DE3118425C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der den Brenn­ räumen eines Dieselmotors zugeführten Kraftstoffmenge.

Eine solche Einrichtung ist aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 30 32 381 bekannt. Dort wird eine Einrichtung beschrieben, bei der ein Nadelbewegungsfühler ein Signal erzeugt, das dem Nadelhub der Einspritzdüse entspricht. Ausgehend von diesem Signal gewinnt eine Auswerteschaltung je ein Signal, das den Spritzbeginn bzw. das Spritzende kennzeichnet. Die Auswerteschaltung berechnet aus diesen Signalen ein, die Dauer der Kraftstoffeinspritzung angebendes, Spritzdauersignal. Dieses Spritzdauersignal ist ein Maß für die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge. Das so gewonnene Ein­ spritzmengensignal kann dann für weitere Regel- und Steuerprozesse verwendet werden.

Diese Einrichtung besitzt den Nachteil, daß aus dem Signal des Na­ delbewegungsfühlers nur ein sehr ungenaues Mengensignal gewonnen werden kann.

Aus dem Zeitschriftenartikel MTZ, 25, Heft 7, 1964, S. 292-296, ist ein Meßgerät zur Ermittlung des dynamischen Förderbeginns von Die­ selmotoren bekannt. Zur Erfassung des genauen Einspritzbeginns wird das Ausgangssignal des Drucksensors differenziert und mit einem Schwellwert verglichen.

Des weiteren ist aus der DE-OS 21 43 676 bekannt, daß nicht nur die Höhe des Drucks in einer Kraftstoffleitung zu den Einspritzventilen für die Diagnose wichtig ist, sondern auch der Zeitpunkt des Auftretens von Druckimpulsen, der eine Aussage über den Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes gebe. Das Entsprechende gelte hinsichtlich der Dauer eines Druckimpulses, woraus sich die Einspritzmenge je Einspritz­ vorgang dann ermitteln läßt, wenn man den Einspritzdruck kennt. Schließlich sei die Frequenz der Druckimpulse ein Maß für die Drehzahl der Brennkraftmaschine.

Im Hinblick auf die zunehmend gewünschte Regelung von Spritzbeginn einer Einspritzdüse bzw. Förderbeginn einer Einspritzpumpe sowie der eingespritzten Kraftstoffmenge müssen Anstrengungen unternommen werden, diese Werte mög­ lichst exakt zu erfassen. Bei der bekannten Einrichtung werden zu diesem Zweck die einzelnen Drucksignale unmittel­ bar ausgewertet. Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannte Diagnoseeinrichtung nicht immer und bei allen Betriebszu­ ständen zufriedenstellende Ergebnisse zu liefern vermag, da z. B. Resonanzerscheinungen in den Druckleitungen und eingestreute Störungen Meßfehler verursachen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Erfassen der den Brenn­ räumen eines Dieselmotors zugeführten Kraftstoffmenge mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vor­ teil, allzeit genaue Meßergebnisse zu liefern und dadurch gute Ergebnisse bei der Brennkraftmaschinensteuerung zu er­ zielen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Steuer­ systeme einer Diesel-Brennkraftmaschine,

Fig. 2 zwei Zeit­ diagrame zum Erläutern der Erfindung und

Fig. 3 eine Ein­ zelheit des Gegenstandes von Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Fig. 1 zeigt in grober Übersichtsdarstellung eine Brenn­ kraftmaschine mit Selbstzündung zusammen mit ihren wesent­ lichsten elektronischen Steuereinrichtungen. Mit 10 ist die Brennkraftmaschine selbst bezeichnet, zu der ein Luftansaug­ rohr 11 hin- und ein Abgasrohr 12 wegführt. Eine Abgasrück­ führleitung ist mit 13 bezeichnet. Der der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Anteil von Frischluft und Abgas wird mittels einer Mischklappe 14 eingestellt, die über eine Abgasrück­ führungs-Steuerstufe 15 ihr Ansteuersignal erhält.

Die Brennkraftmaschine 10 wird über eine Kraftstoffpumpe 17 mit Kraftstoff aus einem Tank 18 versorgt. Die Pumpe selbst weist zwei Steuereingänge 19 und 20 für die Kraftstoffmenge und den Förderbeginn auf. Entsprechend stehen diese beiden Steuereingänge 19 und 20 mit den Signalausgängen 21 und 22 einer Mengensteuerstufe 23 und einer Spritzbeginnsteuerstufe 24 in Verbindung.

