51 und seinen
Ausgang geschaltet. Der Kondensator 54 und der
Widerstand 55 sind zwischen dem Ausgang des
Operationsverstärkers 51 und einem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 52 in Reihe
geschaltet. Der Widerstand 57 und der Konden
sator 56 sind parallelgeschaltet und liegen
zwischen dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 52 und seinem Ausgang.
Die nichtinvertierenden Eingänge der Operations
verstärker 51, 52 sind mit Masse verbunden.
Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 1 wird im folgenden beschrieben.
Wenn ein Ladungswert Q, der dem Druck in einem
Zylinder entspricht, vom Sensor 1 erzeugt wird,
wird ein Strom -dQ/dt vom Ausgang des Operations
verstärkers 51 geliefert, der wegen der Rück
kopplung zum Operationsverstärker 51 durch
den Widerstand 53 fließt. Wenn angenommen wird,
daß der Widerstandswert des Widerstandes 53
R1 ist, kann die Ausgangsspannung V1 des
Operationsverstärkers 51 unter Berücksichtigung
des Spannungsabfalls an dem Widerstand 53
durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
Das bedeutet, daß der Ausgangsstrom dQ/dt des
Sensors 1 in einen Spannungswert umgewandelt
wird. In Fig. 6(a) bezeichnen die durchge
zogenen Linien die Wellenform der Ausgangs
spannung V1 des Operationsverstärkers 51
abhängig vom Kurbelwinkel. Die Wellenform des
Signals entspricht dem Ergebnis, das durch
Differenzieren des Zylinderdrucks über einen
vorgegebenen Zeitraum erhalten wird.
Der Ausgangsstrom des Operationsverstärkers 51
wird über den Kondensator 54 und dem Wider
stand 55 dem invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers 52 zugeführt.
Die Kapazität des Kondensators 54 weist einen
für eine Wechselstromkopplung zu verwendenden
ausreichend hohen Wert auf. Somit ist die
Impedanz des Kondensators ein kleiner Wert,
der für ein sachgemäßes Verhältnis der Strom
änderung in bezug auf Änderungen des Zylinder
drucks geeignet ist. Wie durch die folgende
Gleichung gezeigt, ist daher der durch den
Kondensator 54 fließende Strom durch die
Ausgangsspannung V1 des Operationsverstärkers 51
und einen Widerstandswert R2 des Widerstandes
55 bestimmt:
Der Strom I2 fließt vom Operationsverstärker 52
aufgrund der Rückkopplung. Der Widerstand 57
ist vorgesehen, um die Ausgangsspannung V2
des Operationsverstärkers 52 auf Null zu setzen.
Der Widerstandswert R3 des Widerstandes 57
weist einen hohen Wert auf, so daß der erhaltene
Strom auf einem Pegel liegt, der im Sinne
des durch den Kondensator 56 fließenden Stroms
vernachlässigt werden kann. Daher wird die
Ausgangsspannung V2 des Operationsverstärkers
52 durch den Ausgangsstrom -I2 und die
Kapazität C2 des Kondensators 56, wie durch
die folgende Gleichung gezeigt, bestimmt:
Das bedeutet, daß die Ausgangsspannung V2
des Operationsverstärkers 52 proportional
zu dem Wert der Ausgangsladung Q des Sensors 1
ist und das Ausgangssignal von V2 entspricht
dem Druck im Zylinder, wie in Fig. 6(b) ge
zeigt ist.
Auf diese Weise kann ein Zylinderdrucksignal
durch Eingeben des Ausgangssignals des piezo
elektrischen Sensors zur Messung des Zylinder
drucks als Strom und durch Integrieren des
Signals entsprechend dem Eingangsstrom er
halten werden.
