DE4021915C2 - Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß wesentliche Größen bei Brennkraftmaschinen, bei­ spielsweise der Unterdruck im Ansaugrohr, quasi-kontinuierliche Größen sind, die im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine pulsierend bzw. periodisch schwanken. Zur Regelung der Brennkraftmaschine wird jedoch der Mittelwert dieser Größen benötigt.

Einrichtungen zum Erfassen einer periodisch schwankenden Größe und zur Bestimmung des Mittelwerts dieser Größe sind bereits bekannt. So wird in der DE-OS 32 23 328 der Druck im Ansaugrohr der Brennkraft­ maschine einmal pro Zündabstand zündungssynchron gemessen und aus dem so erhaltenen Augenblickswert des Druckes der Mittelwert berech­ net. Bei einer Phasenverschiebung des Drucksignals, die beispiels­ weise durch Ablagerung von Kraftstoffkondensaten in der Zuführung zwischen dem Saugrohr und dem Sensor verursacht werden kann, wird die in der DE-OS 32 23 328 vorgeschlagene Lösung jedoch zu Fehlern bei der Mittelwertbildung führen.

Eine Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe bei einer Brennkraftmaschine, bei der diese Fehler nicht auftreten, ist aus der DE 38 03 276 A1 bekannt. Bei der bekannten Einrichtung wird der Saugrohrdruck dem Drucksensor über einen Schlauch zugeführt. Da der Saugrohrdruck, der eigentlich, bedingt durch die Saughübe, perio­ disch sein sollte, zusätzlich noch höherfrequente Anteile aufweist, ist zwischen dem Saugrohr und dem Drucksensor eine Filtriereinrich­ tung angeordnet, die vorzugsweise pneumatischer Art ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, daß am Drucksensor ein quasi-sinusför­ miger Druckverlauf auftritt.

Wird nun der Saugrohrdruck winkelfest zweimal pro Zündabstand ermit­ telt, so kann durch Mittelwertbildung von jeweils zwei Werten ein exakter Mittelwert erhalten werden.

Die bekannte Filtriereinrichtung mit einem Pneumatikfilter, das eine Querschnittsverengung aufweist, birgt besonders bei tiefen Außentem­ peraturen die Gefahr einer Vereisung und damit einer Verfälschung der Druckmessung.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe bei einer Brennkraftmaschine so auszugestalten, dass eine besonders zuverlässige Erfassung der pulsierenden Größe möglich ist und möglicherweise auftretende Störeffekte vermieden werden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch Verwen­ dung von Dämmaterial in der Leitung zwischen dem Saugrohr und dem Druckfühler auf eine Querschnittsverengung verzichtet werden kann, wodurch die Gefahr einer Vereisung an der Querschnittsverengung ent­ fällt.

Weiterhin wird bei einer pneumatischen Filtriereinrichtung ohne Querschnittsverengung eine geringere Signalverzögerung bei gleich guter Dämpfung erhalten.

Durch eine geeignete Ausgestaltung des pneumatischen Filters läßt sich eine besonders vorteilhafte Dämpfung erzielen.

Die in den Unteransprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung.

Zeichnung

Die Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der fol­ genden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1a bis 1c zeigen repräsentativ für andere pulsierende Größen den Verlauf des Saug­ rohrdrucks über der Kurbelwellenwinkelstellung in Grad KW bzw. über der Zeit bei verschiedenen Betriebsbedingungen. Diese Zeichnungen entsprechen den Fig. 1a bis 1c der DE 38 03 276 A1. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 3 zeigt eine Ausge­ staltung der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

in den Fig. 1a bis 1c ist der Saugrohrdruck Pab einer Vierzylin­ der-Brennkraftmaschine über den Kurbelwellenwinkel °KW bzw. der Zeit t aufgetragen. Der Zündabstand entspricht einer Periode des Saug­ rohrdrucksignals, bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine also 180° KW. In einem Bereich -1- der Fig. 1a bis 1c ist das Beispiel einer zündungssynchronen Druckerfassung einmal pro Zündung in einer festen Winkellage dargestellt. In Grad KW ausgedrückt, wird bei der Vierzylinder-Brennkraftmaschine also der Druck alle 180° erfaßt. Durch die Symbole x und o sind zwei verschiedene Winkellagen mar­ kiert, bei denen der Augenblickswert des Druckes maximal vom Mittel­ wert abweicht. Wird der Druck bei x erfaßt, dann ist der ermittelte Wert kleiner als der Mittelwert, bei o wäre er größer.

