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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System, das misst, ob
die Kraftstoffeinspritzung von einer Kraftstoffeinspritzdüse eines
Dieselmotors gemäß eines
vorgeschriebenen Zeitpunkts ausgeführt wird oder nicht, und insbesondere
auf ein System zum Messen eines Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkts, das
zur wirksamen Messung des Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkts aller Motoren
in der Testphase einer Motorfertigungslinie geeignet ist.
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In
einem Dieselmotor werden, wegen der Schwierigkeit der mengenmäßigen Erfassung
des aktuellen Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkts von einer Kraftstoffeinspritzdüse, generelle
Lösungsvorschläge vorgenommen,
die das Erfassen des Hubzeitpunkts des Kolbens der Kraftstoffeinspritzpumpe,
um den Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt von der Kraftstoffeinspritzdüse vorauszuberechnen,
und das Verwenden eines Düsenhubsensors,
um den Zeitpunkt des Öffnens
des Düsenventils
zu ermitteln, und das Berechnen der Phasendifferenz zwischen diesem
Zeitpunkt und einem Motorumdrehungssignal, einschließt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In
früheren
Verfahren tritt wegen der großen Länge der
Verrohrung von der Kraftstoffeinspritzpumpe zur Düse und den
Unterschieden in den Ventilöffnungs-Charakteristiken
zwischen einzelnen Düsen eine
Zeitverschiebung zwischen der Anzeige von der Pumpe und dem Zeitpunkt
der aktuellen Kraftstoffeinspritzung auf, wobei dieses Phänomen der
Genauigkeit der Messung des Kraftstoffeinspritz-Zeitpunktes eine
spezifische Grenze auferlegt. Mit den neueren Verfahren erfordert
die Messung den Ersatz der Düsen
mit Düsen,
die einen Hubsensor aufweisen, wobei die Messung des Zeitpunktes
bezüglich
der Arbeit und der Zeit extrem aufwendig wird, so dass z.B. das
Testen nicht für
alle Vorrichtungen möglich
ist, auch wenn dieses Verfahren auf ein Testverfahren in der Motorfertigungslinie
angewandt werden kann, und unvermeidlich als Stichprobenprüfung durchgeführt werden
muss. Ein weiteres Problem dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit,
eine visuelle Beurteilung der Testergebnisse unter Verwendung von
z.B. einem Oszilloskop vorzunehmen, wobei dieses durch eine Anfälligkeit
für die
Auswirkung der durch die Kraftstoffverbrennung hervorgerufenen Rotationsveränderung
begleitet wird, und das Ergebnis für die Zuverlässigkeit
der Messergebnisse ungenügend wird.
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Angesichts
der oben beschriebenen Probleme beim Stand der Technik ist es folglich
ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Messsystem zu schaffen,
das nicht nur die Differenz zwischen dem gemessenen Zeitpunkt und
dem tatsächlichen
Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung minimiert, sondern auch die Messgenauigkeit
durch Verringern der Auswirkung der Rotationsveränderung und der äußeren Störgrößen auf
den gemessenen Wert verbessert, die Komplexität des für die Messung erforderlichen
Aufbaues reduziert, und die Prüfung
aller Motoren in Reihe ermöglicht,
wenn sie auf eine Motorenfertigungslinie angewandt wird.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung, um das Ziel zu erreichen, ist
ein System zum Messen eines Kraftstoffeinspritz-Zeitpunktes einer Kraftstoffeinspritzdüse eines
Dieselmotors, wobei das System einen Motorumdrehungssensor zum Aussenden
eines Umdrehungssignals, das mit einer Umdrehung des Motors als ein
periodisches Signal synchronisiert ist, einen oberen Totpunkt-Sensor
zum Erfassen eines Zustandes, dass ein Kolben in einen Zylinder
des Motors gemäß der Kraftstoffeinspritzdüse einen
oberen Totpunkt erreicht hat, um ein oberes Totpunkt-Signal mit einer
vorgeschriebenen Zeitverzögerung auszusenden,
einen Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt-Sensor, der unabhängig von
der Kraftstoffeinspritzdüse
angeordnet ist, um eine analoge Änderung
eines Parameters, der in Verbindung mit der Kraftstoffeinspritzung
von der Kraftstoffeinspritzdüse variabel
ist, zu ermitteln, wobei der Parameter eine mechanische Verschiebung
eines bestimmten Teils des Motors mit Ausnahme der Kraftstoffeinspritzdüse ist,
und ein Mess-Steuer-Gerät,
das für
die Ausgaben der dazugehörigen
Sensoreneingabe verantwortlich ist, um eine vorgeschriebene Berechnung
zum Bestimmen eines aktuellen Kraftstoffeinspritz-Zeitpunktes der
Kraftstoffeinspritzdüse
auszuführen,
wobei das Messgerät
einen Signalprozessor aufweist, der eine Position des Spitzenwertes
eines analogen Ausgangssignals von Einspritzzeitpunkt-Sensor ermittelt, mit
einer Auflösung,
die durch Teilen einer Basisperiode des Umdrehungssignals in Segmente
durch eine vorgeschriebene Periode erhalten wird, und der ferner
den aktuellen Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung als eine Phasendifferenz
zwischen der Position des Spitzenwertes und eines Zeitpunktes des
Auftretens des oberen Totpunkts-Signals, das durch den oberen Totpunkt-Sensor
ermittelt wird, berechnet, wobei der Zeitpunkt des Auftretens des
oberen Totpunkt-Signals von der Position des Spitzenwertes verzögert wird,
aufweist.
