CH626137A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vier- oder Zweitaktdieselmotor-Antriebseinheit mit mehreren Zylindern und einer elektronischen Steuerung, in welcher Antriebseinheit elektropneumatisch oder elektrohydraulisch gesteuerte Ein- und Auslassventile sowie unter hohem Druck gespeiste Einspritzdüsen vorgesehen sind, in welcher die Steuerung mindestens von einem Motorbetriebsparameter abhängig und die Hauptwelle mit einem digitalen Winkelgeschwindigkeits-Messwertgeber gekuppelt ist.

Es sind Dieselmotoren mit mechanischer Steuerung bekannt, in denen eine von der Motorhauptwelle angetriebene Ventilsteuerwelle die Einlass- und Auslassventile, meistens mittels Stössel, Stösselstangen und Ventilhebeln bewegt, und gleichzeitig eine Gruppe von Einspritzpumpen antreibend, die Einspritzung einer angemessenen Kraftstoffmenge bewirkt. Die in Graden des Kurbelwellenwinkels gemessenen Schliess-und Öffnungszeiten sind für den jeweiligen Motortyp festgelegt und unveränderlich.

Es sind Einspritzeinrichtungen bekannt, die die Kraftstoffeinspritzung nach den konstruktiv vorgewählten Kurbeldrehwinkeln bewirken und die mit einem gemeinsamen monostabilen Multivibrator versehen sind, der die Einspritzdauer festlegt. Die mit diesem Multivibrator erzeugten Impulse werden verstärkt und über Kontakte eines mechanischen Arbeitsfolgeumschalters entsprechend der Zündfolge zu einem der elektromagnetisch betätigten Einspritzventile weitergeleitet. Der Folgeumschalter arbeitet synchron mit der Ventilsteuerung oder mit dem Zündverteiler.

Um eine genaue Dosierung der in sehr kurzer Zeit einzuspritzenden Kraftstoffmenge zu erzielen, sollte die mit dem Auf- und Abbau des Magnetfeldes verbundene Arbeitstotzeit der Einspritzventile möglichst verkürzt werden. Um die Ansprechzeit der Einspritzventile zu verkürzen, werden ihnen kurzdauernde Impulse mit einem vielfach höheren Stromwert als der, der nominal für einen solchen Elektromagnet vorgesehen ist, zugeführt, und danach werden die Impulse auf einen solch niedrigeren Stromwert herabgesetzt, der gerade noch zur Aufrechterhaltung der Arbeit der Einspritzventil-Elektroma-gnete genügt, so dass eine Überlastung bzw. Überhitzung der elektromagnetischen Spulen vermieden wird.

Es ist auch der Aufbau eines im Vortrag «Adaption de l'injection électronique aux moteurs Diesel», CIMAC A-31 1971, veröffentlichten, für Kleinleistungsmotoren bestimmten Einspritzsystems der Firma Sofredi bekannt, welcher Aufbau durch ein Einspritzventil gekennzeichnet ist, bei dem die Magnetkraft von der vom Kraftstoffdruck bewirkten Kraft unterstützt wird. Diese auf einen Kolben ausgeübte Kraft wird mittels eines mechanischen Stössels an eine Düsennadel übertragen. Der Einspritzventilmagnet ist mit einer Leistungsrück-gewinnschaltung verbunden, deren Aufgabe es ist, die Energie zu sammeln, die unentbehrlich zum Erreichen eines raschen Ansprechens des Einspritzventils auf einen Steuerimpuls ist. Die Energierückgewinnschaltung besteht aus Kapazitätsschaltkreisen.

Ein bekanntes System einer elektronisch gesteuerten Einspritzeinrichtung für Verbrennungsmotoren nach der PL-PS Nr. 69 027 weist mindestens zwei Einspritzventile auf, die wechselweise zu entsprechenden Zeitpunkten geöffnet werden, sowie einen für diese Ventile gemeinsamen, monostabilen Steuermultivibrator, der die Öffnungsimpulse erzeugt, deren Länge mindestens von einem Motorbetriebskennwert abhängig ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass am Steuermultivibrator mindestens ein Speichersystem angeschlossen ist, das unmittelbar nach den durch den Steuermultivibrator erzeugten Grundimpulsen Verlängerungsimpulse erzeugt, deren Dauer von der Grundimpulsdauer abhängig ist, wobei diese Verlängerungsimpulsdauer zur Grundimpulsdauer proportional ist.

Eine andere Lösung eines aus Gatterschaltungen aufgebauten Steuersignalverteilers zeigt die US-PS 3.782.388. Ein elektronisches System zur Steuerung der Einlass- und Auslassventile eines Dieselmotors bespricht die DT-PS Nr. 1.342.292, in dem ein elektronischer Generator zwei Steuerimpulszüge zur Steuerung der Stellglieder erzeugt.