In einem Bereich -2- ist das Beispiel einer zündungssynchronen Druckerfassung zweimal pro Zündung, in zwei winkelfesten Kurbelwel­ lenpositionen dargestellt. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine wird der Saugrohrdruck also alle 90° KW erfaßt. Die Symbole x und o markieren zwei verschiedene Winkellagen, bei denen der Augenblicks­ wert des Saugrohrdruckes erfaßt werden kann, d. h., es wird entweder immer bei x oder immer bei o abgetastet. Im Bereich -3- ist der Mit­ telwert angegeben, der bei Zweifachabtastung an den im Be­ reich -2- angegebenen Stellen erhalten wird. Fig. 1a repräsentiert den ungefilterten Saugrohrdruckverlauf über dem Kurbelwellenwinkel in Grad KW bzw. der Zeit t in ms bei einer hohen Drehzahl, beispiels­ weise bei 6000 Umdrehungen pro Minute, wo bei vielen Motoren im we­ sentlichen nur eine Grundschwingung vorliegt. Der im Be­ reich -3- skizzierte Mittelwert, der aus dem im Bereich zwei ange­ deuteten Meßwerten x, x bzw. o, o berechnet wird, entspricht dem tatsächlichen Mittelwert des Saugrohrdrucks.

Fig. 1b zeigt den ungefilterten Saugrohrdruckverlauf über dem Kur­ belwellenwinkel bzw. der Zeit für eine niedrige bis mittlere Dreh­ zahl, beispielsweise für 2000 Umdrehungen pro Minute. Bei solchen Drehzahlen sind der Grundfrequenz der Saugrohrdruckoszillationen noch höherfrequente Anteile überlagert, die dazu führen, daß der durch winkelfeste Zweifachabtastung im halben Zündabstand in dem durch x oder o repräsentierten Kurbelwinkelpositionen und anschlie­ ßender Mittelwertbildung erhaltene Saugrohrdruckwert nicht unbedingt dem tatsächlichen Mittelwert entspricht.

Fig. 1c zeigt den gefilterten Saugrohrdruckverlauf über dem Kurbel­ wellenwinkel bzw. der Zeit für die gleiche Drehzahl wie bei 1b. Die­ ser gefilterte Saugrohrdruckverlauf wird durch die Vorschaltung eines in den Fig. 2 und 3 aufgezeigten pneumatischen Filters vor den Drucksensor erhalten. Durch geeignete Dimensionierung des Fil­ ters wird erreicht, daß auch bei kleinen Drehzahlen am Drucksensor ein nahezu sinusförmiger Druckverlauf entsteht. Die winkelfeste Zweifachabtastung pro Zündabstand bzw. Periodenabstand führt damit wieder zu einem korrekten Mittelwert. In Fig. 1c sind im Be­ reich -3- zwei aus Abtastungen in den Punkten x, x bzw. o, o erhal­ tene Mittelwerte des Saugrohrdrucks angegeben. Beide Mittelwerte sind, wie gewünscht, gleich hoch.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ein­ richtung mit einem sehr einfachen pneumatischen Filter.

Im Ausführungsbeispiel ist mit 10 das Saugrohr einer Brennkraftma­ schine bezeichnet. Das Saugrohr 10 weist einen Anschlußstutzen 11 auf, auf den ein Schlauch 12 aufgesteckt ist. Der Schlauch 12 ist auf der anderen Seite mit einem Rohr 13, beispielsweise einem Teca­ lanrohr verbunden, dessen andere Seite mit einem weiteren Schlauch 14 verbunden ist.

Die andere Seite des Schlauches 14 ist über einen Anschlußstutzen 15 mit dem als Druckfühler 16 ausgebildeten Sensor 16a verbunden. Beim Ausführungsbeispiel ist dieser Druckfühler 16 ins Steuergerät 20 integriert, er kann jedoch auch an einer anderen Stelle unterge­ bracht werden, wobei er dann über wenigstens eine Leitung mit dem Steuergerät verbunden werden muß.

Im Schlauch 14, der in räumlicher Nähe zum Druckfühler 16 angeordnet ist, befindet sich ein Bereich 17, der mit Dämmaterial, beispiels­ weise mit Schaumstoff ausgefüllt ist. Als Dämmaterial ist besonders POROPLAST, ein gesinterter, hochmokkulares Niederdruckpolyäthylen geeignet. Dieses Dämmaterial wirkt als eigentliche Filtriereinrich­ tung, die den Druck vor Zuführung zum Druckfühler 16 dämpft und ins­ besondere die der periodischen Druckpulsation überlagerten uner­ wünschten und Fehler verursachenden Druckanteile absorbiert. Insge­ samt kann jedoch die gesamte Anordnung 12, 13, 14, 17 als pneumati­ sches Filter bezeichnet werden, sie stellt gleichzeitig die Zulei­ tung für den Druck dar.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind die Schläuche 12 und 14 notwendig, da das Rohr 13 starr ist und gegebenenfalls erforder­ liche Biegungen mittels der Schläuche 12 und 14 realisiert werden sollen.

