Berührungslose Frequenzmessung in einem Kabel

[Thor_]

Hallo zusammen

Zuerst: Das Fernziel ist, an meinem Motorrad eine Momentanverbrauchsanzeige anzubauen. Der Zeithorizont ist, wie bei den meisten meiner Projekte momentan, auf 1 Jahr + angelegt :(
Aber mir hilft es immer, die Fragen dann zu klären, wenn mich das Projekt gerade am meisten interessiert ;)

Also, nun zum technischen: Ich habe ein Motorrad mit Einspritzung und 2 Zylindern. Die Einspritzdüsen werden von der Treibstoffpumpe über eine Ringleitung versorgt, die Treibstoffpumpe ist also ständig in Betrieb. Die Einspritzdüsen öffnen dann zu einem bestimmten Zeitpunkt (von der Motorsteuerung vorgegeben) für eine gewisse Zeit und lassen Benzin in die Brennräume, bzw. in die Ansaugwege gelangen.


Nun sollte man sich Gedanken zur Frequenz machen, wie oft das passiert (Diese Rechnung bitte überprüfen ;)). Also: Mein Motorrad hat einen 2-Zylinder 4-Takt Motor. Der Motor dreht bis maximal 10'000 Umdrehungen pro Minute.
10000 : 60 = 167 Umdrehungen pro Sekunde (:):o)
Bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle erfolgt eine Zündung (abwechslungsweise in Zylinder 1 oder 2): 84 Zündungen / Sekunde
Aus den 84 Zündungen ergeben sich auch 84 Einspritzvorgänge.
Ein Einspritzvorgang dauert also maximal 0.01 Sekunden, die Frequenz beträgt also 100Hz, rechnen wir noch ein wenig Sicherheitsmarge dazu, sagen wir der Sensor sollte eine Frequenz bis 1KHz messen können.

Wenn man die Zeit messen kann, wie lange die Düsen öffen waren, weiss man zwar nicht direkt, wieviel Kraftstoff eingespritzt wurde. Man müsste das System meiner Meinung nach aber wie folgt eichen können:
Im Programm eine "Tabelle" anlegen, mit den einzelnen Einspritzdauern, der Summe jener (also der aufsummierten Dauer) und dem Anteil an der Gesammteinspritzzeit. (Also alle Einspritzdauern zusammengerechnet).
Danach die verbrauchte Menge Treibstoff ins System eingeben. Nun kann man anteilsmässig sagen, für welche Einspritzzeit wieviel Kraftstoff verbaucht wurde.

(Als vereinfachtes Beispiel bei einem Motor mit 2 Zuständen, Leerlauf und Vollgas: Wenn ich 10 Liter verbraucht habe, und 50% der Zeit im Leerlauf war, und zum Beispiel diese Zeit im Leerlauf 25% der Gesammteinspritzmenge ausmacht:
10 Liter / 0.25 = 2.5 Liter.
Dann weis ich, wieviel bei diesen Einspritzvorgängen kummuliert durchgeflossen ist. Aus der Zeit für alle Einspritzvorgänge dieser Länge ergibt sich, wieviel Sprit durch die Düsen / Sekunde fliesst.
Wenn man da Selbe für Vollgas rechnet, müsste dann ein ähnlicher Wert für Liter / Sekunde heraus kommen. (Es fliesst ja immer gleich viel Sprit durch die Düsen, nur die Länge ändert sich!).
Je öfter man dies dann macht, desto genauer sollte die Angabe werden.


Nun also direkt folgende Frage:
-Stimmt meine Rechnung mit der Einspritzfrequenz?
-Welchen Sensor könnte ich verwenden, um das Berührungslos zu messen? Man kann ja den Strom der bei Gleichspannung fliesst berührungslos messen, die Frequenz sollte ja eigentlich einfacher sein...?
-Was haltet ihr von meinem Ansatz, um an die eingespritzte Menge zu kommen? Alternativ könnte ich natürlich beim Hersteller anfragen, aber da beisst man meistens auf Granit.
Ich habe übrigens auch Zugang zu den OBD2 Daten und dem Mapping mit dem Kraftstoff/Luft Verhältnis, kann damit aber nicht direkt was anfangen. Ausserdem spielt da ja noch die Kompensation der Temparatur und Luftdichte mit.


liebe Grüsse
Thor_

[RoboHolIC]

Von Bedeutung ist doch die reale Einspritzzeit, also die "Düse offen"-Zeit. Die theoretische maximale Einspritzzeit von 1/84 Sekunde ist wertlos, weil das die Zykluszeit für die vier Motortakte und damit lediglich der akademische Grenzwert ist und wenig über die reale maximale Einspritzzeit aussagt.

