DE1052165B - Vorrichtung zum Regeln der Einspritzmenge von Brennstoffeinspritzpumpen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die mittels einer Einspritzpumpe geförderte Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der Stellung einer im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine befindlichen Drosselklappe oder von dem in dem Ansaugrohr herrschenden Unterdruck und von der jeweiligen Drehzahl der Maschine selbsttätig geregelt wird, wobei auch noch die Möglichkeit besteht, Lufttemperatur, Luftdruck und Heizwert des jeweils verwendeten Brennstoffes zu berücksichtigen. Es ist bekannt, bei Reglern zur Berücksichtigung der verschiedenen Einflüsse Formtrommeln zu verwenden, die durch einen Taster abgegriffen werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung dient die von der Drehzahl abgeleitete Drehung einer Formtrommel dazu, über ein Abtastglied die Drosselklappe zu verstellen. Die Formtrommel ist dabei axial durch ein betätigbares Pedal verschieblich. Die axiale Einstellung der Formtrommel stellt eine Einstellung auf eine feste abzugebende Leistung dar und dient gleichzeitig zur Begrenzung des für den jeweils eingerückten Gang zulässigen Drehzahlbereiches. Eine Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge ist hier nicht vorgesehen.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird in Abhängigkeit vom Saugrohrunterdruck ein Kurvenstück längs eines feststehenden Tastfingers verschoben, der über seine Auslenkung den Anschlag einer Brennstoffzumeßeinrichtung steuert. Diese Vorrichtung berücksichtigt die Drehzahl durch Verstellen eines Widerlagers für das Kurvenstück.

Es ist weiterhin bekannt, eine Formtrommel durch einen Fliehkraftregler axial zu verschieben, und entsprechend der Stellung der Drosselklappe zu verdrehen, so daß sie an einem feststehenden Tastfinger vorbeigeführt wird, um die Brennstoffzufuhr zu regeln. Zur Erzielung einer genügenden Regelmöglichkeit ist bei dieser Vorrichtung eine erhebliche axiale Verschiebung der Formtrommel erforderlich. Dieser Weg ist größer als der von üblichen Fliehkraftreglern abgegebene, so daß nur unter Zuhilfenahme von Servo-Reglern eine volle Regelung erzielbar wird. Bei dieser Vorrichtung ist auch vorgesehen, die Formtrommel zusätzlich in Abhängigkeit von Lufttemperatur und Luftdruck zu verstellen.

Bei einer anderen Vorrichtung ist eine handverdrehbare, axial jedoch unverschiebliche Formtrommel vorgesehen, die über einen — in einer parallel zur Formtrommel angeordneten Verschiebebahn geführten— Taster die Abflußöffnung einer drehzahl abhängigen hydraulisch gesteuerten Kraftstoffpumpe beeinflußt.

Regelvorrichtungen zum Regeln der Einspritzmenge von Brennstoffeinspritzpumpen sind ebenso wie der Motor und die Einspritzpumpe selbst einer erheblichen Dauerbelastung ausgesetzt. Andererseits ist, Vorrichtung

zum Regeln der Einspritzmenge
von Brennstoffeinspritzpumpen

Anmelder:

Wilhelm Hofacker, Stuttgart-Zuffenhausen, Stammheimer Str. 31

insbesondere bei Otto-Motoren, ein hohes Maß von Feinfühligkeit der Regelanordnung erforderlich. Den vorbekannten Mischgetrieben ermangelt es entweder einer einfachen und dauerhaften Konstruktion oder die erreichte Regelgenauigkeit ist nicht zufriedenstellend. Dies liegt bei vielen Vorrichtungen daran, daß für das saubere Abtasten der Formtrommel durch den Abtastfinger erhebliche Verschiebungen der Formtrommel erforderlich sind, die nicht mehr direkt von den Verstellgrößen (Fliehkraftregler, Unterdruckmanometer usw.) ableitbar sind. Dadurch werden, sofern überhaupt ausreichende Regelungen erzielt werden, teure und aufwendige Servo-Einrichtungen erforderlich. Ein Mangel vieler bekannter Regelvorrichtungen besteht darin, daß nur ein Teil der an sich den Verbrennungsvorgang beeinflussenden Regelkomponenten auf die Regeleinrichtung einwirken kann.