Wenn andererseits ein stationärer Kriechstrom
IL auf den Ausgangsleitungen des Sensors 1
erzeugt wird, kann die Ausgangsspannung V1
des Operationsverstärkers wie folgt darge
stellt werden:
und die zugehörige Wellenform des Ausgangs
signals wird in Fig. 6(a) durch die ge
strichelten Linien gezeigt. Da allerdings die
Kapazität C2 des Kondensators 56 auf einen
relativ hohen Wert gesetzt werden kann, wird
der durch den Eingangskriechstrom des Opera
tionsverstärkers 52 bewirkte Einfluß ver
ringert. Da außerdem das Eingangssignal
des den Operationsverstärker 52 in der nächsten
Stufe umfassenden Integrators über den Konden
sator 54 wechselstrommäßig mit dem Ausgang
des Verstärkers 51 gekoppelt ist, wird die
durch den Kriechstrom bewirkte Änderung -R1IL
durch den Kondensator 54 abgeblockt und nur
die durch die Änderung des Zylinderdrucks
gegebene Signalkomponente -R₁ wird integriert.
Somit wird die Wellenform des Ausgangs des
Integrators, d.h. des Operationsverstärkers 53,
eine stabile Zylinderdruckwellenform, wie in
Fig. 6(b) gezeigt, unabhängig vom Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein eines Kriechstroms.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird durch Verwendung des Operationsverstärkers
51 der strom/spannungskonvertierende Schaltkreis
als Stromeingangskreis verwendet. Allerdings
kann auch ein Stromverstärkungskreis, der einen
Strom empfängt und einen Strom abgibt, ebenfalls
verwendet werden. In einem derartigen Fall
wird der Widerstand 55 üblicherweise nicht
in dem Integrator einschließlich dem Operations
verstärker 52 vorgesehen und es ist ausreichend,
direkt den Ausgangsstrom mittels eines Integrators
zu integrieren.
Obwohl ein wechselstromkoppelnder Kondensator
nur zwischen den Stromeingangskreis und den
Integrator in dem oben beschriebenen Ausführungs
beispiel geschaltet ist, ist es ebenfalls
möglich, einen zwischen dem Stromeingangskreis
und dem piezoelektrischen Sensor 1 zur Messung
des Zylinderdrucks anzuordnen.
Im folgenden werden die Mittel zur Kompensation
von Temperaturänderungen beschrieben. Der Druck/
Ladungsumwandlungskoeffizient des piezoelek
trischen Sensors zur Messung des Zylinderdrucks
weist eine positive Temperaturcharakteristik
auf. Wenn die Temperatur steigt, steigt eben
falls die Ausgangsladung. Daher steigt das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers 51,
wie in Fig. 11(a) durch die gestrichelten
Linien gezeigt. Um genau den Zylinderdruck
zu erhalten, ist eine Justierung notwendig,
die die Temperaturänderung des Sensors 1
berücksichtigt. In diesem Ausführungsbeispiel
ist dafür ein Thermistor 6 in dem Sensor 1,
wie in Fig. 7 gezeigt, vorgesehen. Jede
Temperaturänderung wird über die Änderung
des Widerstandes des Thermistors 6 festge
stellt. Wie in Fig. 9 gezeigt, ist ein Ver
stärker 58 mit dem Thermistor 6 verbunden
und die Änderung des Widerstandes des Thermistors
6 wird dadurch in eine Spannungsänderung umge
wandelt. Der über den Operationsverstärker 51
rückgekoppelte Widerstand 53 ändert seinen
Widerstandswert abhängig von dem Spannungs
ausgang des Verstärkers 58, so daß der Wider
standswert des Widerstandes 53 fällt, wenn
die Ausgangsspannung vom Verstärker 58 steigt.
Selbst wenn daher der Spannungsausgangspegel
des Operationsverstärkers 51 entsprechend
den gestrichelten Linien in Fig. 11(a) aufgrund
einer Erhöhung der durch die Temperatur
erhöhung des Sensors 1 bewirkten Ausgangs
ladung steigen will, wird der Widerstandswert
des Widerstandes 53 aufgrund der Widerstands
änderung des Thermistors 6 verringert. Daher
kann trotz der Temperaturänderung des Sensors
1 ein Signal entsprechend der durchgezogenen
Linie in Fig. 11(a) erhalten werden und ein
Zylinderdrucksignal, das gleichbleibend stabil ist,
kann abgeleitet werden, wie in Fig. 11(b)
gezeigt ist.
