DE3601117C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung und Auswertung von für den Betriebszustand von Dieselmotoren charakteristischen Parametern.

Zu diesen Parametern gehören der Kraftstoffverbrauch, der Transferdruck in der Betriebsstoffleitung, die Drehzahl des Motors und der Voreinspritzwinkel.

Die Betriebsstoff- bzw. Kraftstoffleitung fördert den Be­ triebsstoff von einer Einspritzpumpe zu den Einspritzdüsen, die den einzelnen Zylindern des Motors zugeordnet sind. Allgemein ist bei diesen Motoren sowohl am Ausgang der Ein­ spritzpumpe als auch am Eingang der Einspritzdüse je ein Ventil vorgesehen. Das an der Einspritzdüse befindliche Ven­ til ist derart eingestellt, daß es oberhalb eines bestimmten Drucks selbsttätig öffnet und bei Unterschreiten dieses Drucks wieder schließt.

Das am Ausgang der Einspritzpumpe befindliche Ventil verhin­ dert zwar generell im geschlossenen Zustand eine Rückströ­ mung des dosiert in die Betriebsstoffleitung eingegebenen Betriebsstoffes, saugt aber üblicherweise infolge einer be­ sonderen Ausbildung vor dem Schließen wieder einen geringe Menge des in die Betriebsstoffleitung eingegebenen Betriebs­ stoffes zurück. Diese Rücksaugung ist vorgesehen, da das Ventil an der Einspritzdüse am Ende des Einspritzvorganges schlagartig schließt, wenn der Druck des zugeführten Be­ triebsstoffes unter den eingestellten Druckwert sinkt. Die in der Betriebsstoffleitung noch befindliche Flüssigkeit strömt jedoch aufgrund ihrer Trägheit weiter, gegen das geschlossene Ventil, und wird von dort zurückgeworfen, wo­ durch in der Leitung Druckwellen entstehen. Diese in der Leitung hin- und herlaufenden Druckwellen können sich derart überlagern, daß Druckspitzen entstehen, die das Ventil an der Einspritzdüse zu einer erneuten Öffnung veranlassen. Eine unerwünschte und für den Motor schädliche Betriebs­ stoffeinspritzung ist die Folge.

Dieser schädliche Effekt wird durch die geringfügige Rück­ saugung von Betriebsstoff von dem Ventil an der Einspritz­ pumpe verhindert.

Aufgrund dieses Vorganges und weil die Zeitpunkte des Öffnens und Schließens der beiden Ventile sowie die Zeit­ dauer, während der sie geschlossen sind, nicht überein­ stimmen, wird jedoch eine genaue Messung der Motorparameter, etwa die den Zylindern zugeführte Betriebsstoffmenge oder der Voreinspritzwinkel, außerordentlich erschwert.

Die Messung der Motorparameter erfolgt daher im allgemeinen auf zweierlei Arten: Entweder werden die Einspritzpumpe und die Einspritzdüse aus dem Motor ausgebaut und separat auf einem Prüfstand untersucht, oder es werden am Motor ent­ sprechende Detektoren angebracht, die die gewünschten Para­ meter erfassen.

Beispielsweise ist ein "Kraftstoffverbrauchsmeßsystem 700" der österreichischen Firma "AVL Gesellschaft für Verbren­ nungskraftmaschinen und Meßtechnik mbH" bekannt, das eine Kraftstoffwaage, eine Lichtschranke, ein elektronisches Steuergerät, digitale Zähler und Drehzahlanzeigeeinrich­ tungen sowie Prüf- und Kalibriereinrichtungen enthält.

Derartige Anlagen haben jedoch den Nachteil, daß sie nur unter Laborbedingungen anwendbar sind und qualifiziertes Bedienungspersonal benötigen.

Gerade Dieselmotoren werden jedoch häufig weitab von Werk­ stätten betrieben. Eine Reparatur solcher Motoren, bei der zur Fehlererkennung die Bestimmung der Betriebsparameter erforderlich ist, kann somit nur unter großem Zeitaufwand und unter großen Schwierigkeiten für den Transport der Motoren in geeignete Prüflabors erfolgen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die eingangs genannte Schaltungsanordnung so auszugestalten, daß mit geringem Aufwand eine Messung und Auswertung der Motorparameter an Ort und Stelle möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Zur Bestimmung der Betriebsparameter eines Motors braucht demnach nur mehr an einer Stelle der Betriebsstoffleitung ein Durchflußmesser und ein Druckmesser angebracht zu wer­ den.

