DD266384A1 - Anordnung zur regulierung von einspritzmengenkennlinien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regulierung der Einspritzmengenkennlinien bei Einspritzanlagen von Dieselmotoren, die nach dem Druckstossprinzip arbeiten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Einspritzanlagen, die nach dem Druckstossprinzip arbeiten, die den Bedarf des Druckstosssystems uebersteigende Mehrfoerdermenge der Foerderpumpe ueber die Druckregeleinrichtung und/oder das Absperrventil absteuerbar ist.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eino Anordnung zur Regulierung der Einspritzmengonkennlinien bei Einspritzanla^en von Dieselmotoren, die nach dem Druckstoßprinzip arbeiten.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannt ist aus der DE-OS 1526715 eine Lösung, boi der durch Anordnung oinos Rofloxionr.bchilltoi s dafür Sorge getragen wird, daß unabhängig von der Ausbildung des Pumponraumos dio in dor Schwungloitung rücklaufondo Druckwelle als nogativo Worte reflektiert wird. Um zu erreichen, daß durch dio Reflexion der Druckwelle keine zu starke Druckerniedrigung auftroten kann, wurde das Absperrventil durch oinon Nebenschluß, ζ. B. in Form einer Umgehungsleitung oder einer Bypaßöffnung im Ventiltoller mit geeignet geringem Querschnitt überbrückt.

Nachteilig wirkt sich dieser Nebenschluß auf die Ausbildung einer für die exakt stouorbare Kraftstoffeinspritzung erforderliche Druckstoßwelle von gleichbleibender Qualität aus, so daß zusätzliche, diesen Nachteil ausgleichende Maßnahmen getroffen werden müssen. In der genannten DE-OS wird daher vorgeschlagen, die Umgehungsleitung zur Überbrückung bestimmter Arbeitsbereiche der Einspritzanlage abschaltbar zu gestalten.

Durch die DD-PS 78433 wird zur Vermeidung störender Reflexionsdruckwellon dem am Ende der Schwungleitung befindlichen Absperrventil ein weiteres Absperrorgan am Anfang der Schwungleitung zugeordnet. Sowohl der Öffnungsboginn als auch die Öffnungsdauer beider Absperrorgano sind nach getrennten Steuerprogrammen last- und drehzahlabhängig zu steuern. Eine solche Lösung ließe sich nur mit enorm hohem technischen und ökonomischen Aufwand roalisieron und wäre darüber hinaus erheblich störanfälliger.

Weiterhin bekannt ist aus der DE-OS 1003506 eine Lösung, bei der roflexionsfreie Druckwellen erzeugt werden können, die den Betrieb von Verbrennungsmotoren bis fünfzehntausend Umdrehungen pro Minute garantieren. Tatsächlich aber wird die von dem Absperrventil ausgehende in der Schwungleitung sich fortpflanzende Druckwelle reflektiert. Sofern das Absperrventil boi Ankunft der reflektierten Druckwelle bereits winder geschlossen ist, und das ist bei Steuerung der Druckwellongröße stots der Fall, verursacht diese Welle unerwünschte, frequonzabhängige Änderungen des Einspritzvolumens und boi bestimmten Reflexionsbodingungen und Botriobszuständon Kavitation in dor Kraftstoffleitung. Trotz optimaler Auslegung der Loitungslängen und -querschnitte ist es nicht möglich, den störendon Einfluß reflektierender Druckwollen zu beseitigen.