Realisiert wird die Druckermittlung, indem im Steuergerät 20 aus den beiden, im Abstand einer halben Periodenlänge des quasi-sinusförmi­ gen Drucksignals, also zweimal pro Periode winkelsynchron abgetaste­ ten Druckwerten der Mittelwert gebildet wird. Dieser Mittelwert ent­ spricht unabhängig von eventuell auftretenden Phasenverschiebungen oder Überlagerungen dem korrekten Mittelwert.

Damit eine winkelfeste Druckabtastung erfolgen kann, wird dem Steu­ ergerät 20 ein mittels eines Drehzahl- bzw. Bezugsmarkensensors 23 erzeugtes Drehzahl- sowie Kurbelwellenstellungssignal zugeführt, aus dem im Steuergerät in einer Abtaststufe 24 mit zugehöriger Trigger­ einrichtung 25 winkelfeste Triggermarken gebildet werden.

Die eigentliche Ausgestaltung des mit Dämmaterials gefüllten Berei­ ches 17 ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist mit 14 der Schlauch bezeichnet, dessen Innendurchmesser etwa 6 mm beträgt. Die Länge dieses Schlauches 14 kann den jeweiligen geometrischen Erfordernis­ sen angepaßt werden. Der Bereich 17, der das Dämmaterial aufweist, erstreckt sich über einen Bereich von etwa 15 mm und füllt in diesem Bereich den Schlauch 14 vollständig aus. Begrenzt wird der Bereich 17 mit dem Dämmaterial auf beiden Seiten durch jeweils einen O-Ring 18, 19. Bei Verwendung eines stabilen Dämmaterials, beispielsweise Poroplast, können die O-Ringe auch entfallen.

Die Schläuche 12 und 14 werden mit dem Saugrohr 10, dem Druckfühler 16 sowie dem Schlauch 13 über Anschlußstutzen 11, 15 bzw. Zwischen­ stücke 21 verbunden, die entsprechend den in Fig. 3 dargestellten Anschlußstutzen umfangsseitig abgeschrägte Vorsprünge aufweisen.

Besonders gute Ergebnisse bei der Druckfilterung werden erzielt, wenn der mit Dämmaterial gefüllte Bereich 17 des Schlauchs 14 mög­ lichst nahe am Druckfühler 16 angeordnet wird. Eine Länge von etwa 15 mm für den Bereich 17 erweist sich als besonders effektiv.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die im Ausführungs­ beispiel dargestellte Saugrohrdruckerfassung beschränkt, vielmehr können auch andere periodisch schwankende Größen ermittelt werden, die ebenfalls so gefiltert bzw. gedämpft werden, daß unerwünschte Zusatzschwingungen unterdrückt werden. Der Druckfühler 16 ist dann durch einen geeigneten Sensor 16a zu ersetzen, als Beispiel sei hier noch ein Heißfilm-Luftmassensensor angeführt, mit dem die durchströ­ mende Luftmasse ermittelt werden kann.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Erfassung einer pulsierenden Größe bei einer Brennkraftmaschine mit einem Sensor (16, 16a), dem eine pneumatische Filtrier- und/oder Dämpfeinrichtung (12, 13, 14) zugeordnet ist, die wenigstens eine Zuleitung umfaßt und die pulsierende Größe so filtert und/oder dämpft, daß sie quasi-sinusförmig wird, wobei die so erhaltene quasi-sinusförmige Größe winkelsynchron im halben Periodenabstand abgetastet wird und aus zwei Meßwerten pro Periode der Mittelwert gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Filtrier- und/oder Dämpfeinrichtung (12, 13, 14) wenigstens einen Bereich (17) aufweist, der zumindest teilweise mit Dämmaterial gefüllt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämmaterial im Schlauch (14) der Filtrier- und/oder Dämpfeinrichtung (12, 13, 14, 17) unmittelbar vor dem Sensor (16, 16a) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtrier- und/oder Dämpfeinrichtung (12, 13, 14, 17) zwischen dem Saugrohr (10) der Brennkraftmaschine und dem Sensor (16, 16a) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Schläuche (12, 14) der Filtrier- und/oder Dämpfeinrichtung (12, 13, 14, 17) unterschiedlich ist, wobei der auf der Sensorseite angeordnete Schlauch (14) den größeren Querschnitt aufweist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mit Dämmaterial auf beiden Seiten durch je einen O-Ring begrenzt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Größe die durchströmende Luftmasse im Saugrohr (10) und der Sensor ein Heißfilm-Luftmassensensor (16a) ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pulsierende Größe der Saugrohrdruck und der Sensor ein Drucksensor (16) ist.