Die bisher bekannten Lösungen betreffen nur die detaillierten Auslegungen der Dieselmotorbaugruppen, d.h. eine Einspritzsteuerung unter besonderer Berücksichtigung der Stellglieder und der Steuerung der Auslass- und Einlassventile.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer mehrzylindrigen Dieselmotor-Antriebseinheit, bei der Betriebsparameter wie z.B. zugeführte Kraftstoff menge, Einspritzverlauf, angesaugte Luftmenge und die Belastungsänderung auf einfache Weise optimal miteinander verknüft sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Dieselmotor-Antriebseinheit der eingangs genannten Art erfindungsgemäss gemäss dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.

Die Erfindung erlaubt es, die optimalen Verknüpfungen von Betriebskennzahlen eines Verbrennungsmotors, wie zuges

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führte Kraftstoffmenge, Einspritzverlauf, Luftmenge, die Belastungsänderung, auf einfache Weise durch Synchronisation der Ausgangssignale mit der Motorhauptwelle einzustellen, sowie den eingestellten Voreinspritzwinkel, den Ventilöffnungswinkel und den Arbeitsanfang der einzelnen Zylinder zu verändern. Ausserdem ergibt sich eine wesentliche Ersparnis der in den Motorstellgliedern verlorenen Energie, sowie eine Verminderung der Motorbetriebsgeräusche durch einen sanfteren Verlauf der Verbrennungsdruckkurve im ganzen Bereich der Motorleistung, und letztens eine Verminderung der Toxizität der Verbrennungsgase bei verringertem Kraftstoffverbrauch.

Die Erfindung vereinfacht die Motorkonstruktion betreffs des Arbeits- und Werkstoffaufwands, z. B. durch Beseitigung des mechanischen Reglers, der Einspritzpumpe und der Ventilanordnung, bedeutend. Die zur Bestimmung des Motorbe-triebskennzahlen unentbehrlichen Signale können als Funktionen der aus dem jeweiligen Motorzustand, der Belastungsart sowie den Sollwerten resultierenden Veränderlichen durch die digitalen elektronischen Steuereinrichtungen erzeugt werden. Die Signale aus der Steuereinrichtung werden zweckmässig in eine Analog-Form umgesetzt, verstärkt, und in entsprechenden Umsetzern, sowie elektrohydraulischen und elektropneu-matischen Stellgliedern, in eine mechanische Form umgewandelt. Das System kann eine beliebige Anzahl von in beliebigen geometrischen Konfigurationen arbeitenden Zylindern umfassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Steuerungsschema des Motors;

Fig. 2 das Blockschaltbild des Rechners;

Fig. 3 das Blockschaltbild der Drehzahlabweichungsrechen-schaltung;

Fig. 4 das Blockschaltbild des Digital-Analogumsetzers;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines elektronischen Stellgliedes; und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil.

Der dargestellte Motor weist einen Kolben-Kurbelsatz 1, Einlass- und Auslassventile 3 und 2 mit elektropneumatischer oder elektrohydraulischer Betätigung, sowie mit unter hohem Druck stehendem Kraftstoff gespeiste Einspritzventile 4 auf. Mit der Motorkurbelwelle ist ein digitaler Winkelgeschwindig-keits-Messwertgeber 5 gekuppelt, der über eine Formungsschaltung 7 mit dem ersten Eingang eines Rechners 6 verbunden ist. Mit dem zweiten Eingang des Rechners 6 ist ein Ana-log-Digital-Umformer 8 verbunden, an dem die Messertgeber 9 für die Motorbetriebskennzahlen und die Belastungsverän-derung angeschlossen sind.

Der erste Ausgang des Rechners 6 ist mit einer elektronischen Stellschaltung 10 verbunden, die zu einzelnen Einspritzventilen 4 einen Stromimpuls weitergibt, dessen Impulsdauer der Betätigungsdauer des Einspritzventilmagnets entspricht. Der zweite Ausgang des Rechners 6 ist mit einem elektronischen Stellglied 11 verbunden, das zu den einzelnen Einlassventilen 3 Steuerimpulse zur Steuerung der für das Öffnen und Schliessen der Einlassventile 3 massgebenden Stellumsetzer weitergibt.

Der dritte Ausgang des Rechners 6 ist mit einer elektronischen Stellschaltung 12 verbunden, die zu den einzelnen Auslassventilen 2 Steuerimpulse zur Steuerung der für das Öffnen und Schliessen der Auslassventile 2 massgebenden Stellumsetzer weitergibt. Der vierte Ausgang des Rechners 6 ist mit einer elektronischen Stellschaltung 13 verbunden, welche auf den Leistungsempfänger des Motors 14 einwirkt, um seiner Belastung entsprechend die optimale Kraftstoffmenge für die jeweilige Motordrehzahl zu verändern.