Es ist weiterhin ebenfalls möglich, eine An
ordnung vorzusehen, in der der Thermistor
6, die isolierende Platte 15 und die Elektrode
16 in der in Fig. 8 gezeigten Art in dem
Sensor 1 zusammengesetzt sind, wobei der
Thermistor 6 selbst als ein Teil des Rück
kopplungswiderstandes des Operationsverstärkers
51 arbeitet, wie in Fig. 10 gezeigt. In diesem
Falle ist der Thermistor 6 als Teil eines
strom/spannungswandelnden Elementes konstruiert
und jedwede Widerstandsänderung des Thermistors
6 durch eine Temperaturänderung ändert unmittel
bar den Strom/Spannungswandlungskoeffizient.
Selbst wenn daher in der Anordnung nach Fig. 10
das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 51
entsprechend den gestrichelten Linien nach Fig.
11(a) aufgrund der durch die Temperaturerhöhung
des Sensors 1 bewirkte Erhöhung der Ausgangs
ladung zum Steigen neigt, wird die Summe der
Widerstandswerte des Widerstandes 56 und des
Thermistors 6 wegen der Widerstandsänderung
des Thermistors 6 verringert. Daher kann trotz
der Temperaturänderung des Sensors 1 das
durch die durchgezogene Linie in Fig. 11(a)
gezeigte Signal erhalten werden, und ein
Zylinderdrucksignal, das gleichförmig stabil
ist, kann daraus gemäß Fig. 11(b) hergeleitet
werden.
In dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel
nach den Fig. 7 bis 10 wird der Thermistor als
Temperaturmeßvorrichtung verwendet. Allerdings
können auch andere Vorrichtungen, wie ein Halbleiter,
ein Thermoelement oder dergleichen verwendet werden.
Zusätzlich kann die Temperaturabtastvorrichtung
angrenzend oder benachbart zu dem Zylinderdruck
sensor angeordnet sein, die Stellung in dem Sensor
ist nicht kritisch.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13
beschrieben. Die Ausgangswellenform des Operations
verstärkers 52 gibt eine Änderung im Zylinderdruck
und nicht den absoluten Wert des Zylinderdrucks wieder.
Daher ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12
ein analoger Schalter 68 parallel zu dem integrieren
den Kondensator 56 geschaltet und ein integrierter
Wert (Ladungsspannung des Kondensators 56) kann
durch Einschalten des Analogschalters 68 zu
vorbestimmten Zeiten auf Null gesetzt werden. Der
absolute Wert des Zylinderdrucks bei den vorbe
stimmten Zeitpunkten kann durch jedes beliebige
Verfahren gemessen werden und der Änderungswert
des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 52
nach dem Rücksetzen wird zu dem absoluten Wert bei
den vorbestimmten Zeitpunkten addiert und ein absoluter
Wert des Zylinderdrucks kann zu jedem gegebenen Zeitpunkt
nach dem Rücksetzen als Summenwert erhalten werden.
Als ein praktisches Verfahren zur Verwendung in einem
derartigen Fall kann folgendes angesehen werden.
Wenn zum Beispiel der Kolben des Zylinders, dessen
Druck gemessen werden soll, am unteren Totpunkt
(im folgenden als BDC) im Luftansaugschritt lokalisiert wird,
wird der Druckwert im Luftansaugkanal gemessen,
der Druckwert wird auf den absoluten Wert des
Zylinderdrucks beim Ansaug-BCD gesetzt und der integrierte
Wert zu diesem Zeitpunkt auf 0 zurückgesetzt.
Dies geschieht, weil das Einlaßventil beim
Ansaug-BDC offen ist und die Drücke in dem
Zylinder und dem Saugrohr gleichgemacht werden.