Aufgabe der Erfindung ist eine besonders günstige Ausgestaltung eines Mischgetriebes, bei dem der Tastfinger unter direkter Steuerung einen verhältnismäßig großen Steuerweg beschreiben kann, und bei dem nur wenige direkt von den Verstellgrößen beeinflußte Glieder vorhanden sind. Die Erfindung geht hierzu aus von einer Vorrichtung zum Regeln der Einspritzmenge von Brennstoffeinspritzpumpen in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Drosselklappenstellung oder dem im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck, wobei die Verstellung des Fördermengeneinstellglieds der Einspritzpumpe durch einen Tastfinger od. dgl. erfolgt, der eine als Formtrommel ausgebildete dreidimensionale Steuerfläche abtastet, die aus zwei sich kreuzenden Scharen von vorzugsweise zweidimensionalen Kurven in einem Zylinderkoordinatensystem gebildet ist, bei deren einer Schar, deren Kurven die Einstellwerte für die Einspritzmenge in Ab-

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hängigkeit von der Drehzahl zeigen, die Drosselstellung oder der im Saugrohr herrschende Unterdruck, und bei deren anderer Schar, deren Kurven die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drosselstellung oder dem Unterdruck im Ansaugrohr zeigen, die Drehzahl der Brennkraftmaschine als Parameter verwendet ist. Die Erfindung liegt darin, daß bei einer solchen Vorrichtung die Formtrommel um ihre Achse

— wie an sich bekannt — in Abhängigkeit von der Drehzahl verschwenkt wird, daß ferner die Formtrommel —wie ebenfalls an sich bekannt — in axialer Richtung nicht verschieblich i.st und daß der Tastfinger

— wie ebenfalls an sich bekannt — durch den Unterdruck im Ansaugrohr oder durch die Drosselklappenstellung bewegt wird, und zwar senkrecht zu den die Drehzahl als Parameter enthaltenden räumlichen Kurven mittels einer an sich bekannten zur Formtrommelachse parallel verlaufenden Verschiebebahn.

Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der, ohne daß damit auch nur die geringste Beschränkung ausgesprochen wäre, ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt durch das die Regelvorrichtung enthaltende Gehäuse gemäß Linie I-1 der Fig. 3,

Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch das gleiche Gehäuse gemäß Linie II-II der Fig. 1, wobei die beiden Extremstellungen des Tastfingers mit dem ihn tragenden Tastarm strichpunktiert dargestellt sind,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch das gleiche Gehäuse gemäß Linie IH-III der Fig. 1.

In dem schematisch —■ ohne Berücksichtigung der technisch erforderlichen Wandstärken — dargestellten Gehäuse 1 ist die horizontale, um ihre Längsachse verschwenkbare und dabei die Einspritzmenge regelnde Fördermengenverstellwelle 2 gelagert, mit der der Arm 3 fest verbunden ist. Der Arm 3 wird durch die die Fördermengenverstellwelle 2 mit ihren Windungen umschließende Drehfeder 4 beaufschlagt, die ihn in Richtung des Pfeiles im Sinne einer Vergrößerung der Einspritzmenge zu verschieben trachtet.

Am Ende des Armes 3 ist mittels des Achsbolzens 5 der aus Flacheisen gebogene Tastarm 6 angelenkt, an dessen im oberen Teil rechtwinklig abgebogenem Ende das den Tastfinger bildende Tastrad 10 gelagert ist.

Die tiefste Stellung des Gelenkzapfens 5 und daher auch des Tastarms 6 entspricht der größten Einspritzmenge bei Vollast, die höchste Stellung des Zapfens 5 der geringsten, beim Leerlauf geförderten Einspritzmenge, so daß also ein Anheben des Tastarmes 6 mittels des sich auf der Mantelfläche der Formtrommel 11 abstützenden Tastrades 10 die Einspritzmenge vermindert.

Die Oberfläche der etwa einen Sektor von 60° einnehmenden Formtrommel ist durch zwei in einem Zylinderkoordinatensystem liegende Scharen von sich schneidenden Kurven bestimmt.