Der Rechner 6 weist den folgenden Aufbau auf. Mit dem ersten Eingang des Rechners 6 sind verbunden: der erste Eingang einer digitalen Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 mit Proportional-Integral- oder Proportional-Integral-Differential-Wirkung, der Eingang einer Digitalintegratorschaltung 16, der Eingang einer Steuerschaltung 17, welche die Steuerimpulse in richtiger Aufeinanderfolge und mit angemessener Impulsdauer emittiert, und der zweite Eingang einer Motorbetriebsparamter-Verarbeitungsschaltung 42. Der dritte Eingang der Motorbetriebsparamter-Verarbeitungsschaltung 42 ist mit dem ersten Ausgang der Drehzahlabweichungsre-chenschaltung 15 und gleichzeitig mit dem ersten Eingang eines Digital-Analog-Umformers 18 verbunden, und sein Ausgang bildet den ersten Eingang des Rechners 6.

Der dritte Ausgang der Motorbetriebsparamter-Verarbei-tungsschaltung 42 ist mit den zweiten Eingängen der Kompa-ratoren 19 und 20 und mit den zweiten Eingängen von einstellbaren Zeitmessern 21 und 22 verbunden. Der zweite Ausgang der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 ist mit dem zweiten Eingang der Drehzahlabweichungsre-chenschaltung 15 verbunden.

Der zweite Ausgang der Drehzahlabweichungsrechenschal-tung 15 ist mit dem zweiten Eingang eines Komparators 23 verbunden. Mit der Steuerschaltung sind verbunden: der zweite Eingang der Digitalintegrierschaltung 16, die dritten Eingänge der Komparatoren 19, 20 und 23, der dritte Eingang der Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 und der dritte Eingang des Digital-Analog-Umformers 18. Der erste Ausgang der Digitalintegrierschaltung 16 ist mit dem ersten Eingang des Komparators 19 verbunden, und der zweite Ausgang der Digitalintegrierschaltung 16 ist mit dem ersten Eingang des Komparators 20 verbunden.

Dem ersten Eingang des Komparators 23 wird ein Signal für die Soll-Kraftstoffmenge zugeführt. Der Ausgang des Komparators 19 ist mit dem ersten Eingang des einstellbaren Zeitmessers 21 verbunden, dessen Ausgang den zweiten Ausgang des Rechners 6 bildet. Der Ausgang des Komparators 20 ist mit dem ersten Eingang des einstellbaren Zeitmessers 22 verbunden, dessen Ausgänge den dritten Ausgang des Rechners 6 bildet, wobei der Ausgang des Komparators 23 den vierten Ausgang des Rechners bildet.

Die Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 weist folgenden Aufbau auf. Der erste Eingang dieser Schaltung 15 bildet den Eingang einer UND-Schaltung 24. Der zweite Eingang der Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 bilden den ersten Eingang eines einstellbaren Zählers 25. Der dritte Eingang der Schaltung 15 bildet den dritten Eingang eines einstellbaren Zählers 25. Der zweite Eingang des einstellbaren Zählers 25 ist mit einem digitalen Sollwerteinsteller 26 verbunden, welcher den Sollwert in Form einer bestimmten Zahl von parallelen, binären Signalen weiterleitet, und der Ausgang der UND-Schaltung 24 ist mit dem vierten Eingang des einstellbaren Zählers 25 verbunden. Der Ausgang des einstellbaren Zählers 25 ist gleichzeitig mit dem Eingang einer ODER-Schaltung 27, sowie mit einer Nullzustandssperre 28 und einer Sperre 29 des Zustandes, der den Maximalwert der Kraftstoffmenge bestimmt, verbunden, wobei der Ausgang der Nullzustandssperre 28 mit dem zweiten Eingang der UND-Schaltung 24, der Ausgang der Sperre 29 dagegen mit dem zweiten Eingang der ODER-Schaltung 27 verbunden ist. Der Ausgang der ODER-Schaltung 27 ist über einen Block 31 mit einer einen proportionalen Übertragungsfaktor aufweisenden Einstellschaltung 30 verbunden und der Ausgang der dieser Einstellschaltung 30 bildet gleichzeitig den zweiten Ausgang der Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15. Mit dem Ausgang der einen proportionalen Übertragungsfaktor aufweisenden Einstellschaltung 30 ist ein Dekoder 32 sowie der erste Eingang eines Digitalsummators 33 verbunden, und dabei ist der

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Dekoder 32 mit dem Eingang einer UND-Schaltung 34 verbunden, die weiter dem ersten Eingang einer Digitalintegrierschaltung 35 angeschlossen ist, und der Ausgang dieser Digitalintegrierschaltung 35 ist mit dem zweiten Eingang des Digitalsummators 33 sowie mit dem zweiten Eingang einer Vorzeichenschaltung 36 der Digitalintegrierschaltung, und mit dem zweiten Eingang einer Sperrschaltung 37 des Digitalintegrators verbunden. Das Signal vom Dekoder 32 wird gleichzeitig dem zweiten Eingang der Digitalintegrierschaltung 35 und dem ersten Eingang der Vorzeichenschaltung 36 des Digitalintegrators zugeführt und vom Ausgang der Vorzeichenschaltung 36 des Digitalintegrators wird hingegen ein Signal dem dritten Eingang des Digitalsummators 33 zugeführt. Der Ausgang des Digitalsummators 33 ist mit einem Block 38 verbunden, dessen Ausgang den ersten Ausgang der Drehzahlabweichungsre-chenschaltung 15 bildet.