Ziel der Erfindung

Ziel dor Erfindung ist es, mit Hilfe dor Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengonkennlinien die auf die Realisierung einos Einspritzmongenkennlinionfoldes gerichteten Anforderungen seitens einos Kraftfahrzeugdieselmotors bol Druckstoßeinspritzanlagen zu realisieren. Das sind im wesentlichen solche Funktionen, wie Vcllastmongonbogronzung und -angleichung, Startmengonboroitstellunrj, Leorlaufdrehzahl- und Zwischendrehzahlregulierung, Botrlobsdrohzahlbogronzung und Sichorholtsvorkehrungon. Gleichzeitig soll ein möglichst wirtschaftlicher Botrieb dor Druckstoßeinspritzanlage durch eine auf einen großen Wirkungsgrad oriontiorto Auslegung orroicht werden,

Wesen der Erfindung

Aufgabe dor Erfindung ist ob, eine Anordnung zur Regulierung von Einspritzmongonkennlinien bei Einspritzanlagon von Diesolmotoren, die nach dem Druckstoßprinzip arbeiten, /u schaffen, mit dor die Vollastmongenbegronzung und -angloichung, Startnengenboroitstellung, Leorlaufdrehzahl- und Zwischondrehzahlroguliorung, Botriebsdrehzahlbogrenzung und Sichorholtsvorkehrungon gewährleistet worden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die den Bedarf dos Druckstoßsystems übersteigende Mehrfördormonoe der For Jorpumpe übor die Druckregeloinrichtung und/oder das Absperrventil abstouerbar ist. Die Druckregeloinrichtung bestoht aus einer Drossel und einem Druckregelvenul, die parallel zueinander angeordnet sind. Der Kraftstoffluß durch die Druckregeloinrichtung ist mit Hilfe eines Magnetventil absperrbar. Das Druckregelvontil, das parallel zur Förderpumpe angeordnet ist, ist als Maximaldrackregelventil ausgeführt.

Als Vollaufsicherung dor Einsprit/anlage ist das Magnetventil im stromlosen Zustand den Durchfluß freigebend ausgeführt.

Die Förderpumpe wird vom Verbrennungsmotor direkt drohzahlsynchron angetrieben,

Als Überdrehzahlsicherung wird das Absperrventil boim Überschreiten der maximal zulässigen Drohzahl dauernd offen gehalten. Boi Ausfall der Stromversorgung bzw. Defekt der Steuereloktronik bleibt das Absperrventil ständig geschlossen.

Ausführungsbelsplol

Die Erfindung soll anhand oinos Ausführiingsbeispiols nähor erläutort werden. Es zoigon:

Figur 1: Aufbau einer Einspritzanalge nach dem Druckstoßprinzip

Figur 2: Strömungsgeschwindigkeit im Schwungrohr bei unterschiedlichen Vordrucken Pv Figur 3: Druckregeleinrichtung

Figur 4: Einspritzmengenkennfold

Figur 5: Druckregelvontil

Der Aufbau einor Einspritzanlage nach dom DruckMoßprinzip für einen Einzylinder-Diosolmotor mit einem bisher üblichen Druckbegrenzungsventil 4 ist in Figur 1 dargestellt.

Dor vom Tank 1 über den Filter 2 angesaugte Kraftstoff wird mittels der Förderpumpe 3 auf einem Vordruck p_v gebracht, wolchor mit dem Druckbegrenzungsventil 4 eingestellt werden kann. Der Mongenstrom der Förderpumpe 3 kann z. B. durch eine geeignete Übersetzung bei Antrieb durch den Verbrennungsmotor so bemessen worden, daß der Bedarf der Einspritzanlage bei Vollast gerade ausreichend gedeckt ist. Der Kraftstoff liegt boi geschlossenem Absperrventil 8 mit dem Vordruck pv in dom Schwungrohr 7 an.