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Die
Berechnungsergebnisse, die durch den Signalprozessor ausgeführt werden,
können
direkt auf einem Anzeigesystem wie z.B. einem CRT-Display oder dgl.
dargestellt oder mit einem voreingestellten Referenzwert verglichen
werden, wobei eine Signalverarbeitung ausgeführt wird, bis eine Beurteilung
gemacht wird, wobei die Beurteilungsergebnisse danach auf dem Anzeigesystem
dargestellt werden. Aufgrund der oben erwähnten Messung, ist die Messgenauigkeit
bezüglich
der spezifischen Zuverlässigkeit
des gemessenen Wertes hoch. Zusätzlich reduziert
die Fähigkeit,
diesen Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von z.B.
vorhandenen Rotationssensoren und TDC-Sensoren des sich im Messzustand
befindenden Motors anzuwenden, die Komplexität des Aufbaues für die Messung,
wobei das Ausführen
der Prüfung
aller Motoren, die eine Motorfertigungslinie durchlaufen, möglich wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
obigen und weitere Ziele und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden in der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher ersichtlich,
wenn das gleiche in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird.
Darin zeigt:
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1 eine
Zeichnung, die die Auslegung einer bevorzugten Ausführungsform
eines Messsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 eine
Zeichnung, die den Aufbau eines Rohrausdehnungssensors (Einspritzzeitpunktsensors)
in 1 darstellt;
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3 ein
Zeitdiagramm, dass das wechselseitige Verhältnis zwischen den Sensorausgaben
in 1 darstellt;
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4A und 4B vergrößerte Ansichten von
jeweils oberen und unteren Kurven im Teil A von 3;
und
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5 einen
Teil der vergrößerten Ansicht des
Aufbaues in dem Fall, in dem ein Düsen-Hub-Sensor als ein Einspritzzeitpunkt-Sensor verwendet
wird.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Es
wird ein Messsystem gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bezüglich der 1 bis 5 beschrieben.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 1 einen Dieselmotor, bei dem die Messung
anzuwenden ist (anschließend
einfach als Motor bezeichnet), Ziffer 2 eine Motorsteuereinheit,
die mit dem Motor 1 verbunden ist, Ziffer 3 ein
Messsteuergerät,
das auf einem Computer basiert, Ziffer 4 ein Konsolenbehältnis für die Steuerungsmessungen
(Bedienungstafel) und Ziffer 5 eine CRT-Anzeige.
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Eine
Kraftstoffeinspritzpumpe 6 (anschließend als Pumpe bezeichnet)
ist auf dem Motor 1 angeordnet und, wie in 2 dargestellt,
sind an jedem Zylinder eine unabhängige Kraftstoffeinspritzdüse 7 (anschließend als
Düse bezeichnet)
und eine Pumpe 6 durch ein Einspritzrohr 8 verbunden,
wobei ein gemessener Kraftstoffbetrag von der Pumpe 6 durch Druck über das
Einspritzrohr 8 zugeführt
wird, wie es für
gewöhnlich
geschieht.
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Der
Motor 1 ist ferner mit einem Motorumdrehungssensor 10,
der ein periodisches Motorumdrehungssignal 10a durch Erfassen
der Zähne
eines Zahnkranzes 9 einen TDC 12 (oberen Totpunkt),
der ein TDC-Signal b jedes Mal, wenn es ermittelt, dass der Kolbenhub
die obere Totpunkt-Position erreicht hat, durch Erfassen der oberen
Totpunkt-Erfassungsplatte 11 aussendet, und mit einem Schwingungssensor 13 zum
Erfassen der Schwingung des Zylinderblocks oder dgl., die die Verbrennung
im Motor 1 begleitet, versehen.