Der Digital-Analog-Umsetzer 18 weist folgenden Aufbau auf: Der erste, mit dem ersten Ausgang der Drehzahlabwei-chungsrechenschaltung 15 verbundene Eingang des Digital-Analog-Umformers 18 bildet den Eingang eines Binärzählers 39, der über einen Decoder 40 mit dem ersten Eingang eines bistabilen Multivibrators 41 verbunden ist; der zweite Eingang des bistabilen Multivibrators 41 entspricht dem zweiten Eingang des Digital-Analog-Umformers 18 und ist mit dem dritten Ausgang einer Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 verbunden, während der dritte Eingang des Digi-tal-Analog-Umformers 18 den Eingang einer UND-Schaltung 43 bildet, wobei der Ausgang der UND-Schaltung 43 mit dem zweiten Eingang des Binärzählers 39 verbunden ist, und ein Signal vom Ausgang des bistabilen Multivibrators 41 dem zweiten Eingang der UND-Schaltung 43 zugeführt wird. Dieser zweite Eingang der UND-Schaltung 43 bildet zugleich den Ausgang des Digital-Analog-Umformers 18.

Die elektronische Stellschaltung 10 zur Ventilsteuerung beinhaltet die Hauptstromquelle 44, die über einen Einschaltthyristor 47 und einen parallel formenden Kondensator 49, mit dem eine Diode 50 mit einem Reihenwiderstand 51 parallel geschaltet ist, mit einer Magnetspule 46 verbunden ist, sowie eine Hilfsstromquelle 45 mit geringerer Leistung, die mit der Hauptstromquelle 44 derart in Reihe geschaltet ist, dass ihr Minuspol mit dem Pluspol der Hauptstromquelle 44 verbunden ist, und ihr Pluspol über einen Widerstand 52 mit einem Löschkondensator 54 und über einen Widerstand 53 mit dem von der Hilfsstromquelle geladenen Kondensator 49 verbunden ist, so dass nach der Zündung des Schaltthyristors 47 die Spannung am Kondensator 49 sich mit der Spannung der Hauptstromquelle summiert, was den Durchfluss eines starken Stromimpulses durch die Magnetwicklung verursacht, und nach der Entladung des Kondensators der Strom durch die Diode 50 und den Widerstand 51 noch so lange fliesst, als der Schaltthyristor durch die Zündung des Löschthyristors 48 nicht gelöscht wird.

Das Kraftstoffeinspritzventil 4 weist ein Gehäuse 55 auf, das mittels eines Ringeinsatzes 57 mit einem Düsenkörper 56 verbunden ist. Zur gegenseitigen Festspannung beider Körper dient eine Uberwurfmutter 58. Die Düse enthält eine Ventilnadel 59, deren konisches Endstück in einem Sitz einer Einspritzkammer 60 angeordnet ist. Das diesem konischen Endstück gegenüberliegende Endstück der Ventilnadel liegt am unteren Endstück eines Kolbens 61 an, der frei axial-verschiebbar in der zylindrischen Kammer 62 geführt ist. Der Kolben samt der Ventilnadel bildet ein Differentialsystem. Der grösste Kolbendurchmesser ist grösser als der grösste Ventilnadeldurchmesser. Der Kolben ist hydraulisch mit einem Steuerschieber 63 verbunden, der mit einer Steuerschulter 64 versehen ist, welche entsprechend der Bewegung des Schiebers den Durchfluss der Flüssigkeit in der Kraftstoffzufuhreinrichtung steuert. Die Steuerschultern bilden mindestens zwei Umfangsringnuten 65 und 66. Der Zylinder 67 des Steuerschiebers 63 weist mindestens eine Ringnut 68 auf. Diese ist gegenüber den Schultern 64 des Steuerschiebers solcherweise angeordnet,

dass in der unteren Stellung des Steuerschiebers eine von dessen Ringnuten 65 mitsamt der Ringnut 68 des Zylinders 67 die Kammer 62 des Kolbens 61 mit den Speiseleitungen 69 und 70 hydraulisch verbindet. In der oberen Stellung des Steuerschiebers verbindet eine von dessen Ringnuten 66 mitsamt der Ringnut 68 des Zylinders 67 die Kammer 62 mit einer Abflussleitung 71. Hinter dem Steuerschieber 63 befindet sich die Abflussleitung 71 und ein Überströmventil 73, das mit zwei Drosseldüsen 74 und 75 versehen ist. Der Steuerschieber ist mit einem Anker 76 eines Elektromagnets 77 mechanisch gekuppelt, wobei auf dem ein Verbindungsstück mit dem Anker bildenden Teil der Steuerschieberstange, zwischen der Anschlaghülse 79 und der Tellerscheibe 80, eine Rückstellfeder 78 angeordnet ist. Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung wird nachstehend ausführlicher beschrieben.