Die als "Quantisierungs-Durchflußmesser" bezeichnete Meß­ einrichtung beruht in bekannter Weise auf dem Funktions­ prinzip der Zahnradpumpe und besteht demgemäß aus einem Zahnradpaar. In dem Raum zwischen zwei Zähnen befindet sich jeweils eine genau bestimmte Flüssigkeitsdosis. Die durch den Durchflußmesser während einer Zeiteinheit strömende Flüssigkeitsmenge ergibt sich also aus dem Produkt der Anzahl der sich unter einem Bezugspunkt wegdrehenden Zähne und dem entsprechenden Flüssigkeitsquant. In eine Betriebs­ stoffleitung eingefügt, bleiben die Zahnräder am Ende des eigentlichen Einspritzvorganges stehen, wenn das Ventil an der Einspritzdüse schließt, und drehen sich dann bei der Betriebsstoff-Rücksaugung etwas zurück. Erfindungsgemäß wird nun das Vor- und Zurückdrehen der Zahnräder gesondert zahn­ weise erfaßt und anhand der erhaltenen beiden Reihen von Zählimpulsen (im einfachsten Fall durch deren Subtraktion) mit hoher Genauigkeit die vorwärts strömende Flüssigkeits­ menge ermittelt, d. h. die Menge an tatsächlich einge­ spritztem Betriebsstoff festgestellt.

Der Druckmesser ist vorgesehen, da die zu messenden Motor­ parameter in der Regel auf eine bestimmte Zahl (meist ein­ hundert) an Einspritzvorgängen je Zylinder bezogen sind. Mit jedem Einspritzvorgang ist ein Hub der Einspritzpumpe ver­ bunden. Die Zählung der Hübe der Einspritzpumpe kann nun einfach mittels des in die Betriebsstoffleitung eingefügten Druckmessers erfolgen. Bei jedem Einspritzvorgang tritt nämlich genau ein Druckmaximum auf, vorausgesetzt, daß eine Druckwellen-Überlagerung der oben beschriebenen Art unter­ bunden ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 be­ schrieben.

Ein Ausführungsbeispiel für die Schaltungsanordnung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der Anordnung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanord­ nung sind in eine Betriebsstoffleitung 1 ein Quantisierungs- Durchflußmesser 2 und ein Druckmesser 3 eingefügt.

Der Durchflußmesser 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 zahlmesser 40 an eine analoge oder digitale Anzeigeein­ heit 41 angeschlossen ist. Der Druckmesser 3 ist durch seinen ersten Ausgang über einen Spitzenwertaufnehmer 31 mit einer weiteren analogen oder digitalen Anzeigeein­ heit 50 und durch seinen zweiten Ausgang über einen Durchschnitts­ wertaufnehmer 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 Modulator 38 ange­ schlossen ist. Ein zweiter Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators 37 bildet einen ersten Ausgang C der Schaltungsanordnung, welcher einen Eingangspunkt eines Oszilloskopes (nicht gezeigt) darstellt. Ein Ausgang des Modulators 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 Spitzenwertaufnehmers 31 bildet einen 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 zenwertaufnehmers 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 Bauteile der Schaltungsanord­ nung haben folgende Funktion:

Der Quantisierungs-Durchflußmesser 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 Impulse 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 Digital-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 Zifferanzeigeeinheit mit digitalem Antrieb.

Der Spitzenwertaufnehmer 31 ist ein Wandler mit Stromein­ gang und Spannungsausgang.

Der Durchschnittswertaufnehmer 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 Schaltunganordnung dient zur Einstellung des Hubzählers 39.

Die dargestellte Ausführungsform der Schaltungsanordnung funktioniert folgenderweise:

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind in der Betriebs­ stoffleitung 1 zwei Detektoren eingebaut, wobei der eine dieser Detektoren der Durchflußmesser 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 die 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 zu den Schwin­ gungen im wesentlichen proportional sind.