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Wie
in 2 dargestellt, weist jedes Einspritzrohr 8 einen
separaten Rohrausdehnungssensor 14 auf, der als Einspritzzeitpunkt-Sensor
so nahe wie möglich
an der Düse 7 angeordnet
ist, auf. Der Rohrausdehnungssensor 14 führt die
Erfassung unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements aus,
um eine sehr kleine Ausdehnung des Einspritzrohres 8, die
mit der unter Druck stehenden Kraftstoffzufuhr von der Pumpe 6 auftritt,
erfasst, und erzeugt ein Ausdehnungssignal c, dessen Zeitpunkt, wie
bisher bekannt war, als der Zeitpunkt des tatsächlichen Starts der Kraftstoffeinspritzung
an der Düse 7 hergenommen
werden kann.
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Die
Ausgänge 1,
b, c und d des Umdrehungssensors 10, des TDC-Sensors 12,
des Schwingungssensors 13 und des Rohrausdehnungs-Sensors 14 werden über ein
Eingangs-/Ausgangs-Interface 16 eines Signalverarbeitungs-Schaltkreises 15 eingegeben,
und einem vorgeschriebenen Verarbeiten für das Berechnen der aktuellen
Kraftstoffeinspritzung unterzogen, wie nachstehend beschrieben.
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3 ist
ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale a, b, c und d von den Sensoren 10, 12, 13 und 14,
und 4 zeigt einen Teil der vergrößerten Ansichten der Wellenformen
in Teil A in 3 für die Bedingung, in, der der
Motor im Leerlauf ist, das Motorumdrehungssignal α eine ständige periodische Ausgangs-Rechteckwelle oder
ein Sinuswellen-Signal ist, das mit der Umdrehung des Motors 1 synchronisiert
ist, und der TDC-Signal-B-Ausgang
vom TDC-Sensor 12 eine einzelperiodische Sinuswelle oder
eine unabhängige
Wellenform von je 90° ist, wenn
der Kolbenhub jedes Zylinders den oberen Totpunkt erreicht. In dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das TDC-Signal b wegen der Notwendigkeit, eine
normale Motorsteuerung auszuführen,
dazu veranlasst, sich zu einem Zeitpunkt zu erhöhen, der um θ5 (z.B.
dem 10°-Phasenwinkel)
bezüglich
der theoretischen oberen Totpunkt-Lage verzögert wird, so dass es mit einer
Zeitverschiebung von θ5
erzeugt wird.
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Weil
der Rohrausdehnungs-Sensor c des Einspritzrohres 8, wie
oben erwähnt,
als der aktuelle Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt behandelt werden
kann, wird der Spitzenwert davon unabhängig für jede Kraftstoffeinspritzung
von jeder Düse 7 erzeugt.
In der gleichen Weise wird das Schwingungssignal d, das die Kraftstoffverbrennung
begleitende Schwingung darstellt, als ein Impulssignal erzeugt,
das zum oben erwähnten
Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt synchronisiert wird.
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Die
Verarbeitung, die im Signalverarbeitungs-Schaltkreis 15 ausgeführt wird,
ist die folgende. Dieser Signalverarbeitungs-Schaltkreis 15 weist ein voreingestelltes
Fenster W und ein Doppelbegrenzungsniveau S (Schwellenwertniveau)
auf, wobei das Fenster verwendet wird, um den Spitzenanteil zu extrahieren,
wenn das Doppelbegrenzungsniveau S überschritten wird. Das Fenster
W wird verwendet, um den Lärmeinfluss
und Änderungen
im Ausgangsniveau zu unterdrücken,
und um dieses Ziel zu erreichen, wird es auf der Basis des Nulldurchgangs
des TDC-Signals
b festgelegt. Dieses Fenster W kann z.B. festgelegt werden, um sich
von einem Punkt 3° vor
(θ2 = 3°) dem Nulldurchgangs-Punkt
bis zu einem Punkt 15° nach
(θ3 = 15°) dem Nulldurchgangs-Punkt
zu erstrecken. Es sollte ferner selbstverständlich sein, dass das Doppelbegrenzungsniveau
S und die Größe des Fensters
W beliebig eingestellt werden können.