Ein Öffnen des Absperrventils 8 bewirkt die Verbindung über das Rücklaufrohr 9 mit dem Tank 1, in dom atmosphärischer Druck herrscht. Infolge des zwischen Druckspeicher 5 und Tank 1 bestehen Jen Druckunterschiedos wird dio Kraftstoffsäulo in dem . Schwungrohr 7 nach einem zeitlichen Ablauf beschleunigt, wenn dau Absperrventil 8 geöffnet wird. Ein „schlagartiges" Schließen dos Absperrventils 8 bewirkt eino Verzögerung des Kraftstoffes von der unmittelbar vor dem Schließen erreichton Geschwindigkeit v_o bis zum Stillstand. Dadurch entsteht an dor Schließstollo eino schwache Kompression dos Kraftstoffes begleitet von einor Druckerhöhung, die 6- bis 1Ofach den Wert des ursprünglichen Vordruckes überschreitet. Dieser als „Druckstoß" bezeichnete Vorgang breitet sich mit Schallgeschwindigkeit entlang dos Schwungrohres 7 bis zum Rohroingang aus, wo sich dor Schwingungstilger 6 befindet. Der Schwingungstiigor 6 ist derart gestaltet, daß die ankommende WoIIo weder als positive noch als negative Welle in das Schwungrohr 7 zurück reflektiert wird. Der Druck klingt bis zur Höhe des Vordruckes pv ab, und dieser Zustand erreicht als vorlaufende Welle mit Schallgeschwindigkeit wiederum die Stelle, an der sich das geschlossene Absperrventil 8 und dio Düse 11 befinden. Während der gesamten Fortpflanzungsdauer der vor- und rücklaufenden Wellen herrscht an der Stelle des Absporrventils 8 der durch den Druckstoß erreichte Maximaldruck, walcher über ein Druckrohr und eine Einspritzdüse 11 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum genutzt werden kann. Der gesamte Vorgang, hervorgerufen durch öffnen und Schließen dos Absperrventils 8, wird im Takte der Arbeitsspiele dos Dieselmotors vor joder gowün jhten Einspritzung wiederholt. Das Systom arbeitet mit der Frequenz der Verbrennungsvorgänge dos Motors. Die entsprechenden Auslöseimpulse werden in Abhängigkeit von Motordrehzahl und Kurbelwollenstellung durch eine Steuerelektronik 12 erzeugt. Um eine möglichst kloine Dimonsionierung der Förderpumpe 3 zu erreichen, woraus energetische Vorteile resultieren, wird das System mit einem Druckspeichor 5 ausgerüstet. Während der Dauer in der das Absperrventil 8 abgesperrt ist — sowohl während der Fortpflanzung einer Druckwelle als auch von der Impulsauslösung —, Ist am Eingang dos Schwungrohros 7 praktisch kein Förderstrom erforderlich. Dieser Förderstrom, dor über das Druckbegrenzungsventil 4 unbenutzt abströmen würda, golangt in den Druckspeicher D. Der Druckspeicher 5 unterstützt beim Öffnen des Absperrventils die in dos Schwungrohr einlaufende Strömung Die Größe der abgespritzten Kraftstoffmenge entspricht dem während des Druckstoßes erreichten Maximaldruck. Der Mi ximaldruck ist wiederum von der unmittelbar vor der Verzögerung erreichten kinetischen Energie der im Schwungrohr 7 boschl junigten Kraftstoffsäule abhängig. Die zeitliche

Zunahme der Kraftstoffgeschwindigkeit V₀ noch dem öffnen des Absperrventils 8, hängt sowohl vom Vordruck p_v als auch von den Kenngrößen dos Einspritzsystems ab. Die Regulierung des infolge des Schließens des Absperrventils 8 entstehenden Maximaldruckes und der damit an der Einspritzdüse 11 erzielbaren Abspritzmenge erfolgt durch die Einstellung der entsprechenden Öffnungsdauer des Absperrventils 8. Die Größe des Vordruckes p_v wird bei herkömmlicher Ausführung der Druckstoßeinspritzanlagen mit Hilfe des Druckbugrenzungsventiles 4 derart eingestellt und konstant gehalten, daß der gewünschte Bereich der Einspritzmongen erreicht wird. Es ist notwendig, daß nach der Förderpumpe 3 der nicht für die Realisieruno der Vorgänge in Schwungrohr 7 und Absperrventil 8 erforderliche Teilmengenstrom übor das Druckbegrenzungsventil 4 in den Tank 1 zurückgeführt wird. Die dabei aus der Einspritzanlage ausgetragene Energie führt zu einer unerwünschten Erwärmung des Kraftstoffes. Am Eingang des Schwungrohros 7 wird der praktisch konstante Vordruck p_v< über den gesamten Drehzahl- und Lastbereich gewährleistet.