Die Ausgangssignale aus dem Rechner 6 werden den entsprechenden Einspritzdüsen 4 des Motors und den Umsetzern eines hydraulischen oder pneumatischen Stellsystem zum Öffnen von Einlass- 3 und Auslassventilen 2, die den optimalen Motorbetriebsverlauf mitsteuern, zugeführt. Ein zusätzliches Signal vom Rechner 6 kann, um ein optimales Motorbelastungsniveau für den Drehzahl-Sollwert zu gestalten, dem Motorleistungsempfänger 14 zugeführt werden.

Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemässen Lösung besteht darin, dass die Steuersignale zur Steuerung der Ventile und der Einspritzdüsen in einem gemeinsamen Digitalsystem erzeugt werden. Der Rechner 6 besteht aus einer digitalen Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 mit Proportional-Integral- oder Proportional-Integral-Differential-Wirkung, einer Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42, einem Digital-Analog-Umformer 18, der eine Zahl in eine Impulsdauer umsetzt, einer Steuerschaltung 17, Komparatoren 19, 20 und 23, einer Digitalintegrierschaltung 16 und einer Anordnung von einstellbaren Zeitmessern 21 und 22.

Die digitale Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 besteht aus einem Sollwerteinsteller 26 mit parallelem Aufbau, einem einstellbaren Digitalzähler 25, einer Sperrschaltung 25 des Nullzustandzählers und einer Sperrschaltung 29 des die maximale Kraftstoffmenge bestimmenden Zustandzählers, aus ODER-Schaltungen 27, einer einen proportionalen Übertragungsfaktor aufweisenden Einstellschaltung 30, einem Decoder 32, der als Detektor der negativen Abweichungen dient, einer Digitalintegrierschaltung 35, einer Sperrschaltung 37 des Digitalintegrators, einer Vorzeichenschaltung des Digitalintegrators 36, sowie einem Digitalsummator 33. Darüber hinaus weist die digitale Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 eine Anordnung von Gattern, und insbesondere UND-Schal-tungen 24 und 34 sowie die Bloche 31 und 38 und den Multivibrator, welcher jeweils den Arbeitszyklus einleitet, auf.

Der Drehzahl-Sollwert wird in einer digitalen Form im Sollwerteinsteller 26 eingestellt und nachher, nach Vergrösse-rung um den maximalen negativen, hinsichtlich des Absolutbetrages, noch im Bereich des linearen Charakteristikabschnitts der Drehzahlabweichungrechenschaltung 15 liegenden Abweichungswert, in Form von parallelen binären Signalen dem einstellbaren Zähler 25 zugeführt. Dies hat zur Folge, dass nach der Subtraktion der aus dem Umformer 5 in genau bestimmter Zeitspanne ankommenden Impulszahlen, von der aus der Sollwerteinsteller 26 übergebenen Zeit, immer eine positive, der Regelabweichung entsprechende Zahl verbleibt. Nach einer Korrektur in Abhängigkeit von den effektiven Ausgangssignalen des Analog-Digital-Umformers 8 wird dieser positive Zahl im Block 31 einmal auf einen Arbeitstakt der digitalen Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 gespeichert. Im s

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Die Arbeit der digitalen Drehzahlabweichungsrechenschal-tung 15 wird durch das Steuerungssystem 17 gesteuert; dessen Aufgabe ist, die Impulse in richtiger Nacheinanderfolge und mit angemessener Dauer zu liefern. Manche Impulse können sich zeitlich überdecken. Das Steuersystem 17 arbeitet im bestimmten, mit den gewählten Wellenstellungspunkten synchronisierten Takt, wobei der Zeitpunkt der Signalgebung auch von anderen Motorbetriebsparametern abhängig ist. Der Ausgang der digitalen Drehzahlabweichungsrechenschaltung 15 ist über die UND-Schaltungen und den Block 38 mit dem Eingang des die im Block 38 eingespeicherte Zahl in eine Impulsdauer umsetzenden Digital-Analog-Umformer 18 verbunden. Der Ausgang des Digital-Analog-Umformers 18 steuert direkt die elektronische Stellschaltung 10 der Kraftstoffeinspritzung. Der Spritzbeginn ist durch die Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 angemessen den effektiven Betriebsparametern des Motors angepasst.

Die Zuführung des Steuerimpulses aus der elektronischen Stellschaltung 10 zum Magnet 77 der Einspritzdüse 4 bewirkt eine Verstellung dessen Ankers 76 samt dem Steuerschieber 63 in die Endstellung, in der der Kraftstoffzufluss über den Kolben 61 gesperrt wird, und in der der Kraftstoffabfluss des durch den Kolben gedrückten Kraftstoffs durch die Leitung 81, den Schieberzylinder 67 des Schiebers 67 sowie das Überströmventil 73 geöffnet wird. Die aus der Durchmesserdiffe-renz des Kolbens 61 und der Ventilnadel 59 resultierende Kraft ist dann nach oben gerichtet, was das Öffnen der Nadel und die Kraftstoffeinspritzung zur Folge hat. Die Unterbrechung des Steuerimpulses zur Steuerung des Elektromagnets 77 verursacht, unter der Wirkung der Rückstellfeder 78, die Verstellung des Ankers 76 und des Steuerschiebers 68 in die gegenüberliegende Endstellung, in der der Weg des Kraftstoffzuflusses unter hohem Druck über den Kolben 61 hin geöffnet wird. Der Kolben drückt dann die Düsennadel an den Sitz an, was eine Einspritzunterbrechung zur Folge hat.