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Bezugnehmend
auf das Motorumdrehungssignal a, wenn der in 1 dargestellte
Zahnkranz z.B. 100 Zähne
aufweist, wird ein einperiodisches Signal, wie in 4 dargestellt,
3,6° betragen
(mit einer halben Periode, die 1,8° darstellt), so dass eine 1/20-Auflösung (Auflösung von
1,8°) verwendet
wird, um die Phasenposition des Spitzenwertes P des Rohrausdehnungs-Signals P zu ermitteln,
wobei das Periodensignal selbst oder seine Phase als Bezug verwendet
wird. Nachdem dies geschehen ist, wobei der Nulldurchgangs-Punkt
des TDC-Signals b, das mit einer Verzögerung nach dem Spitzenwert
P erzeugt wird, verwendet wird, wird der Phasenwinkel θ4 vom MC-Signal
bis zum Spitzenwert P als der aktuelle Einspritzzeitpunkt berechnet.
In
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4 ist θ5 der Verschiebungsbetrag
von der Erzeugung des TDC-Signals vom theoretischen oberen Totpunkt,
und θ6
ein Phasenwinkel des Einspritzzeitpunktes bezüglich des oben erwähnten aktuellen
oberen Totpunktes.
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Die
oben beschriebene Verarbeitung wird mehrere Male wiederholt ausgeführt, bis
eine vorgeschriebene Messzeitdauer mit dem Motor im Leerlauf zustand
verstrichen ist, wobei die Ergebnisdaten in einem Signalverarbeitungs-Schaltkreis 15 gespeichert
werden, bis diese Messzeit abgelaufen ist.
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Wenn
die Messzeit abläuft,
wobei der Signalverarbeitungs-Schaltkreis 15 den
Durchschnittswert des aktuellen Einspritzzeitpunktes für jede Düse 7 berechnet,
wird ein Vergleich bezüglich
eines voreingestellten Bezugswertes gemacht, und die Ergebnisse
dieses Vergleiches und der Durchschnittswert werden zusammen mit
dem maximalen und den minimalen Werten auf der CRT-Anzeige 5 dargestellt. Es
ist wünschenswert,
dass der Durchschnitt, die maximalen und minimalen Werte nach Subtraktion
der Verschiebung θ5
angezeigt werden, wie in 4 dargestellt.
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Um
zusätzlich
die beabsichtigte variable Steuerung der Motordrehung und des Kraftstoffeinspritz-Zeitpunktes
unter vorab festgelegten Bedingungen auszuführen, wenn der erforderliche
Betrieb vom Mess-Konsolenbehältnis 4,
dargestellt in 1, verwendet werden kann, um
einen Befehl an die Motor-Konsoleneinheit 2 auszugeben,
wird mit dem oben erwähnten
aktuellen Einspritzzeitpunkt oder dem Durchschnittswert davon gerechnet.
Auf der Basis dieser Daten ist es möglich, einen NEIN/Ausschuss-Test
einer eingebauten Zeitgeberfunktion (in der Zeichnung nicht dargestellt)
der Pumpe 6 durchzuführen.
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Der
in 1 dargestellte Schwingungssensor ermittelt die
Schwingung des Zylinderblocks, die als Ergebnis der Kraftstoffverbrennung
auftritt. Weil die impulstypische Schwingungswelle, die die Kraftstoffverbrennung
begleitet, einen hohen Grad der lagerichtigen Korrelation zum Spitzenwert
des Ausdehnungssignals c des Einspritzrohres 8 aufweist,
ist es bei der Berechnung des aktuellen Kraftstoffeinspritz-Zeitpunktes möglich, wie
aus 3 ersichtlich wird, den Ausgang des Schwingungssensors 13 anstatt
des Ausdehnungssignals c des Einspritzrohres 8 zu verwenden.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsformen
ist ein Typ des Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt-Sensors ein Rohrausdehnungssensor,
der die Ausdehnung im Einspritzrohr ermittelt, die von der Übertragung
des unter Druck stehenden Kraftstoffs von der Kraftstoffeinspritzpumpe
begleitet wird, wobei dieses im Bereich einer Kraftstoffeinspritzdüse im Kraftstoffeinspritzrohr
vorgesehen ist, die die Kraftstoffeinspritzpumpe und die -düse verbindet.
Ein weiterer Typ von Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt-Sensoren, der
verwendet werden kann, umfasst einen Schwingungssensor, der die
Schwingung des Motors ermittelt, die zum Verbrennungszeitpunkt und
wegen der Kraftstoffeinspritzung auftritt, und einen Düsen-Hub-Sensor, der den Öffnungszeitpunkt
des Düsenventils
ermittelt, das der Kraftstoffeinspritzdüse angefügt ist. Es ist auch möglich, einen
Kurbelwinkel-Sensor oder der dgl., der bereits am Motor angeordnet
ist, zu schaffen, der ebenfalls als Umdrehungssensor dient.
