DE102012208191A1 - Verfahren zur Erzeugung eines Resets durch eine, in einer Sensoreinheit integrierte Auswerteschaltung sowie eine Sensoreinheit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Resets durch eine, in einer Sensoreinheit integrierte Auswerteschaltung, wobei der Reset zum Abgleich eines Signals (P) der Auswerteschaltung (10) durchgeführt wird und nach einem Durchlaufen von zwei Schaltpunkten durch das Signal (P) der Auswerteschaltung (10) ausgelöst wird. Bei einem Verfahren, das einen stabilen, stetig reproduzierbaren Reset-Zeitpunkt einstellt, wird das Signal (P) der Auswerteschaltung (10) integriert und der Reset in Abhängigkeit von einem Zeitraum (ΔT), welcher zwischen dem Durchlaufen der beiden Schaltpunkte (I1, I2) durch das integrierte Signal (I) vergeht, innerhalb der Auswerteschaltung (10) erzeugt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Resets durch eine, in einer Sensoreinheit integrierte Auswerteschaltung, wobei der Reset zum Abgleich eines Signals der Auswerteschaltung durchgeführt wird und nach einem Durchlaufen von zwei Schaltpunkten durch das Signal der Auswerteschaltung ausgelöst wird.
  • Aus der DE 10 2006 001 271 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Verbrennungsbeginns bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem der Verbrennungsbeginn in Abhängigkeit von einem, in einem Brennraum der Brennkraftmaschine gemessenen Druck ermittelt wird. Dabei wird aus dem Drucksignal eines Brennraumdrucksensors eine freigesetzte Wärme ermittelt, welche integriert wird, wobei durch die Integration kurzzeitige Ungenauigkeiten bei der Messung des Drucks eliminiert werden.
  • Die den Zylinderdruck während der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in einer Brennkraftmaschine messenden Drucksensoren sind vielfach in Glühstiftkerzen verbaut. Solche, den Drucksensor umfassende Glühstiftkerzen besitzen eine Auswerteschaltung, die dem Drucksensor in der Glühstiftkerze nachgeschaltet ist. Der Drucksensor arbeitet auf der Basis eines piezoelektrischen Messverfahrens, wobei der detektierte Druck in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches ausgegeben und von einem Motorsteuergerät erfasst wird. Bedingt durch das piezoelektrische Messverfahren muss die dem Drucksensor nachgeschaltete Auswerteschaltung vor jedem Verbrennungsvorgang anhand eines internen Algorithmus auf Nullniveau zurückgesetzt werden, um einen Drift des Signals zu vermeiden.
  • Die Bestimmung des Reset-Zeitpunktes wird dabei in Abhängigkeit eines Zeitraums festgelegt, der zum Durchlaufen von zwei definierten Absolutdruckpunkten des einen Druckverlauf repräsentierenden Signals P der Auswerteschaltung benötigt wird. Diese Zeitpunkte des Durchlaufens der Absolutdruckpunkte schwanken dabei aufgrund der im Drucksignal vorhandenen Störungen, wie es in 1 dargestellt ist. Aufgrund dieser Störungen werden die beiden Absolutdruckpunkte P1, P2 zeitlich früher oder später in den Zeitinterwallen Δ°KW1 bzw. Δ°KW2 durchlaufen. Dies führt zu unterschiedlichen Reset-Zeitpunkten, die im Bereich Δ°KW3 liegen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung eines Resets anzugeben, bei welchem der Reset-Zeitpunkt stabil eingestellt wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Signal der Auswerteschaltung integriert wird und der Reset in Abhängigkeit von dem Zeitraum, welcher zwischen dem Durchlaufen der beiden Schaltpunkte durch das integrierte Signal vergeht, innerhalb der Auswerteschaltung erzeugt wird. Dies hat den Vorteil, dass ein genauer Reset-Zeitpunkt eingestellt wird, da durch die Verwendung des Integrals Störungen im Signal der Auswerteschaltung herausgefiltert werden. Durch den definierten Reset-Zeitpunkt werden genaue Anfangsbedingungen des Signals der Auswerteschaltung erzeugt.
  • Vorteilhafterweise wird der Reset mit einer Verzögerungszeit ausgelöst, welche von dem Zeitraum des Durchlaufens der beiden Schaltpunkte durch das integrierte Signal abhängt. Aufgrund der Verwendung des integrierten Signales wird diese Verzögerungszeit sehr genau bestimmt, weshalb der Reset-Zeitpunkt schwankungsfrei festgelegt werden kann.
  • In einer Ausgestaltung wird der Zeitraum aus der Differenz des zweiten Zeitpunktes des Durchlaufens des zweiten Schaltpunktes und des ersten Zeitpunktes des Durchlaufens des ersten Schaltpunktes bestimmt. Diese Differenz, die mittels des schwankungsfreien integrierten Signals ermittelt wird, gewährleistet eine genaue Einstellung des Zeitraumes zur Auslösung des Resets.