Der direkte Ansatz ist doch, die Düsenansteuerung anzuzapfen und alle Ansteuerzeiten aufzuaddieren. Das wäre in erster Näherung das Zeitäquivalent zum tatsächlichen Treibstoffverbrauch. Dann gibt es sicherlich pro Einspritzung eine Ansprechzeit zwischen Aktivierungsbeginn der Düse und beginnendem Treibstofffluss, beim Abschalten etwas ähnliches, dazu noch ein über die Zeit veränderliches Ausströmvolumen beim öffnen und schließen.

Die Idee mit dem Eichfaktor, den man anhand des Nachtankens ermittelt, ist vermutlich der einfachste Weg. Wahrscheinlich genügt ein gemittelter Eichfaktor, um die Spanne von 3l/100km bis 30l/100km (oder mehr?) mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln. Besser wird's, wenn du mal eine lange, schnelle Autobahnfahrt nutzt. Da ist der Verbrauch relativ hoch, die Randeffekte fallen nicht so ins Gewicht. Die niedrigen Standgas-nahen Verbrauchswerte interessieren vermutlich eh nicht so, weil sie ohnehin kaum beeinflussbar sind.

Um die Unlinearitäten im Bereich der kurzen Einspritzeiten herauszurechnen, kannst du mal 100km im Standgas fahren :) und an der Tankstelle den Absolutverbrauch ermitteln. Das ist wahrscheinlich ebenfalls ein rein akademischer Ansatz :)

[Thor_]

Hallo RoboHolIC und vielen Dank für deine Antwort!

Leider wurde mein Text gelöscht, darum hier nocheinmal:

Leider habe ich heute morgen etwas wichtiges Vergessen: Das Ziel soll es natürlich sein, die Zeit in der die Düsen laufen über den Stromsensor (Berührungslos, ohne jegliche Manipulation am bestehenden Kabel) zu messen und dann die von dir und mir beschriebene Auswertung zu machen. Dann kommt man ja näherungsweise an die eingespritze Menge ran, die man hochrechnen kann.
Die maximale Zeit, die eine Düse offen sein kann (1/84) habe ich nur ausgerechnet, damit ihr mir bessere Tipps für den Sensor geben könnt.

Also, die direkte Frage lautet: Weis jemand, welchen Sensor man da verwenden könnte? Das Kabel soll dafür nicht durchtrennt werden müssen oder Stecker dran/drab!




Um die Unlinearitäten im Bereich der kurzen Einspritzeiten herauszurechnen, kannst du mal 100km im Standgas fahren :) und an der Tankstelle den Absolutverbrauch ermitteln. Das ist wahrscheinlich ebenfalls ein rein akademischer Ansatz :)
Theoretisch. Vor allem, weil ich nicht weiss ob der Tank genug gross ist ;)

Grüsse
Thor_

[RoboHolIC]

Ich kenne die genaue Technik der (oder: deiner) Einspritzventile nicht.
Kommt man wirklich nicht an die Anschlüsse des E-Ventils ran?
Wie ist die Verdrahtung realisiert? Eine "heiße" Leitung zum Ventil und dort gegen Masse? Oder zweiadrig geführt?
Im ersteren Fall kann man mittels aufgefädeltem Ferritring und einigen Windungen Draht als Sekundärwicklung einen Trafo bauen und auswerten. Im Falle der zweiadrigen Ansteuerung könnte es knifflig werden, weil ja in Summe kein Strom durch die Steuerleitung fließt; dazu fällt mir nichts ein.

[Thor_]

Hi RoboHolIC

Ich weiss noch nicht, wie es bei den Einspritzventilen aussieht (ich habe das Motorrad noch nicht auseinander genommen ;))
Laut dem Stromlaufplan sind die Ventile jeweils über 2 Kabel angeschlossen. Ich weiss aber noch nicht, ob die in nur einer Leitung sind (dann haben wir ein Problem;))
Solange aber die Kabel einzeln dahin gehen, kann man ja einfach über eine Leitung einen berührungslosen Sensor anschliessen, in welche Richtung da drinn der Strom fliesst ist ja egal.