In Figur 2 ist ersichtlich, wie bei konstantem Vordruck pv die Strömungsgeschwindigkeit V₀ zoitlich zunimmt. Die Strömungsgeschwindigkeit in dem Schwungrohr 7 wächst bei konstantem Vordruck p_v mit dor öffnungndauor des Absperrventils 8 nach einer Exponentialfunktion degressiv an. Erfolgt das schlagartige Schließen des Absperrvontila 8 bereits nach einer Dauer t_oi, so wird eino Geschwindigkeit v_oi erreicht. Ein Schließen nach der größeren Zeitdauer t_oM bewirkt die höhere Strömungsgeschwindigkeit v_ou, Die vor dem Schließen des Absperrventils 8 erreichte Strömungsgeschwindigkeit v_o bestimmt die Höhe des entstehenden Druckstoßes und dadurch die an der Düse erzielbare Abspritzmengo. Auf diese Weise kann dio Regulierung der Abspritzmenge durch Verändern der Öffnungsdauer des Absperrventils 8 or folgen, Die beim Öffnon des Absperrventils 8 erreichbare Strömungsgeschwindigkeit im Schwungrohr hängt außer von der Öffnungsdauer des Absperrventils auch vom Vordruck p_v ab. So läßt sich z. B. bei konstanter Öffnungsdauer des Absperrventils die erreichte Endgeschwindigkeit V₀ des Kraftstoffes durch Vermindorn des Vordrucke» reduzieren. Das hat den Vorteil, daß bei dem kleineren Vordruck auch der Energiebedarf für den Antrieb der Förderpumpe 3 reduziert wird.

Bei dererfindungsgomäßen Anordnung wird an Stelle des Druckbegrenzungsventil 4 die Druckregeleinricr ti > g 40 nach Flg.3 eingesetzt,

Diese Druckregeleinrichtung besteht aus der justierbaren Drossel 40a und dom Druckregelventil 40b, welches mit dem Gaspedal 13 verbunden ist. Durch das Zusammenwirken von Drossel 40a, Druckregelvantil 40b und das Einstellen der Öffnungsdauer der, Absperrventils 8 über die Steuerelektronik 12 sind neben einem guten Wirkungsgrad auch die von einer D'eseleinspritzanlage zu erfüllenden Regelungs- und Regulierungsaufgaben bei Druckstoßeinspritzanlagen realisierbar. Fig. 4 zeigt das Einspritzmongonkonnfeld einer solchem Einspritzanlage. Durch Justieren der Drossel 40a und geeignete Auswahl dor Antriebsüborsetzung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Förderpumpe 3 erfolgt die Abstimmung der Einsprltzanlaga für Vollast. Da der Mengenstrom der Förderpumpe 3 drehzahlabhängig ist, muß das Druckregelventil 40b bei gleichzuhaltendem Vordruck das Abströmen unterschiedlicher Mengenströme aus der Einspritzanlage je nach Arboitspunkt zulassen. Diose Aufgabe wird hei dem Druckregelventil 40b nach Fig. 5 mit Hilfe der durch das Gaspedal 13 vorspannbaren Regelfeder 40 c realisiert. Durch Veränderung dos Vordruckes pv können bei gleichgroßer Öffnungsdauer dos Absperrventils die in Fig.4 dargestellten, mit „pvi... Pw" gekennzeichneten Kennlinien in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung erhalten werden. Zur Angleichung der mit „pw" gekennzeichneten Vollastkonnlinlo an die Kraftstoffbedarfsksnnllnie des Dieselmotors kann durch Vergrößern der Öffnungsdauer des Absperrventils 8 mit Hilfe der Stouorelektronik 12 drehzahlabhängig eine zusätzliche Angleichmongo „ν_Λ" erzielt worden. Dadurch entsteht die mit „pwi t_Av" gekennzeichnete angeglichene Vollastkennlinie, Bei einer gut auf Vollast abgestimmton Einspritzanlage reicht der Verstellbereich der Elektronik nicht aus, um bei τι Starten dos Motors eine ausreichend große Startmenge (in der Regel doppolt so groß wie die Vollasteinspritzmenge) .tu erzielen. Ir. diosem Fall kann durch "erschließen der Drossel 40a und das Druckrogelvontil 40b (z. B, mit Hilfe eines Magnetventiles) zusätzlich dio Einspritzmonge mittels einer Überhöhung des Vorderdruckes bis auf die durch „p_s; t_s" gekennzeichnete Startmenge vergrößert v/erden. Die Startmenge wird nach dem Anlaufen dos Dieselmotors und Erreichen der Leerlaufdrehzahl vorteilhaft so blockiert, daß sie im Botriebsdrehzahlbereich des Motors zwischen dor Leoriuufdrehzahl-Rogelkennlinlo und der Maximaldrehzahl-Begrenzungslinie nicht mehr verfügbar ist, Dio Regelung der Leerlaufdrehzahl erfolgt mit Hilfe der Steuerelektronik 12, in dem eino geeignete Verstellung der Öffnungsdauer des Absperrventils 8 in Abhängigkeit von der Drehzahl erzeugt wird.