  • In einer Variante wird das integrierte Signal von der Auswerteschaltung aus einem Zylinderdrucksignal eines, vorzugsweise piezoelektrischen, Drucksensors abgeleitet, welcher zur Detektion des Zylinderdruckes in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der durch ein piezoelektrisches Messverfahren ermittelte Druck wird in ein elektrisches Signal der Auswerteschaltung umgewandelt, welches durch die Einspritzelektronik erfasst wird. Aufgrund der genauen Festlegung des Reset-Zeitpunktes steht also zu jeder neuen Verbrennung, welche mit dem Einspritzen des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingeleitet wird, ein abgeglichenes Signal der Auswerteschaltung zur Verfügung, so dass ein vergleichbares Drucksignal erhalten wird.
  • Ferner wird der Zeitraum des Durchlaufens der beiden Schaltpunkte durch das integrierte Signal in Abhängigkeit eines Kurbelwellenwinkelbereiches einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bestimmt. Da der Kurbelwellenwinkel innerhalb der Brennkraftmaschine in vielerlei Hinsicht ausgewertet wird, sind für das vorgeschlagene Verfahren keine zusätzlichen Sensoren zur Detektion des Kurbelwellenwinkels notwendig, sondern es kann auf Sensoren zurückgegriffen werden, die an sich bereits im Kraftfahrzeug vorhanden sind, wodurch die Kosten für das Verfahren reduziert werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung werden die Schaltpunkte in Abhängigkeit von dem Verlauf des integrierten Signals bestimmt. Da die Schaltpunkte vor dem Zeitpunkt der Verbrennung definiert werden, wird aufgrund der Verwendung des integralen Signals der Zeitpunkt, zu welchem der Reset stattfinden soll, immer gewährleistet.
  • Vorteilhafterweise erfolgt der Reset während jeder Periode des Ausgangssignals des Sensors. Dies bedeutet, dass der Reset vor jeder im Brennraum der Brennkraftmaschine entstehenden Verbrennung erfolgt, um ein genaues Signal der Auswerteschaltung gewährleisten zu können. Die stabile Lage des Resets stellt sicher, dass auch bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine, wo die Druckverläufe zeitlich näher aufeinanderfolgen, ein Reset immer während einer Druckperiode erfolgt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Sensoreinheit, umfassend einen Sensor, vorzugsweise einen in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verbauten Drucksensor, und eine Auswerteschaltung, die einen Reset zum Abgleich eines Signals der Auswerteschaltung durchführt, wobei nach einem Durchlaufen von zwei Schaltpunkten durch das Signal der Auswerteschaltung der Reset ausgelöst wird. Bei einer Sensoreinheit, bei welcher eine hochgenaue Einstellung des Reset-Zeitpunktes gegeben ist, sind Mittel vorhanden, welche das Signal der Auswerteschaltung integrieren und den Reset in Abhängigkeit von einem Zeitraum, welcher zwischen dem Durchlaufen der beiden Schaltpunkte durch das integrierte Signal vergeht, innerhalb der Auswerteschaltung erzeugen. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund der Integration des Signals der Auswerteschaltung Störungen innerhalb des Drucksignals eliminiert werden können, woraus sich ein genauer Reset-Zeitpunkt für das Signal der Auswerteschaltung ableiten lässt.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Auswerteschaltung einen Ladungsverstärker und der Sensor ist vorzugsweise als piezoelektrischer Drucksensor ausgebildet, welcher zur Detektion eines Zylinderdruckes in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Ein solcher Ladungsverstärker ist gemäß Schaltungstopologie einer Art „Elektronenzähler“, der aufgrund der peripheren Beschaltung und ihrer Eigenschaften ein Offset im Signal haben kann. Dieses, ein Offset tragendes Signal wird durch den Reset korrigiert, wobei die Kapazitäten des Ladungsverstärkers nach jedem Verbrennungsvorgang entladen werden, so dass vor dem nächstfolgenden Verbrennungsvorgang in der Brennkraftmaschine immer ein vergleichbares Signal an der Auswerteschaltung anliegt.