Der Grund, warum ich GAR NICHTS an den Anschlüssen oder der Verdrahtung ändern möchte ist, dass ich mit dem Motorrad auch gerne weiter weg fahren möchte.
Wenn ich dann irgendwo im Nirgendwo stehen bleibe, weil meine Änderung da einen Kabelbruch oder so nach sich gezogen hat, ärgere ich mich schwarz ;)

Also, ich schaue das kommende WE mal, wie es da drinn aussieht, und wo man an die einzelnen Kabel der Düse kommen könnte.

liebe Grüsse
Thor_

[PICture]

Hallo!


-Welchen Sensor könnte ich verwenden, um das Berührungslos zu messen? Man kann ja den Strom der bei Gleichspannung fliesst berührungslos messen, die Frequenz sollte ja eigentlich einfacher sein...?

Sicher einfacher wäre direkt die An- und Auszeit der Spannung messen, falls nur Frequenz benötigt ist. Dafür reicht nur eine an die Ventilspule angelötete Leitung aus. ;)

[Thor_]

Ich muss die Sache echt einmal direkt am Motorrad anschauen, ich schicke dann Bilder.

Aber ich möchte echt ungern rumlöten, besonders an einem derart wichtigen Teil des Motors. (ohne Saft schliesslich keine Kraft;))
Darum war auch die Idee, den Stromfluss induktiv zu messen. Da würde mich aber auch (wie du richtig siehst), ein ein/aus reichen, den fliessenden Strom muss ich eigentlich nicht wissen.

ich schaue im Motorrad nach und melde mich dann.

liebe Grüsse
Thor_

[RoboHolIC]

_Noch_ unmittelbarer wäre ja die Messung des durch den Ansaugschlauch der Spritpumpe fließenden Treibstoffs. Dafür muss man gar nicht in die Elektrik eingreifen.

Was aber bisher unter den Tisch fiel ist der Faktor 'zurückgelegte Strecke' und mithin der gerade eingelegte Gang und die Mortordrehzahl - oder gleich die Raddrehzahl. Alle bisherigen Überlegungen würden nur Auskunft über den Verbrauch pro Zeit geben. Für die Momentangeschwindigkeit muss man also doch wieder irgendwo an die Fahrzeugelektrik.

[Thor_]

Nun, das Problem ist, dass das eine Ringleitung ist. Sprich: etwa 90% des gepumpten Sprits fliessen in den Tank zurück;)
Also bräuchte man dann zwei Sensoren und ich befürchte, dass das auch nicht zwingend eine robuste Lösung ist...

Was ich nicht gesagt habe (weil es bisher zuweit am Thema weg war) ist, dass ich die restlichen Daten über ODB2 vom CAN-Bus auslese.
Da bekomme ich Geschwindigkeit, Drehzahl, Motorlast, Temperatur etc etc, nur nicht den Momentanverbrauch ;)

Noch falls das nicht klar ist: Den CAN-Bus erlaube ich mir anzuzapfen, weil es dafür offiziell einen Stecker am Motorrad gibt, diesen kann ich problemlos nutzen.
Wenn ich hingegen an den Einspritzdüsen rummache....

[RoboHolIC]

Wenn ich hingegen an den Einspritzdüsen rummache....
... dann könnte es passieren, dass das Moped erst so richtig gut abgeht! ;)
Verstehe, das könnte bei der nächsten HU oder im Falle eines schlimmen Falles Ärger machen.

Ist die Verkabelung der Einspritzdüse geklärt? Einadrig? Man kann natürlich auch mal - ganz Forscher - mit offnen Luftspulen oder analogen Halleffektsensoren (nicht die digital schaltenden) entlang der Einspritz-Ansteuerung auf die Suche nach verräterischen Magnetfeldern gehen. Man wird schon fündig werden, auch im Falle eines zweiadrigen nicht-koaxialen Leitungsaufbaus. Das Magnetfeld ist umso stärker, je näher der Sensor an die eine Ader heran kommt und je genauer er sich auf der vom Rückleiter abgewandten Seite befindet. Verständlich beschrieben?