Um das obige Verfahren zu realisieren, das
arithmetisch unter Verwendung eines Ausgangs
signals von einem mit der Nockenwelle des
Motors oder dergleichen verbundenen Kurbel
winkelsensor bearbeitet wird, wird ein
Impulssignal einem Steuereingang 59 des
analogen Schalters 68 zum Zeitpunkt des
Ansaug-BDC eingegeben. Andererseits kann
zur Messung des Drucks in der Saugleitung
ein Drucksensor verwendet werden, der den
Druckwert in ein elektrisches Signal umwandelt.
Gemäß dem obigen Verfahren wird die Wellen
form des Ausgangssignals des Operations
verstärkers 2 beim Ansaug-BDC auf Null gesetzt,
wie in Fig. 13(b) gezeigt und eine Änderung
des Zylinderdrucks wird unter Verwendung dieses
Punktes als Referenz gezeigt. Somit kann der
absolute Wert des Zylinderdrucks durch die
Summe des Druckwertes des Drucksensors und
des Druckwertes, der auf dem Ausgangssignal
des Operationsverstärkers 52 basiert, darge
stellt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der inte
grierte Wert zum Zeitpunkt des Ansaug-BDC
(untere Totpunkt beim Ansaugen) zurückgesetzt.
Allerdings kann er auch zu einem anderen Zeit
punkt während des Zeitraums zurückgesetzt werden,
indem das Einlaßventil offen ist.
Obwohl der integrierte Wert in diesem Ausführungs
beispiel auf Null gesetzt wird, kann er alter
nativ auf einen Wert gesetzt werden, der
dem Druckwert des Drucksensors entspricht
und der absolute Druckwert kann auch direkt
aus dem Ausgangswert des Operationsverstärkers
52 erhalten werden. In einem derartigen Fall
wird die dem Druckwert des Drucksensors
entsprechende Spannung von einer Spannungs
quelle geliefert und über den analogen Schalter
an den Kondensator 56 übertragen, wodurch
eine sofortige Aufladung des Kondensators
56 erfolgt.
Fig. 14 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei dem Mittel
zum Feststellen eines Fehlers des Zylinder
drucksensors hinzugefügt ist. In Fig. 14
bezeichnet die Bezugsziffer 9 einen Komparator,
der mit dem zweiten Operationsverstärker 52
verbunden ist und 10 bezeichnet einen Schalt
kreis zum Feststellen eines Fehlers, der mit
dem Komparator 9 verbunden ist. Obwohl das
Schaltbild eine Ausführungsform zeigt, in der
die Mittel zum Feststellen eines Fehlers zu
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 hinzugefügt
sind, so können die Mittel zum Feststellen eines
Fehlers auch in jedem der Ausführungsbeispiele
nach den Fig. 9, 10 und 12 verwendet werden.
Die Signalwellenform V2 nach Fig. 15(b) wird
dem Komparator 9 zugeführt und mit einem
vorgegebenen Referenzpegel verglichen. Wenn
der piezoelektrische Sensor 1 zur Messung
des Zylinderdrucks normal arbeitet, wie in
Fig. 15(a) entsprechend der Kennlinie mit
durchgezogener Linie gezeigt ist, und das Signal
V2 entsprechend der durchgezogenen Kennlinie
nach Fig. 15(b) am Ausgang anliegt, erzeugt
der Komparator 9 ein Ausgangsimpuls, wie in
Fig. 15(c) gezeigt. Wenn allerdings der Sensor
1 wie durch die gestrichelt gezeigte Linie
in Fig. 15(a) angedeutet ausfällt und eine
Spannung V2 entsprechend der gestrichelten
Linie in Fig. 15(b) am Ausgang anliegt, wird
kein Ausgangsimpuls von dem Komparator 9
erzeugt. Das Vorhandensein oder Nichtvorhanden
sein des Ausgangsimpulses wird durch den
Schaltkreis 10 zum Feststellen eines Fehlers
oder Ausfalls abgetastet, wodurch festgelegt
wird, ob der Sensor 1 fehlerhaft ist oder nicht
und das Ergebnis dieser Feststellung in
bezug auf das Vorhandensein oder Nichtvorhanden
sein eines Fehlers oder Ausfalls wird von
Anzeigemitteln (nicht dargestellt) angezeigt.