  • In einer Ausgestaltung erzeugt ein Timer den Reset in jeder Periode des Signals der Auswerteschaltung, wobei die Periode des Signals vorzugsweise mit einer Periode des von dem Sensor ausgegebenen Drucksignals korrespondiert. Durch die genaue Einstellung des Resetzeitpunktes wird zuverlässig verhindert, dass ein Reset in die darauffolgende Periode der nächsten Verbrennung verschoben wird.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1: Diagramm des Verlaufes des Zylinderdrucks über dem Kurbelwellenwinkel nach dem Stand der Technik
  • 2: Prinzipdarstellung der Anordnung einer Glühstiftkerze in einer Brennkraftmaschine
  • 3: ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Sensoreinheit
  • 4: Diagramm des Verlaufs des Zylinderdrucks und des Integrals über dem Kurbelwellenwinkel gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
  • Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Kalte Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, benötigen bei Umgebungstemperaturen von ≤ 40°C eine Starthilfe zur Zündung des in dem Dieselmotor eingeleiteten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Als Starthilfe werden Glühsysteme eingesetzt, welche aus Glühstiftkerzen, einem Glühzeitsteuergerät und einer Glühsoftware, die in einem Motorsteuergerät abgelegt ist, bestehen.
  • 2 zeigt ein solches Glühsystem 1 schematisch. Die Glühstiftkerze 2 ragt dabei in den Brennraum 3 des Dieselmotors 4. Die Glühstiftkerze 2 ist einerseits mit dem Glühzeitsteuergerät 5 verbunden und führt andererseits an eine Bordnetzspannung 6, die die Glühstiftkerze 2 mit einer Nennspannung von beispielsweise 4,4 oder 7 Volt ansteuert. Das Glühzeitsteuergerät 5 ist mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden, welches wiederum an den Dieselmotor 4 führt. Darüber hinaus ist in die Glühstiftkerze 2 ein Brennraumdrucksensor 8 integriert, der somit ebenfalls in den Brennraum 3 des Dieselmotors 4 ragt und welcher mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden ist. Der Brennraumdrucksensor 8 arbeitet dabei nach einem piezoelektrischen Messverfahren, wobei der von dem Brennraumdrucksensor 8 erfasste Druck in ein elektrisches Ausgangssignal umgewandelt wird, welches durch das Motorsteuergerät 7 erfasst wird. Aufgrund des durch den Brennraumdrucksensor 8 erfassten Druckes in dem jeweiligen Zylinder des Dieselmotors 4 wird die Verbrennung in dem Zylinder gesteuert. Immer dann, wenn der Brennraumdruck im Zylinder einen niedrigen Wert erreicht hat, steuert das Motorsteuergerät 7 ein nicht weiter dargestelltes Einspritzventil an, welches dem Brennraum des Zylinders eine vorgegebene Menge eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zuführt, das im Brennraum gezündet wird. Durch diese Verbrennung ergeben sich deutliche Druckschwankungen, die durch den Brennraumdrucksensor 8 detektiert werden.
  • In 3 ist eine Prinzipdarstellung einer Sensoreinheit 9 dargestellt, die in der Glühstiftkerze 2 integriert ist. Die Sensoreinheit 9 umfasst den Brennraumdrucksensor 8, an welchen sich eine Auswerteschaltung 10 anschließt. Die Auswerteschaltung 10 besteht aus einem Ladungsverstärker 11, welcher als Ladungs-Spannungs-Wandler ausgebildet ist und der die meist geringe Ladung des piezoelektrischen Brennraumdrucksensors 8 in ein dazu proportionale elektrisches Signal P umwandelt. Das von dem Ladungsverstärker 11 ausgegebene elektrische Signal P wird einem Integrierer 12 zugeführt, welchem ein Timer 13 nachgeschaltet ist. Weiterhin führt der Integrierer 12 an einen Ausgangsanschluß 14, an welchem das integrierte Signal I beispielsweise von dem Motorsteuergerät 7 abgenommen wird.
  • Der Timer 13 ist auf den Ladungsverstärker zurück gekoppelt. Da das von dem Ladungsverstärker 11 ausgegebene elektrische Signal ein Offset aufweist, wird durch einen Reset dieser Offset korrigiert, indem die nicht weiter dargestellten Kapazitäten des Ladungsverstärkers 11 nach jedem Verbrennungsvorgang entladen werden.
  • Die Verwendung des piezoelektrischen Messverfahrens des Brennraumdrucksensors 8 macht es notwendig, dass vor jedem Verbrennungsvorgang anhand eines internen Algorithmus das elektrische Signal P des Ladungsverstärkers 11 auf ein Nullniveau zurückgesetzt werden muss, um einen Drift zu vermeiden.