Für das Ausführungsbeispiel sind als Eingangsgrößen der ge­ samten Einrichtung die Drehzahl, die Fahrpedalstellung und ein Drucksignal betreffend des einzuspritzenden Kraftstoffs wesentlich. Dementsprechend gelangt das Ausgangssignal eines Drehzahlsensors 25 zu entsprechenden Eingängen der Abgasrück­ führungssteuerstufe 15, der Mengen- und der Spritzbeginn­ steuerstufe (23 und 24). Ein Drosselklappenpositionssignal kommt von einem entsprechenden Sensor 26 und wird auf die Kraftstoffmengensteuerstufe 23 geschaltet. Ein Druck­ sensor 27 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks gibt sein Aus­ gangssignal an eine in Verbindung mit Fig. 3 näher zu be­ schreibende Signalverarbeitungsstufe 29 ab. Sie besitzt zwei Ausgänge 30 und 31 für die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Spritzbeginn. Entsprechend stehen diese Ausgänge 30 und 31 mit der Abgasrückführungssteuerstufe 15, der Kraftstoff­ mengensteuerstufe 23 und der Spritzbeginnsteuerstufe 24 in Verbindung. Alle der drei Steuerstufen 15, 23 und 24 weisen noch zusätzliche Eingänge 32, 33 und 34 auf, über die die einzelnen Werte zusätzlich noch beeinflußt werden können.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ausgehend vom Druck im Pumpen­ element oder in den Kraftstoffleitungen zur Einspritzstelle auf Spritzbeginn und die eingespritzte Kraftstoffmenge zu schließen.

Fig. 2a zeigt in Kurvenverlauf I einen derartigen Druckver­ lauf. Aufgrund der starken Schwankungen, die auf physika­ lischen Gegebenheiten beruhen, erweist es sich als erfor­ derlich, dieses Drucksignal zu filtern, so daß letztlich der Kurvenverlauf nach Fig. 2a II ausgewertet wird.

An welcher Stelle in der Kraftstoffleitung der Drucksensor angebracht wird, ist eine Frage des Abwägens verschiedener Überlegungen. Werden möglichst zeitexakte Meßergebnisse gewünscht, dann bringt man den Drucksensor möglichst nahe der Einspritzdüse an. Wesentlich ist dies vor allem im Hinblick auf die Spritzbeginnregelung. Auf der anderen Seite treten bei dieser Einbaustelle Meßverfälschungen im Drucksensorsignal aufgrund von Druckschwingungen in der Kraftstoffleitung auf, so daß unter Umständen das Druck­ dauersignal kein allzu exaktes Meßsignal für die Kraftstoff­ menge liefert.

Auf der anderen Seite ergibt sich für die eingespritzte Kraftstoffmenge das beste Meßergebnis, wenn der Druckver­ lauf am Pumpenelement abgefragt wird. Genau genommen erfaßt man bei dieser Meßstelle dann die Kraftstofförderung und nicht so sehr die Kraftstoffzumessung am Einspritzventil mit dem Unterschied, daß der tatsächliche Spritzbeginn um eine sehr kleine, wenn auch nicht immer zu vernachlässigen­ de Zeit dem Förderbeginn hinterherhinkt.

Der in Fig. 2a dargestellte Druckverlauf entstammt einem am Pumpenelement angeordneten Drucksensor. Beim speziellen Fall wird das Signal gefiltert (z. B. mit einer Grenzfrequenz von 0,6 bis 1,0 kHz).

Wesentlich ist nun, daß die eingespritzte Kraftstoffmenge über das gefilterte und abgeleitete Drucksignal ermittelt wird, wobei der Spritzbeginn über einen Schwellwert im dif­ ferenzierten Signal und das Spritzende über das Erfassen des negativen Extremwerts im Signal dp/dt erfaßt wird. Dar­ gestellt ist dies in Fig. 2b. Dabei beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß am Förderende mit dem Beginn der Ent­ lastung (z. B. Öffnen des Absteuerquerschnittes) eine sehr starke Druckänderung auftritt, die gegenüber den übrigen Druckände­ rungen ein Maximum ist.