Zur Steuerung der Einlass- 2 und Auslassventile 3 dienen im Rechner 6: die Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42, die digitale Integrierschaltung 16, die Anordnung von Digitalkomparatoren 19 und 20, sowie die Anordnungen von einstellbaren Zeitmessern 21 und 22.

Die Digitalintegrierschaltung 16 ist mit dem Eingang der Formungsschaltung 7 verbunden, die Digitalkomparatoren 19 und 20 werden hingegen vom Digitalintegrator 16 und der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 über den s Analog-Digital-Umformer 8 gesteuert. Der eigentliche Arbeitszyklus der elektronischen Stellschaltung 11 und 12 wird vom Steuersystem 17 unter Mitwirkung der Digitalintegrierschaltung 16 festgelegt.

Die Öffnungsdauer des Einlass- und des Auslassventils wird 10 von der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 berechnet und von der Anordnung der einstellbaren Zeitmesser festgelegt. Der Öffnungszeitpunkt der Ventile, der auch von den Motorbetriebsbedingungen abhängig ist, wird von der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 berechnet 15 und von den Komparatoren 19 und 20 festgelegt. Einspritzbeginn, Spritzdauer, Öffnungszeitpunkt sowie Öffnungsdauer der Ventile werden gemeinsam durch die digitale Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung 42 in Abhängigkeit von den effektiven Motorbetriebsparametern, ausser der Drehzahl, gesteuert. Die elektronische Stellschaltung 10 ist als ein Thyri-stor-Überregungs-Impulsverstärker ausgelegt, dessen Einschaltthyristor mit der Magnetspule 77 der Einspritzdüse 4 reihengeschaltet ist. In dieser Anordnung ist der Überregungskondensator im ersten Augenblick mit dem Speiser reihengeschaltet, wobei er aus einer gesonderten Quelle geladen wird.

Die Beendigung des Steuerimpulses wird vom Löschimpuls verursacht. In der Schaltung ist eine Sicherung eingebaut, die den Kraftstoffzufluss im Falle einer Überschreitung des eingestellten, höchstzulässigen Spritzdauerwertes absperrt. Die Optimisierung der Belastung des Verbrennungsmotors wird durch das Einwirken auf den Leistungsempfänger 14 durchgeführt. Diese Aufgabe erfüllt die Stellschaltung 13, gesteuert über den Komparator 23 durch den Ausgang der gemeinsamen Drehzahl- und Leistungsregelungsschaltung 15, wobei am ersten Eingang des Komparators 23 ein Signal für die optimale Kraftstoffmenge zugeführt wird. Diese Kraftstoffmenge wird zugleich automatisch, entsprechend der Solldrehzahl eingestellt. Der Ausgang des Komparators 23 ist ein dreiwertiger Ausgang, wobei die Einzelwerte des Ausgangssignals entsprechend eine Steigerung der Belastung, eine Verminderung der Belastung und ein Bleibenlassen der Belastung auf bisherigem Niveau bewirken. Der Mittelwert der Belastung kann von Einspritzung zur Einspritzung verändert werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

626137 PATENTANSPRÜCHE

1. Vier- oder Zweitaktdieselmotor-Antriebseinheit mit mehreren Zylindern und einer elektronischen Steuerung, in welcher Antriebseinheit elektropneumatisch oder elektro-hydraulisch gesteuerte Ein- und Auslassventile, sowie unter hohem Druck gespeiste Einspritzdüsen vorgesehen sind, in welcher die Steuerung mindestens von einem Motorbetriebs-paramter abhängig und die Hauptwelle mit einem digitalen Winkelgeschwindigkeits-Messwertgeber gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelgeschwindigkeits-Messwertge-ber (5) über einen Signalformer (7) mit einem ersten Eingang eines Rechners (6) und ein zweiter Eingang des Rechners (6) mit einem Analog-Digital-Umformer (8) verbunden ist, an welch letzteren die Messwertgeber .der Motorbetriebsparameter angeschlossen sind, wobei ein erster Ausgang (ri) des Rechners mit einer ersten elektronischen Stellschaltung (10) verbunden ist, die Stromimpulse mit einer der Wirkungszeit der Einspritzdüsenmagnete entsprechenden Impulsdauer (n) des Rechners (6) mit einer zweiten elektronischen Stellschaltung (11) verbunden ist, welche Impulse zur Steuerung der Stellumformer zum öffnen und Schliessen der Einlassventile weitergibt, dass ein dritter Ausgang (n) des Rechners (6) mit einer dritten elektronischen Stellschaltung (12) verbunden ist, welche Impulse zur Steuerung des Öffnens und des Schliessens der Auslassventile weitergibt, und dass ein vierter Ausgang (w) des Rechners (6) mit einer vierten elektronischen Stellschaltung (13) verbunden ist, welche auf einen Empfänger

(14) der Motorleistung einwirkt, um die Belastung des Motors durch diesen Empfänger (14) in Übereinstimmung mit derjenigen Kraftstoffmengeneinstellung, die für die jeweilige Motordrehzahl den grösstmöglichen Füllungsgrad ergibt, zu ändern.