  • Um Störungen im Reset-Zeitpunkt zu unterbinden, wird das elektrische Signal P von dem Integrierer 12 integriert, wie es in 4 dargestellt ist. Die Schaltpunkte I1 bzw. I2, welche sich von den Absolutdruckpunkten P1 und P2 des Standes der Technik unterscheiden, werden für das integrierte Signal I vor der Messung definiert. Beim Anstieg des integrierten Signals I durchläuft dieses die Schaltpunkte I1 und I2. Dabei wird der Timer 13 im Schaltpunkt I1 gestartet und im Schaltpunkt I2 wieder abgeschaltet, was zur Bestimmung eines definierten Kurbelwellenwinkels (I1: –15° KW und I2: 10° KW) führt. Da die Schaltpunkte I1 und I2 immer zu einem definierten Zeitpunkt durchlaufen werden, ist die aus dem Zeitraum ΔT zwischen dem Durchlaufen der Schaltpunkte I1 und I2 abgeleitet Verzögerungszeit TDelay konstant und unterliegt keinen Schwankungen. Für die Verzögerungszeit TDelay gilt: TDelay = Faktor·(T2 – T1), wobei
    • T1
    Zeit nach Start der Messung bis zum Durchlaufen des Schaltpunktes I1
    T2
    Zeit nach Start der Messung bis zum Durchlaufen des Schaltpunktes I2
    ΔT
    Differenz aus T2 und T1
  • Nach Ablauf der Verzögerungszeit TDelay wird der Reset am Ladungsverstärker ausgelöst. Durch die nur geringfügig mit Toleranzen behaftete Lage der beiden Schaltpunkte I1 und I2 ergibt sich ein stabiler Reset-Zeitpunkt in der Position „°KW“.
  • Somit wird sichergestellt, dass der Reset immer nach Abklingen des Brennraumdruckes in einem Zylinder der Brennkraftmaschine, d.h. nach erfolgter Verbrennung des eingespritzten Kraftstoff-Luft-Gemisches in jeweils einer Periode des Drucksignales P erfolgt, was gewährleistet, dass das integrierte Signal I bei jeder neuen Periode auf dem gleichen Anfangsniveau steht, und somit der Druck genau gemessen werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006001271 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines Resets durch eine, in einer Sensoreinheit integrierte Auswerteschaltung, wobei der Reset zum Abgleich eines Signals (P) der Auswerteschaltung (10) durchgeführt wird und nach einem Durchlaufen von zwei Schaltpunkten durch das Signal (P) der Auswerteschaltung (10) ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (P) der Auswerteschaltung (10) integriert wird und der Reset in Abhängigkeit von einem Zeitraum (ΔT), welcher zwischen dem Durchlaufen der beiden Schaltpunkte (I1, I2) durch das integrierte Signal (I) vergeht, innerhalb der Auswerteschaltung (10) erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reset mit einer Verzögerungszeit (TDelay ) ausgelöst wird, welche von dem Zeitraum (ΔT) des Durchlaufens der beiden Schaltpunkte (I1, I2) durch das integrierte Signal (I) abhängt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum (ΔT) aus der Differenz des zweiten Zeitpunktes (T2) des Durchlaufens des zweiten Schaltpunktes (I2) und des ersten Zeitpunktes (T1) des Durchlaufens des ersten Schaltpunktes (I1, I2) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Signal (I) von der Auswerteschaltung (10) aus einem Zylinderdrucksignal des, vorzugsweise piezoelektrischen, Drucksensors (8) abgeleitet wird, welcher zur Detektion des Zylinderdruckes in einem Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine (4) angeordnet ist.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum (ΔT) des Durchlaufens der beiden Schaltpunkte (I1, I2) durch das integrierte Signal (I) in Abhängigkeit eines Kurbelwellenwinkelbereiches (°KW) einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (4) bestimmt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltpunkte (I1, I2) in Abhängigkeit von dem Verlauf des integrierten Signals (I) der Auswerteschaltung (10) bestimmt werden.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reset während jeder Periode des Ausgangsignals des Sensors (8) erfolgt.
  8. Sensoreinheit, umfassend einen Sensor (8), vorzugsweise einen in einem Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine (4) verbauten Drucksensor, und eine Auswerteschaltung (10), die einen Reset zum Abgleich eines Signals (P) der Auswerteschaltung (10) durchführt, wobei nach einem Durchlaufen von zwei Schaltpunkten durch das Signal (P) der Auswerteschaltung (10) der Reset ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (12, 13) vorhanden sind, welche das Signal (P) der Auswerteschaltung (10) integrieren und den Reset in Abhängigkeit von einem Zeitraum (ΔT), welcher zwischen dem Durchlaufen der beiden Schaltpunkte (I1, I2) durch das integrierte Signal (I) vergeht, innerhalb der Auswerteschaltung (10) erzeugen.
  9. Sensoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (10) einen Ladungsverstärker (11) umfasst und der Sensor (8) vorzugsweise als piezoelektrischer Drucksensor ausgebildet ist, welcher zur Detektion eines Zylinderdruckes in einem Brennraum (3) einer Brennkraftmaschine (4) angeordnet ist.
  10. Sensoreinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Timer (13) den Reset in jeder Periode des integrierten Signals (I) der Auswerteschaltung (10) erzeugt, wobei die Periode des integrierten Signals (I) vorzugsweise mit einer Periode des von dem Sensor (8) ausgegebenen Drucksignals korrespondiert.
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