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Es
wird eine weitere Verbesserung bei der Einspritzzeitpunkt-Messgenauigkeit geschaffen.
Daher wird die Spitzenwertposition (Winkel) des Ausgangssignals
vom Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Sensor
gekennzeichnet, wobei eine Auflösung
verwendet wird, die durch Teilen der Basisperiode des Motorumdrehungssignals
in Unterperioden von einer vorgeschriebenen Weite ermittelt wird,
der Phasenwinkel vom Zeitpunkt der Erzeugung des TDC-Signals als
der tatsächliche
Einspritzzeitpunkt berechnet wird, wodurch zumindest der Einfluss
der Motorumdrehungsveränderung
auf den gemessenen Wert vermieden wird. Weil es möglich ist,
Gebrauch von einem Umdrehungssensor und einem MC-Sensor, die auf
dem Motor vorhanden sind, zu machen, wird bei Anwenden des obigen,
z.B. um auf einem Motor-Montageband zu testen, wobei nur ein Rohrausdehnungssensor
als Einspritzzeitpunkt-Sensor verwendet wird, die sofortige Messung
durch bloßes
Anordnen dieses Rohrausdehnungs-Sensors am Motor möglich.
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In
der Ausführungsform
wird ein unabhängiger
Rohrausdehnungssensor auf der Kraftstoffeinspritzdüse von jedem
Zylinder des Motors geschaffen, wobei der aktuelle Kraftstoffeinspritzzeitpunkt separat
für jede
Kraftstoffeinspritzdüse
berechnet wird. Dadurch ist es möglich,
Zeitpunkts- oder Druckabweichungen für jeden einzelnen Zylinder
zu identifizieren, wobei die Erfassung der Probleme, die in den
Kraftstoffeinspritzdüsen
oder -pumpen auftreten, möglich
wird.
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In
der Ausführungsform
weist der Signalprozessor einen voreingestellten Schwellenwert für die Ermittlung
des Spitzenwertes des Ausganges vom Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt-Sensor auf, wobei
der Spitzenwert nur erkannt wird, wenn dieser Schwellenwert überschritten
wird. Bei Erkennen des Spitzenwertes, wobei ein festgelegter Schwellenwert
verwendet wird, wird der Einfluss auf den gemessenen Wert von mindestens
einer Störgröße, wie
z.B. Außengeräusche, vermieden,
wodurch eine bedeutende Verbesserung in der Messgenauigkeit geschaffen wird.
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In
der Ausführungsform
weist der Signalprozessor eine voreingestellte Geltungsdauer bezüglich der
Ermittlung des Spitzenwertes des Ausgangs vom Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt-Sensor auf, und erkennt den
Spitzenwert nur während
dieser Geltungszeitdauer. Es wird auch der Einfluss der Störgröße wie z.B.
Außengeräusche, auf
den gemessenen Wert vermieden.
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In
der Ausführungsform
berechnet der Signalprozessor den Einspritzzeitpunkt mehrere Male während einer
vorab festgelegten Messzeit, und ferner den Durchschnittswert aus
den Berechnungsergebnissen der einzelnen Einspritzzeitpunkte. Durch Berechnen
des durchschnittlichen Einspritzzeitpunktes aus einer Mehrzahl von
gemessenen Zeitpunkten wird die Fähigkeit, den Einspritzzeitpunkt
zu bestimmen, in punkto der Zuverlässigkeit des gemessenen Wertes
weiter verbessert.
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In
der Ausführungsform
führt das Mess-Steuergerät die Kommunikation
mit einer Motor-Steuereinheit, die mit dem Motor verbunden ist, aus,
um somit die Motor-Betriebsbedingungen, den aktuellen Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt
oder den Durchschnitt davon, der für verschiedene Betriebsbedingungen
berechnet wurde, zu verändern.
Durch absichtliches variables Steuern des Kraftstoffeinspritz-Zeitpunktes
oder der Motorumdrehung und Messen des Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkts
oder den Durchschnittswert davon, wenn sich der Motor in einem Übergangszustand
befindet, ist es dadurch möglich,
um zu bestimmen, ob die Zeitgeberfunktion einer Kraftstoffeinspritzpumpe
mit einem eingebauten Zeitgeber normal betrieben wird oder nicht.
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Der
Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 11–125695 wird hiermit durch
Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung gemacht.
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Während die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezifischer Ausdrücke beschrieben
worden ist, dient diese Beschreibung veranschaulichenden Zwecken, und
es sollte selbstverständlich
sein, dass Änderungen
oder Abänderungen
gemacht werden können, ohne
dass sie vom Schutzumfang der hierzu beigefügten Ansprüche abrücken.