Die in den durch die Nullachse des Zylinderkoordinatensystems gehenden Ebenen (Meridian-Ebenen) liegenden Kurven (Meridian-Kurven) zeigen die Abhängigkeit der Einstellwerte der Einspritzmenge von der Drosselstellung oder von dem in dem Ansaugrohr herrschenden Unterdruck, während die in den senkrecht zur Nullachse des Zylinderkoordinatensystems liegenden Ebenen (Querschnittsebenen) befindlichen Kurven (Querschnittskurven) die Abhängigkeit von der Motordrehzahl verkörpern.

Es ist also durch Verdrehen der Formtrommel 11 um die Nullachse des Zylinderkoordinatensystems möglich, bei jeder beliebigen Drosselstellung oder bei jedem beliebigen Unterdruck im Ansaugrohr die jeweilige Drehzahl des Motors zu berücksichtigen.

An der Unterseite der Formtrommel 11 ist das mit drei Zähnen versehene Zahnsegment 15 angebracht, dessen Achse mit der Schwenkachse der Formtrommel zusammenfällt. Das Zahnsegment 15 kämmt mit der rotationssymmetrisch ausgebildeten Zahnstange 16 am freien Ende der mit einem Bund 16 α versehenen, von der Druckfeder 16 & beaufschlagten Stange 26, die mit einem Fliehkraft-Drehzahlmesser in Verbindung steht, der bei zunehmender Drehzahl die Stange 26 gegen die Kraft der Druckfeder 16& nach links zieht.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schneiden sich die beiden Kurvenscharen unter einem rechten Winkel. Die Ln einer der die Nullachse des Zylinderkoordinatensystems enthaltenden Ebenen (Meridianebenen) verlaufenden Kurven (Meridiankurven) sind in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt, wobei die Nullachse des Zylinderkoordinatensystems die Abszissenachse bildet und die Radialentfernungen der Kurven von der Abszissenachse die benötigte Einspritzmenge darstellen in Abhängigkeit von den längs der Abszissenachse verlaufenden Werten des Unterdrucks im Ansaugrohr oder von der diesen Unterdruck erzeugenden Drosselklappenstellung. Als Parameter dieser Meridian-Kurvenschar ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine verwendet.

Die der zweiten Kurvenschar (Querschnittskurvenschar) angehörenden Kurven sind in einem Polarkoordinatensystem dargestellt, das sich jeweils in den senkrecht zur Nullachse des Zylinderkoordinatensystems liegenden Ebenen (Querschnittsebenen) befindet, wobei den einzelnen Kurven als Parameter die verschiedenen Unterdruckwerte im Ansaugrohr oder die diesen Werten entsprechenden Stellungen der Drosselklappe zugeordnet sind. Die verschiedenen Polarwinkel entsprechen den verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, und die radialen Entfernungen der einzelnen Kurvenpunkte von der den Nullpunkt bildenden Durchstoßungsstelle der Zylinderkoordinaten-Nullachse durch die betreffende Ebene entsprechen den diesen verschiedenen Geschwindigkeiten zugeordneten Einstellwerten für die Einspritzmenge.

Es ist also durch die Wahl des Berührungspunktes des Tastfingers auf der Steuerfläche möglich, den gesamten Drehzablbereich der Brennkraftmaschine und alle in der Praxis auftretenden Stellungen der Drosselklappe zu berücksichtigen, wobei lediglich die entsprechenden Relativbewegungen zwischen den beiden Kurvenscharen und dem Tastfinger erforderlich sind.

Die verschiedenen Polarwinkel der zweiten Kurvenschar werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch Verschwenken der Formtrommel 11 um die Zylinderkoordinaten-Nullachse bewirkt, die mit den in den seitlichen Kugellagern 12 gelagerten Achsstummeln der Formtrommel 11 zusammenfällt, während der Tastfinger sich in der die Zylinderkoordinaten-Nullinie enthaltenden Vertikalebene entsprechend den verschiedenen Drosselklappenstellungen in Richtung der Formtrommel-Längsachse bewegt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem Tasthebel 6 der Führungszapfen 19 befestigt, in dessen Achsenverlängerung jeweils praktisch der Berührungspunkt zwischen Tastrad 10 und Formtrommelmantel 11 liegt. Der Führungszapfen 19 greift in den vertikalen Schlitz 18 der in den Gleitbahnen 20 geführten Kulisse 17 ein, deren horizontale Verschie-