Die 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 der Hübe und An­ zeige bei Erreichen des voreingestellten Wertes.
• 4. Bestimmung der Drehzahl anhand der Periodendauer der Hübe.
• 5. Für das Oszilloskop wird die synchronisierte Erzeu­ gung einer Sägezahnspannung, eines Modulations­ 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 Durchflußmesser 2 gelieferten Vor- und Rückwärtsimpulse speisen den Vor- und Rück­ wärtszähler 21, welcher durch einen äußeren Impuls rückgesetzt werden kann, während die Freigabe 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 Information 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 Spitzenwertaufnehmers 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 Drehzahlmesser 40 angeschlos­ sen ist. Die den Eingang des Drehzahlmessers 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 zenwertaufnehmers 31 bildenden analogen Strom-Span­ nungs-Wandlers, d. h. vom Ausgang E der Schaltungs­ anordnung, gesteuert, da der Spitzenwertaufnehmer 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 Sägezahnspannungsgenerators 37, dem Ausgang C der Schaltungsanordnung verbunden. Dieser Sägezahnspannungsgenera­ tor 37 erhält sein Triggersignal vom Ausgang des Ver­ zögerungsgliedes 36 mit veränderbarer Verzögerungs­ zeit. Das Verzögerungsglied 36 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 Spitzenwertaufnehmer 31 enthält die elektronischen Informationen bezüglich der Spitzenwerte der Stoßwellen des Transferdruckes. Diese Informationen werden mit den am Ausgang des Durchschnittswertaufnehmers 32 anlie­ genden Signalen, welche Informationen 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.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zur Messung und Auswertung von für den Betriebszustand von Dieselmotoren charakteristischen Parametern, mit Detektoren, die die zu messenden Parameter in elektrische Signale umwandeln, sowie mit Verarbeitungs- und Anzeigeeinheiten, die die elektrischen Signale verarbei­ ten und anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle der Betriebsstoffleitung (1) des Motors ein die Vor- und Rückströmung des Betriebsstoffes in jeweils getrennten Impulsen erfassender Quantisierungs-Durchfluß­ messer (2) und ein schnellfunktionierender, die Druckschwan­ kungen des Betriebsstoffes erfassender Druckmesser (3) ein­ gefügt sind, wobei die Ausgänge des Durchflußmessers (2) an einen die vorwärts strömende Flüssigkeitsmenge bestimmenden Vor- und Rückwärtszähler (21) angeschlossen sind und ein erster Ausgang des Druckmessers (3) an einen Spitzenwertauf­ nehmer (31) geführt ist, während ein zweiter Ausgang des Druckmessers (3) mit einem Durchschnittswertaufnehmer (32) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Ausgang des an den Durchflußmesser (2) ange­ schlossenen Zählers (21) über einen D/A-Wandler (22) an eine erste Anzeigeeinheit (23) angeschlossen ist, und daß der Zähler (21) mit einem ersten Ausgang eines Hubzählers (39) verbunden ist, dessen zweiter Ausgang an einen Eingang eines Drehzahlmessers (40) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Drehzahlmessers (40) mit einer zweiten Anzeigeeinheit (41) verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Ausgang des Druckmessers (3) über den Spitzenwertaufnehmer (31) mit einer dritten Anzei­ geeinheit (50) und einem ersten Eingang einer Addierstufe (33) verbunden ist, daß der zweite Ausgang des Druckmessers (3) über den Durchschnittswertaufnehmer (32) an einen zwei­ ten Eingang der Addierstufe (33) angeschlossen ist, deren Ausgang an einen Eingang eines Spitzengleichrichters (34) und an einen ersten Eingang eines Komparators (35) ange­ schlossen ist, während der Ausgang des Spitzengleichrichters (34) an einem zweiten Eingang des Komparators (35) liegt, daß der Ausgang des Komparators (35) einen ersten Anschluß­ punkt (A) der Schaltungsanordnung bildet sowie an den Ein­ gang eines Verzögerungsgliedes (36) mit veränderbarer Ver­ zögerungszeit geführt ist, daß der Ausgang des Verzögerungs­ gliedes (36) einen zweiten Anschlußpunkt (B) der Schaltungs­ anordnung bildet und an den Eingang eines mit einer Hold- off-Einheit versehenen Sägezahnspannungsgenerators (37) angeschlossen ist, dessen erster Ausgang über einen Modula­ tor (38) an einen ersten Ausgang (D) der Schaltungsanordnung geführt ist, wobei dieser erste Ausgang (D) einen ersten Eingang eines Oszilloskopes bildet, daß ein zweiter Ausgang des Sägezahnspannungsgenerators (37) einen zweiten Ausgang (C) der Schaltungsanordnung bildet, der an einen zweiten Eingang des Oszilloskopes angeschlossen ist, daß ein zweiter Ausgang des Spitzenwertaufnehmers (31) einen dritten Ausgang (E) der Schaltungsanordnung bildet, der an einen dritten Eingang des Oszilloskopes angeschlossen ist, daß ein erster Eingang des Hubzählers (39) entweder an den ersten und zwei­ ten Anschlußpunkt (A, B) oder an den ersten Ausgang (C) der Schaltungsanordnung angeschlossen ist, daß ein erster Ein­ gang der Addierstufe (33) mit dem Ausgang des Spitzenwert­ aufnehmers (31) verbunden ist, und daß der Zähler (21) einen vierten Eingang aufweist, der einen ersten Eingang (F) der Schaltungsanordnung bildet, während der Hubzähler (39) mit einem zweiten Eingang versehen ist, der einen zweiten Ein­ gang (G) der Schaltungsanordnung bildet.