Es ist für den Fachmann selbstverständlich,
daß die obige Beschreibung für bevorzugte
Ausführungsbeispiele der offenbarten Vorrichtung
gilt und daß Änderungen und Modifikationen
bei diesen Ausführungsbeispielen der Erfindung
vorgenommen werden können, ohne den Schutz
bereich der Erfindung zu verlassen.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Erfassung des Drucks in einem Zylinder
einer Brennkraftmaschine mit einem piezoelektrischen
Drucksensor zur Erfassung des Drucks in dem Zylinder
der Brennkraftmaschine und mit einem einen Operationsverstärker
aufweisenden Stromeingangskreis, der die
Ausgangssignale vom Sensor in Form eines Stromes
empfängt und ein Signal entsprechend dem Wert des
Stromes erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Operationsverstärker (51) des Stromeingangskreises
ein zwischen dem Aus- und Eingang des Operationsverstärkers
(51) liegender Widerstand (53)
parallelgeschaltet ist, daß die Ausgangssignale des
Stromeingangskreises (51, 53) einem Integrator
(52, 56, 57) zugeführt werden, der die Ausgangssignale
des Stromeingangskreises integriert, wobei zwischen
Stromeingangskreis (51, 53) und Integrator (52, 56, 57)
ein Koppelkondensator (54) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin
Mittel (6) zur Erfassung der Temperatur
des piezoelektrischen Drucksensors (1)
und Mittel zum Kompensieren (53, 58, 59)
der Temperatur, über die das Ausgangs
signal des Stromeingangskreises (51, 53)
abhängig von einem Ausgangssignal der
Mittel (6) zur Erfassung der Temperatur
verändert wird, vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mittel (6) zur Erfassung
der Temperatur mit dem zwischen Signal
eingang und -ausgang des Operationsver
stärkers (51) geschalteten Widerstand
(53) in Reihe liegen, wodurch das Ausgangs
signal des Stromeingangskreises (53, 51)
temperaturabhängig verändert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Widerstand (53) zwischen
dem Eingang und Ausgang des Operations
verstärkers (51) aus einer veränderlichen
Widerstandsanordnung besteht, die elektro
nisch gesteuert wird und derart ausge
bildet ist, daß sie veränderlich einen
Widerstandswert abhängig vom Ausgangs
signal der Mittel (6) zur Erfassung der
Temperatur steuert, wodurch das Ausgangs
signal des Stromeingangskreises (53, 51)
temperaturabhängig verändert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Erzielung eines den
absoluten Druckwert darstellenden Signals
Einstellmittel (59, 68) zum Einstellen eines
Ausgangswertes des Integrators (52, 56)
auf einen vorbestimmten Pegel zu einer vor
bestimmten Zeit vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einstellmittel als
Schalter (68) zum Rücksetzen des Integrators
(56, 52) ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Komparator
(9) zum Vergleichen eines Ausgangssignals
des Integrators (52, 56) mit einem vorge
gebenen Referenzpegel und ein Fehler
erfassungskreis (10) zum Feststellen eines
Ausgangsimpulses vom Komparator (9) vor
gesehen sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstellkreis
zum Einstellen des die Änderung
des Drucks im Zylinder in Abhängigkeit
vom Sensorsignal angebenden Ausgangssignals
auf einen vorgegebenen Pegel zu einem vorgegebenen
Zeitpunkt innerhalb des Zeitraumes,
in dem das Einlaßventil offen ist,
und ein arithmetisch arbeitender Schaltkreis
vorgesehen sind, der einen absoluten
Zylinderdruckwert aus dem Signale eines
Saugrohrdrucksensors zu dem vorgegebenen
Zeitpunkt und dem die Änderung des Drucks
im Zylinder angebenden Ausgangssignal bestimmt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der bestimmte Kurbelwinkel
der untere Totpunkt und der vorgegebene
Pegel ein Nullpegel ist.
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