Im wesentlichen erfolgt das so, daß bei kleinster Vorspannung der Regelfedor 40c im Druckregelventil 40b mit abnehmender Drehzahl die öffnungsdauer des Absperrventils 8 vergrößert wird. Auf diese Weise wird weniger Kraftstoff über das Druckregelventil 40 b in den Tank zurückgeführt, Im Schwungrohr 7 entsteht jeweils vor dom Schließen des Absperrventils 8 eine für die Erzeugung der Leorlaufdrohzahl-Regalkonnlinio notwendige, mit abnehmender Drehzahl anwachsende Geschwindigkeit V₀, wodurch die Größo dos erzielten Druckstoßes anwächst. Es wird die mit „ρύ W" gekennzeichnete Leerlaufdrohzahl-Regelkonnlinio erhalten. Die Begrenzung der Maximaldrehzahl erfolgt auf ähnliche Weise. Und zwar können zwei unterschiedliche Methoden angewendet werden, um die mit „t_n0" gekennzeichnete Maximaldrehzahl-Begrenzungskennlinie zu erhalten. Es ist davon auszugehen, daß bei Erreichen der größten Vollastdrehzahl n_ov in der Einspritzaniago dor Drunk Pw anliegt. Nach der ersten Methode bleibt dieser Druck übor die gesamte Maximaldrehzahl-Begrenzungr.kennlinie erhalten. Die Verringerung dor Einspritzmonge mit zunehmender Drehzahl erfolgt durch Verkürzen der Öffnungsdauer t_nQ des Absperrventilee jeweils um einen Wort, dor der Überschreitung der größten Vollastdrehzahl n_QV entspricht. Diese Vorkürzung der Öffnungsdauer erfolgt solange, bis schließlich bei n_nilx keine Einspritzung mehr an der Düse erfolgt. Der von dec Förderpumpe 3 mit dem V jrdruck p_w bereitgestellte Kraftstoffstrom muß dann vollständig übor die Druckregeleinrichtung 40 in don Tank 1 zurückgeführt worden. Nach der zweiton Methode wird das Absperrventil 8 mit gegenüber der Drehzahl r.c» zunehmend größerer Drehzahl länger offen gehalten. Dadurch wird erreicht, daß über das Absperrventil 8 meiir Kraftstoff angesteuert wird, als von der Förderpumpe 3 bereitgestellt werden kann. Es verringert sich sowohl der Druck in der Einspritzanlage als auch die Geschwindigkeit V₀ vor dem Schließen des Absperrventil 8. Über das Druckregolvontil 40b wird kein Kraftstoff mehr in den Tank 1 zurückgeführt. Die Regulierung des Druckes in der Einspritzanlage übernimmt das Absperrventil 8, Die Verlängerung der öffnungsdauer t_n0 des Absperrventil 8 erfolgt jeweils um ~'nen Wert, dor der Überschreitung der größten Vollastdrehzahl nov entspricht. Das Abstellen des Motors kann vorteilhaft mit hilfe doi Steuerelektronik 12 durch Offen- oder Zuhalten des Absperrventil 8 bis zum Stillstand dos Motors erfolgen.