[ranke]

Selbst wenn man den Strom in der Magnetspule messen kann (auf welchem Weg auch immer), kann der Rückschluss auf den momentanen Verbrauch eine unsichere Messung werden. Der Kraftstofffluss durch die offene Einspritzdüse wird von der Druckdifferenz zwischen Kraftstoffdruck und Druck im Ansaugkrümmer getrieben. Der Druck im Ansaugkrümmer ist aber nicht stabil, bei offener Drosselklappe etwa Atmosphärendruck, bei geschlossener deutlich weniger. Bei der Bosch L-Jetronic und artverwandten Einspritzanlagen hat man (zumindest "früher") den Kraftstoffdruck dem Druck im Ansaugkrümmer nachgeführt, so dass die Differenz immer konstant war. Dazu gab es eine extra Druckdose. Ich könnte mir vorstellen, dass man dieses Bauteil bei heutigen Einspritzungen einspart, weil man aufgrund der dem Steuergerät bekannten Drehzahl und Drosselklappenstellung den Druck im Krümmer gut abschätzen kann und mittels Korrekturalgorithmen die Einspritzzeit anpasst. Dann stimmt aber die implizite Annahme "Einspritzzeit ist proportional zur Einspritzmenge" nur noch sehr ungefähr.

[Thor_]

Hallo zusammen



Ist die Verkabelung der Einspritzdüse geklärt? Einadrig?

Nein, leider noch nicht. Ich komme erst am Freitag dazu. Ich werde dann aber sicher berichten! Mit Fotos;)

@Ranke
Danke für deine Ausführungen, das war mir nicht bewusst!
Ich kann über OBD2 auch den Druck im Ansaugtrackt auslesen. Vielleicht könnte man damit was korrigieren?!

Lg
Thor_

[witkatz]

Bekommst du den Mass Air Flow als Wert? Über das Luft/Benzin Verhältnis (air/fuel ratio) kannst du den Verbrauch rechnen. Ich habe mal nach Real-Time Fuel Consumption Monitoring gegoogelt und so wird das glaub ich oft gemacht.
Das Luft/Benzin Gemisch wird konstant geregelt. In meiner alten Honda war zum Einstellen eine Nadel im Vergaser, heutzutage macht das die Motorsteuerelektronik.

[Thor_]

Hi Witkatz

Ich weiss es ehrlich gesagt nicht!
Ich habe nun aber noch ein anderes Tool gefunden, welches mir alle unterstützen OBD Werte anzeigt.
Ich schliesse das heute Abend an, dann kann ich hier eine komplette Liste aller unterstützten Werte angeben ;)
Wäre nämlich schon sehr cool so einen kleinen Monitor auf dem Motorrad zu haben ;)

Lg, und vielen vielen Dank an alle, die sich hier beteiligen!

[ranke]

Ich kann über OBD2 auch den Druck im Ansaugtrakt auslesen. Vielleicht könnte man damit was korrigieren?

Man kann vermutlich in erster Näherung davon ausgehen, dass der Durchfluss der Düse proportional zur Wurzel der Druckdifferenz ist.

Den Ansatz von witkatz, die Proportionalität des Kraftstoffverbrauchs zum Luftmassenstrom zu nutzen finde ich auch sehr interessant. 1 kg Kraftstoff sollten dann etwa 13,8 kg Luft entsprechen. Wenn das Bike eine Lambdasonde hat, sollte das für einen weiten Bereich stimmen, allenfalls in der Warmlaufphase und bei Vollast wird deutlich fetter (kraftstoffreicher) gefahren.

[Thor_]

Hallo zusammen

Leider habe ich schlechte Nachrichten: Ich wollte heute Abend eigentlich die OBD2-PID vom Bike auslesen, sprich welche Parameter der BUS alles liefern kann.
Ich habe es mit ungefähr 15 verschiedenen Software probiert, und mit keiner hat die Verbindung zum Bike geklappt.
Nur mit der Software, mit der ich auch die Map bearbeitet habe (TuneECU) gings, und gehts immernoch. Der Adapter muss also in Ordnung sein.

Im TuneECU habe ich auch verschiedene Angaben, die wären:

Einspritz-Impuls (ein Wert pro Zylinder. Bei laufendem Motor im Standgas war das 3.XXX, angeblich ist der Wert in ms). Ich konnte aber keine genauere Erklärung finden
Drosselklappenöffnung
Lamdasonde (Volt, zwei Werte)
Ansaugluftdruck
Temperatur (wobei die irgendwo in der Nähe des Abgaskrümmers gemessen werden muss, die ist ein bisschen hoch *gg*)
Umgebungsluftdruck
Motorlast in %

(Natürlich noch andere Werte, Drehzahl, Geschwindigkeit usw.)

Ich muss ehrlich sagen, ich bin ein wenig ernüchtert. Ich werde morgen noch auf die Suche nach den Einspritzventilen gehen, vielleicht bringen uns die weiter.
hat jemand von euch noch eine Idee?