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2. Dieselmotor-Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang (a) des Rechners (6) mit einem ersten Eingang einer nach einer proportionalen und integrierenden oder einer proportionalen, integrierenden und differentialen Charakteristik arbeitenden digitalen Schaltung

(15) zur Bestimmung einer Überschreitung einer bestimmten Drehzahlabweichung, mit dem Eingang einer digitalen Integrierschaltung (16), und mit dem Eingang einer Steuerschaltung (17), welche Impulse in einer bestimmten Reihenfolge und Zeitdauer emittiert, sowie mit einem zweiten Eingang (b') einer Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung(42), der zweite Eingang (a') des Rechners (6) mit einem ersten Eingang (b) der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung (42), und ein dritter Eingang (c) der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung (42) mit einem ersten Ausgang der digitalen Schaltung (15) und ebenfalls mit einem ersten Eingang eines Digital-Analog-Umformers (18) verbunden ist, dessen Ausgang den ersten Ausgang (ri) des Rechners (6) bildet, und ein erster Ausgang (d) der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung (42) mit je zweiten Eingängen eines ersten sowie eines zweiten Komparators (19,20) und mit je zweiten Eingängen einstellbarer Zeitmesser (21, 22) verbunden ist, dass ein zweiter Ausgang (e) der Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschaltung (42) mit einem zweiten Eingang der digitalen Schaltung (15) zur Bestimmung einer Uber-schreitung einer bestimmten Drehzahlabweichung, ein zweiter Ausgang dieser digitalen Schaltung (15) mit einem zweiten Eingang eines dritten Komparators (23) verbunden ist, dass der Ausgang der Steuerschaltung (17) mit einem zweiten Eingang der digitalen Integrierschaltung (16), je dritten Eingängen der drei Komparatoren (19, 20, 23), einem dritten Eingang der digitalen Schaltung (15), sowie einem dritten Eingang des Digital-Analog-Umformers (18) verbunden ist, dass ein erster Ausgang der digitalen Integrierschaltung (16) mit einem ersten Eingang des ersten Komparators (19) und ein zweiter Ausgang der digitalen Integrierschaltung (16) mit einem ersten Eingang des zweiten Komparators (20) verbunden ist, an einem ersten Eingang des dritten Komparators (23) ein die Soll-Kraftstoffmenge kennzeichnendes Signal zugeführt wird, der Ausgang des ersten Komparators (19) mit einem ersten Eingang des ersten einstellbaren Zeitmessers (21), dessen Ausgang den zweiten Ausgang (n) des Rechners bildet, und der Ausgang des zweiten Komparators (20) mit einem ersten Eingang des zweiten einstellbaren Zeitmessers (22), dessen Ausgang den dritten Ausgang (n) des Rechners (6) bildet, verbunden ist, und der Ausgang des dritten Komparators (23) den vierten Ausgang (w) des Rechners (6) bildet.

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Schaltung (43) mit einem zweiten Eingang des Binärzählers (39) verbunden ist, und ein Signal vom Ausgang des bistabilen Multivibrators (41) einem zweiten Eingang der UND-Schaltung (43) zugeführt wird, wobei der Ausgang des bistabilen Multivibrators (41) zugleich dem Ausgang des Digital-Analog-Umformers (18) entspricht.