Der technischen Realisierung dieser Art der Einspritzmengen­ erfassung dient das aus Fig. 3 ersichtliche Blockschaltbild der Signalverarbeitungsstufe 29 von Fig. 1. Dem Drucksensor folgt hier ein Filter 40, zum Unterdrücken von normalen Kör­ schallsignalen, dessen Ausgang zu zwei unterschiedlichen Diffe­ renziergliedern 41 und 42 für positive und negative Steigungen führt. Der Differenzierstufe 41 folgt ein Schwellwertschalter 43 und schließlich eine monostabile Kippstufe 44. Das Ausgangssignal dieser monostabilen Kippstufe gelangt sowohl zum Ausgang 31 der Signalerzeugerstufe als auch zum Setz-Eingang eines SR-Flip­ flops 45.

Über diesen Zweig der Signalverarbeitung wird der Spritzbe­ ginn derart erfaßt, daß entsprechend der Darstellung nach Fig. 2b ein gewisser Schwellwert im positiven Anteil des Druckradienten abgefragt wird. Ist dieser Schwellwert er­ reicht, dann wird nachfolgend die monostabile Kippstufe 44 getriggert und sie gibt ein entsprechendes Signal am Ausgang 31 als Kennzeichen des Spritzbeginns ab.

Das Ende des Einspritzvorgangs ermittelt man über die zweite Differenzierstufe 42 für den negativen Druckgradienten, dem eine weitere Differenzierstufe 46 nachgeschaltet ist. Deren Ausgangssignal weist entsprechend der Definition der zweiten Ableitung an der Stelle des höchsten Druckradienten einen Nulldurchgang auf, der mittels einer Nulldurchgangserfassungs­ stufe 47 abgefragt wird und die wiederum eine monostabile Kippstufe 48 triggert. Ausgangsseitig steht diese monosta­ bile Kippstufe 48 mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 45 in Verbindung. Am nichtinvertierenden Ausgang des Flip­ flops 45 erhält man dann ein Signal für die Spritzdauer. Es steht am Ausgang 30 der Signalverarbeitungsstufe 29 von Fig. 1 zur Verfügung, und es dient bei entsprechender Wer­ tung - gegebenenfalls über ein Kennfeld - als Einspritz­ mengensignal.

Zweckmäßig ist es auch, das Integral über dem Druckverlauf zwischen Beginn und Ende der Einspritzzeit zu bilden, was ebenfalls je nach Ort des Drucksensors ein gutes Mengensig­ nal ergibt.

Als Drucksensoren haben sich besonders einfache piezoelektrische als geeignet erwiesen aufgrund ihrer Unempfindlichkeit, kompak­ ten Bauweise und Genauigkeit. Diese Geber liefern bereits ein differenziertes Signal. Mögliche Nullpunktsdriften dieser Art Drucksensoren bleiben daher im wesentlichen ohne Belang. In diesem Zusammenhang hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn dem piezoelektrischen Drucksensor eine RC-Kombination parallel geschaltet wird. Insbesondere wird hier an eine Parallel­ schaltung eines Widerstandes und eines Kondensators gedacht.

Meßergebnisse haben gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Einrichtung stetige Signale erhalten werden können. Abwei­ chungen der Einspritzanlage wie Exemplarstreuung der Pumpe, Drosselzapfenspiel aufgrund verkokter Düsen und Änderungen beim Düsenöffnungsdruck hatten kaum einen Einfluß auf das Meßergebnis.

Claims (8)

1. Einrichtung zum Erfassen der den Brennräumen eines Dieselmotors zugeführten Kraftstoffmenge mit einem Drucksensor und einer Schal­ tungsanordnung, die über Schwellwerte des Druckgradienten den Beginn und das Ende des Einspritzvorganges eines Pumpenelements erkennt, mit einer Zeiterfassungsschaltung für die Zeitdauer des Einspritz­ vorgangs, wobei ausgehend vom Ausgangssignal des Drucksensors ein Einspritzmengensignal ermittelt wird, welches zur Steuerung bzw. Regelung der Abgasrückführrate und/oder der Kraftstoffmenge dient.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor in der Kraftstoffleitung angeordnet ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drucksensor möglichst nahe der Einspritzdüse angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor am Pumpenelement angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Beginn des Einspritzvorganges ein Schwellwert der ersten Ableitung und als Ende des Einspritzvorganges ein Extrem­ wert der ersten Ableitung dient.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drucksensor ein Filter nachgeschaltet ist.

7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmesser ein piezoelektri­ scher Druckgeber vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem piezoelektrischen Drucksensor ein RC-Glied parallel geschaltet ist.