bung durch das mit der nicht gezeichneten Drosselklappe in zweckmäßiger Weise gekoppelte Bowdenseil 22 erfolgt, dessen Nippel 21 verstellbar im Gehäuse gelagert ist, während der am Ende des Bowdenseils 22 angebrachte Querbolzen 23 in der aus Fig. 2 und 3 ersichtlichen Weise an der Kulisse 17 befestigt ist.

Etwa in der Mitte des Tastarmes 6 ist der das obere Auge der Zugfeder 7 tragende, nach dem Gehäuseinnern gerichtete Bolzen 9 befestigt, während das untere Auge der Zugfeder 7 — erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung einer mit Gleitlager oder Wälzlager versehenen, auf das Zapfenende 8 der Fördermengenverstellwelle 2 aufgeschobenen Büchse — an der Fördermengenverstellwelle 2 befestigt ist.

Durch die Feder 7 wird das Bowdenseil 22 gespannt gehalten und gleichzeitig wird zusätzlich der Kontaktdruck zwischen Tastrad 10 und der Steuerfläche der Formtrommel 11 gesichert, der im übrigen durch die Drehfeder 4 über den Achszapfen 5 des Armes 3 gewährleistet ist.

In Figur 2 sind strichpunktiert — unter Fortlassung der in diesem Zusammenhange nicht interessierenden Einzelheiten — die beiden Extremstellungen der in einer Mittellage dargestellten Kulisse 17 mit Tastarm 6 und Tastrad 10 schematisch dargestellt, woraus auch die dabei resultierende Verschwenkung des mit der Fördermengenverstellwelle 2 fest verbundenen Armes 3 ersichtlich ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kugellager 12, mit denen die Welle der Formtrommel 11 gelagert ist, nicht starr in den Seitenwänden des Gehäuses 1 angebracht. Sie sind vielmehr exzentrisch in den im Gehäuse drehbaren Zylinderscheiben 13 untergebracht, die gemeinsam in nicht näher dargestellter Weise mittels eines Hebels 14 oder auch unabhängig voneinander verschwenkt werden können, wodurch Lufttemperatur, Luftdruck, Heizwert des Brennstoffes und gegebenenfalls andere Bestimmungsgrößen berücksichtigt werden können, wobei die Einstellung bei laufender Maschine an mit dem ruhenden Gehäuse verbundenen Teilen vorgenommen werden kann. Ein ähnlicher Effekt kann auch durch Verschieben der Gleitbahnen 20 der Kulisse 17 parallel zu sich selbst oder in eine von der Horizontalen abweichende Schrägstellung bewirkt werden. Selbstverständlich kann die Berücksichtigung dieser Bestimmungsgrößen auch durch andere Maßnahmen — wie z. B. durch Veränderungen im Übertragungsgestänge zwischen dem Tastrad 10 und der Fördermengenverstellwelle 2 oder einem anders gearteten Pumpeneinstellglied — ■erfolgen.

Claims (9)