Bei den bisherigen Druckstoßoinspritzanlageri, die nur ein Druckbegrenzungsventil 4 besitzen, bleibt der Druck im Druckspeicher 5 nach dem Stehenbleiben des Motors erhalten, wenn der Stillstand '. B, durch Ausfall der Stromversorgung für die Steuereloktronik 12 odor einen Defekt dieser verursacht wird, Das liegt daran, daß das Druckbegrenzungsventil 4 und das Absperrventil 8 im Ruhezustand jeweils durch Federkraft geschlossen bleiben. In einer solchen Situation kann sich der Druckspeicher 6 bei undichter Düse in den Zylinder entleeren, Es muß insbesondere bei solchen Mehrzylindoranlagen und bei indirektem Antrieb der Förderpumpe 3 (z. B. durch einen Elektromotor) damit gerechnet worden, daß beim erneuten Starten des Motors die Zylinder zu einem erheblichen Toil mit Kraftstoff gefüllt sein könnten. Bei Verwendung der Druckrogeloinrichtung 40 wirken die Drossel 40a und das Druckregelvontil 40b als Vollaufsicherung, Übor die Drossel 40a und das Druckrogelventil 40b wird nach dem Stillstand des Motors der Drock im Druckspeicher nach kurzer Zoit abgobaut, Ein möglichst kleines Volumen des Druckspeichers 5 trägt zu einer weiteren Verminderung der Vi' aufgofahr und zu oinor schnellen Botriobsboreitschaft dor Einspritzanlage bei.

Claims (7)

1. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkennlinien bei Einspritzanlagen, die nach der ι Druckstoßprinzip arbeiten, mit einer Förderpumpe zur Erzeugung eines Fördermengenstromer 7ur Speisung des Druckspeichers, einem Absperrventil zur Erzeugung eines Druckstoßes und einor Einspritzdüse, dadurch gekennzeichnet, daß die den Bedarf dos Druckstoßsystems übersteigende Mehrfördermenge der Förderpumpe über die Druckregeleinrichtung und/oder das Absperrventil ansteuerbar ist.

2. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkennlinien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung aus einer Drosselt und einem Druckregelventil, die parallel zueinander angeordnet sind, besteht.

3. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkennlinien nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffluß durch die Druckregeleinrichtung mit Hilfe eines Magnetventiles obsperrbar ist,

4. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkennlinien nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil, das parallel zur Förderpumpe angeordnet ist, als Maximaldruckregelventil ausgeführt ist.

5. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkerinlinien nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vollaufsicherung der Einspritzanlage das Magnetventil im stromlosen Zustand den Durchfluß freigebend ausgeführt ist.

6. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkennlinien nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe vom Verbrennungsmotor direkt drehzahlsynchron angetrieben wird.

7. Anordnung zur Regulierung von Einspritzmengenkennlinien nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Überdrehzahlsicherung das Absperrventil beim Überschreiten der maximal zulässigen Drehzahl dauernd offen gehalten wird oder bei Ausfall der Stromversorgung bzw. Defekt der Steuerelektronik das Absperrventilständig geschlossen bleibt.