*
Was ich jetzt noch gleich mache ist, in einem Motorrad-bezogenen Forum zu fragen, ob die alle unterstützten PIDs des Bikes kennen und den Schreiber der Software anfragen (falls das geht) ob der mehr weis und evtl. ein Log oder so geben kann.
*

liebe Grüsse
Thor_

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Ah, noch Fragen beantworten:

-Also, wenn die Angabe in gewissen Situationen nicht 100% korrekt ist, bzw. ich mit geringen Ungenauigkeiten leben muss, ist das nicht so schlimm. Es geht mir vor allem auch darum, so schöne Graphen und so auf dem OnBoard Computer zeichnen zu können ;)

-Ja, das Bike hat eine Lambdasonde. Sogar zwei glaube ich (pro Zylinder?)

-Ich habe das komplette Mapping, sprich kann zu beinahe jedem Betriebszustand das Luft / Benzinverhältnis aus der Map auslesen (eventuelle Anreicherungen sind da aber nicht drinn)


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edit

Vielleicht habe ich doch noch einen kleinen Lichtblick gefunden:
Aus dem Gloassar von TuneECU habe ich folgende Zeilen:

Injector pulse time

The time during which an injector remains open (i.e. delivering fuel).

Also haben wir eigentlich mal einen Wert den wir verwenden können.
@ranke: Du meintest doch wegen der Druckdifferenz, das das Probleme machen könnte beim berrechnen der Spritmenge.
Eigentlich haben wir doch aber den Umgebungsdruck und den Druck im Ansaugkanal, also doch alles was wir brauchen?
Oder nicht?

edit2:


Man kann vermutlich in erster Näherung davon ausgehen, dass der Durchfluss der Düse proportional zur Wurzel der Druckdifferenz ist.
Wow, das war beeinduckend ;)
Wie kommst du darauf? Bernoulli? Oder was anderes, das ich nicht verstehe? =)

[ranke]

Wie kommst du darauf? Bernoulli?

Ja klar, es ist nur der Bernoulli.
Etwas zusätzliche Erklärung z.B. hier (http://de.wikipedia.org/wiki/Ausflussgeschwindigkeit). Zwei typische Anwendungen des Prinzips ist die Meßblende (http://de.wikipedia.org/wiki/Messblende) und das Prandtlrohr (http://de.wikipedia.org/wiki/Prandtlsonde), bei beiden gilt v^2 proportional delta p.


Eigentlich haben wir doch aber den Umgebungsdruck und den Druck im Ansaugkanal, also doch alles was wir brauchen?

Wir brauchen noch den Kraftstoffdruck vor der Düse um die Änderung durch den wechselnden Druck im Ansaugtrakt zu rechnen. Der Wert sollte im Werkstatthandbuch stehen, vielleicht kannst Du das noch rausfinden.
Noch eine kurze Fehlerabschätzung:
Wir nehmen an, die Kraftstoffpumpe fördert einen Druck von 5 bar, der absolute Kraftstoffdruck wäre dann 6 bar. Bei voll offener Drosselklappe hätten wir dann 5 bar über die Düse, bei geschlossener Drosselklappe vielleicht 5,7 bar.
Hätten wir unsere Anzeige auf die 5 bar kalibriert, bekommen wir eine um (sqrt(5,7)-sqrt(5))/sqrt(5) = 0,068, also 6,8% zu niedrige Verbrauchsanzeige bei geschlossener Drosselklappe. Ein Fehler von 7% ist zwar nicht gigantisch für so eine Verbrauchsanzeige aber es würde mich doch stören, zumal Du es rausrechnen kannst.

[Thor_]

Hallo zusammen

Nur nicht, damit ihr denkt, ich hätte das Projekt gekippt;)
Ich wollte letzte Woche mein Bike auseinander nehmen, nur leider ging es wegen dem Wetter nicht (Elektrik und Regen sind keine gute Kombo;))

Ich werde es sobald ich kann auseinander nehmen, und euch hier dann auch informieren.
Ich arbeite z.Zt. noch mit einem anderen Forum zusammen die mir bei Motorrad-spezifischen Fragen gut helfen können, aber ich werde euch hier bestimmt nicht vergessen und auch weiter updaten =)

Danke nochmal!

[RoboHolIC]

Hallo zusammen
Nur nicht, damit ihr denkt, ich hätte das Projekt gekippt;)


Der Zeithorizont ist, wie bei den meisten meiner Projekte momentan, auf 1 Jahr + angelegt :-(

I.m.h.o. alles im grünen Bereich.