Patentansprüche: 55

1. Vorrichtung zum Regeln der Einspritzmenge von Brennstoffeinspritzpumpen in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Drosselklappenstellung oder dem im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck, wobei die Verstellung des FördermengeneinStellgliedes der Einspritzpumpe durch einen Tastfinger od. dgl. erfolgt, der eine als Formtrommel ausgebildete dreidimensionale Steuerfläche abtastet, die aus zwei sich kreuzenden Scharen von vorzugsweise zweidimensiooalen Kurven in einem Zylinderkoordinatensystem gebildet ist, bei deren einer Schar, deren Kurven die Einstellwerta für die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl zeigen, die Drosselstellung oder der im Saugrohr herrschende Unterdruck, und bei deren anderer Schar, deren Kurven die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drosselstellung oder dem Unterdruck im Ansaugrohr zeigen, die Drehzahl der Brennkraftmaschine als Parameter verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Formtrommel (11) um die Achse des Zylinderkoordinatensystems — wie an sich bekannt — in Abhängigkeit von der Drehzahl verschwenkt wird,, daß ferner die Formtrommel (11) — wie ebenfalls an sich bekannt — in axialer Richtung nicht verschieblich ist und der Tastfinger (10) — wie ebenfalls an sich; bekannt — durch den Unterdruck im Ansaugrohr oder durch die Dro'Sselklappenstellung bewegt wird, und zwar senkrecht zu den die Drehzahl als Parameter enthaltenden räumlichen Kurven mittels einer an sich bekannten parallel zur Formtrommelebene verlaufenden Verschiebebahn (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung der Formtrommel (11) um ihre Längsachse durch eine von dem drehzahlabhängigen Regler verschobene Zahnstange (16) erfolgt, die mit einem mit der Formtrommel (11) fest verbundenen Zahnsegment (15) kämmt, und daß die Verschiebung des Tastfingers (10) in Abhängigkeit vom Saugrohrun ter druck oder von der Drosselklappenstellung durch eine auf der Verschiebebahn (20) verschiebliche Kulisse (17) mit einem quer zu ihrer Verschieberichtung angeordneten Schlitz (18) erfolgt, in dem ein an einem den Tastfinger (10) tragenden Tastarm (6) angebrachter Führungsbolzen (19) geführt ist, in dessen Achslinie vorzugsweise der jeweilige Berührungspunkt zwischen Tastfinger und Fo>rmtrommel-Obernäche liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastfinger in an sich bekannter Weise durch eine Tastrolle (10) mit balliger Oberfläche gebildet wird, die auf dem Formtrommelmantel abrollen kann, dergestalt, daß der Widerstand, welcher sich einer durch den drehzahlabhängigen Regler hervoirgerufenen Verschwenkung der Formtrotnmel (11) entgegenstellt, herabgesetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Tastfinger (10) tragende Tastarm (6) mit seinem, unteren Ende an einem Hebelarm (3) angelenkt ist, der mit der Fördermengenverstellwelle (2) fest verbunden ist und durch eine ihn beaufschlagende Drehfeder (4) so belastet wird, daß der Tastfinger (10) stets mit dem erforderlichen Kontaktdruck auf der Oberfläche der Foirmtrommel (11) anliegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Tastfingers (10) durch die Kulisse (17) mittels eines mit der Drosselklappe im Ansaugrohr gekoppelten Bowdenzuges erfolgt, dessen Bowdenseil (22) durch eine Zugfeder (7) ständig in Spannung gehalten wird,.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Spannung des Bowdenseiles (22) bewirkende Federzug durch eine Zugspiralfeder (7) erzeugt wird., die mit ihrem oberen Ende an dem den Tastfinger (10) tragenden Tastarm (6) und mit ihrem unteren Ende an einem mit der Fördermengenverstellwelle (2) verbundenen Achszapfen (8) angreift, ohne jedodh die freie Drehbarkeit der Fördermengenverstellwelle (2) zu behindern.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks an sich bekannter Berücksichtigung von Lufttemperatur und -druck und Berücksichtigung des Heizwertes des Brennstoffes die Lagerung der Drehachse der Formtrommel (11) veränderbar ist, wobei sie gegenüber der Normallage parallel zu sich selbst bewegt oder zusätzlich geneigt werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Kugellager für die Lagerung der Achsstummeln der Formtrommel (11) in gemeinsam oder unabhängig voneinander verstellbaren Exzenterscheiben (13) gelagert sind, durch deren Verschwenken die Lage der Formtrommelachse veränderbar ist.

9. Vorrichtung nacih einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch, gekennzeichnet, daß zwecks an sich bekannter Berücksichtigung von Lufttemperatur und -druck und Berücksichtigung des Heizwertes des Brennstoffes die normalerweise parallel zur Formtrommelachse verlaufende Verschiebebahn (20) für die Kulisse (17) geneigt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 829 995;
deutsche Auslegeschrift M 16309 I a/46 b^ (bekanntgemacht am 26. 1. 1956);

schweizerische Patentschrift Nr. 304 495;
britische Patentschrift Nr. 604 597;
USA.-Patentschrift Nr. 2 711 894.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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