3. Dieselmotor-Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Eingang einer digitalen Schaltung (15) zur Bestimmung einer Überschreitung einer bestimmten Drehzahlabweichung den Eingang einer UND-Schaltung (24), der zweite Eingang dieser digitalen Schaltung (15) den ersten Eingang eines einstellbaren Zeitmessers (25) und der dritte Eingang dieser digitalen Schaltung (15) einen dritten Eingang dieses Zeitmessers (25) bildet, ein zweiter Eingang des letzteren mit einer digitalen Sollwerteinstellschaltung (26), der Ausgang der UND-Schaltung (24) mit einem vierten Eingang des einstellbaren Zeitmessers (25), der Ausgang des letzteren mit dem Eingang einer ODER-Schaltung (27), mit einer Nullzustandsperre (28) zur Blockierung des Zustandes, in dem die Kraftstoffmenge gleich Null ist, und mit einer Sperrschaltung (29) zur Blockierung des Zustandes, in dem die Kraftstoffmenge ihren Maximalwert erreicht, der Ausgang der Nullzustandsperre (28) mit einem zweiten Eingang der UND-Schaltung (24), der Ausgang der Sperrschaltung (29) mit einem zweiten Eingang der ODER-Schaltung (27), und der Ausgang der ODER-Schaltung (27) über einen Block (31) mit einer einen konstanten Übertragungsfaktor aufweisenden Einstellschaltung (30) verbunden ist, dass der Ausgang der letzteren den zweiten Ausgang der digitalen Schaltung (15) zur Bestimmung einer Überschreitung einer bestimmten Drehzahlabweichung bildet, der Ausgang dieser Einstellschaltung (30) mit einem Dekoder (32) sowie einem ersten Eingang eines Digitalsummators (33) und ein Ausgang des Dekoders (32) mit einem Eingang einer weiteren UND-Schaltung (34) verbunden ist, die weiter mit einem ersten Eingang einer Digitalintegrierschaltung (35) verbunden ist, und der Ausgang dieser Digitalintegrierschaltung (35) mit einem zweiten Eingang des Digitalsummators (33) sowie mit einem zweiten Eingang einer Vorzeichenschaltung (36) und mit einem zweiten Eingang einer Sperrschaltung (37) verbunden ist, wobei das Signal vom Dekoder (32) einem zweiten Eingang der Digitalintegrierschaltung (35) und einem ersten Eingang der Vorzeichenschaltung (36) sowie einem ersten Eingang der Sperrschaltung (37), und vom Ausgang der Vorzeichenschaltung (36) zugeführt wird, und der Ausgang des Digitalsummators (33) mit einem Speicherblock (38) verbunden ist, wobei der Ausgang dieses Speicherblocks (38) den ersten Ausgang der digitalen Schaltung (15) zur Bestimmung einer Überschreitung einer bestimmten Drehzahlabweichung bildet.

4. Dieselmotor-Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Eingang eines Digital-Analog-Umformers (18), der mit dem ersten Ausgang einer digitalen Schaltung (15) zur Bestimmung einer Überschreitung einer bestimmten Drehzahlabweichung verbunden ist, den Eingang eines Binärzählers (39) bildet, der über einen Decoder (40) mit einem ersten Eingang eines bistabilen Mul-tivibrators (41) verbunden ist, und ein zweiter Eingang des Digital-Analog-Umformers (18) einen zweiten Eingang des bistabilen Multivibrators (41) bildet und mit einem dritten Ausgang einer Motorbetriebsparameter-Verarbeitungsschal-tung (42) verbunden ist, der dritte Eingang des Digital-Analog-Umformers (18) einem Eingang einer UND-Schaltung (43) des letzteren entspricht, wobei der Ausgang der UND-

5. Dieselmotor-Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haupt-Stromquelle (44) für die elektronische Stellschaltung (10) über einen Einschaltthyristor (47) und einen Reihenkondensator (49) mit einer Spule (46) des Einspritzdüsenmagnets verbunden ist,

dass mit dem Reihenkondensator (49) eine Diode (50) mit einem Seriewiderstand (51) parallelgeschaltet ist, und eine Hilfs-Stromquelle (45) mit geringerer Leistung als die Haupt-Stromquelle (44) mit der letzteren derart in Reihe geschaltet ist, dass der Minuspol der Hilfs-Stromquelle (45) mit dem Pluspol der Haupt-Stromquelle, und deren Pluspol über einen ersten Widerstand (52) mit einem.Löschkondensator (54) und über einen zweiten Widerstand (53) mit dem Reihenkondensator (49) verbunden ist.

6. Dieselmotor-Antriebseinheit nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Unterteil eines Ventilgehäuses (55) ein Kolben (61) in einer zylindrischen Druckkammer (62) verstellbar geführt ist, wobei mit dem unteren Ende dieses Kolbens (61) eine mit einem konischen Endstück versehene Ventilnadel (59) in Stossverbindung steht, und der grösste Durchmesser des Kolbens (61) grösser als der grösste Durchmesser der Ventilnadel (59) ist, und dass ausserdem ein Steuerschieber (63) derart ausgestaltet ist, dass seine Schultern mindestens zwei Umfangsringnuten (65, 66) bilden und der Zylinder (67) des Steuerschiebers (63) mindestens eine Umfangsringnut (68) aufweist, die derart gegenüber den Schultern des Steuerschiebers (63) angeordnet ist, dass in der untersten Stellung des Steuerschiebers mindestens eine der Umfangsringnuten (68) des Zylinders (67) die Druckkammer (62) des Kolbens (61) mit Zuleitung (69/70) verbindet, in der obersten Stellung des Steuerschiebers (63) dagegen eine von dessen Umfangsringnuten (66) zusammen mit der Umfangs-ringnute (68) des Zylinders, die Druckkammer (62) des Kolbens (61) mit einer Abflussleitung (71) verbindet, und zwischen dem Steuerschieber (63) und der Abflussleitung (71) ein Überströmventil (73) sowie mindestens eine Drossel (74, 75) angeordnet sind.