DE1942435A1

DE1942435A1 - Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Bestimmung des Einspritzzeitpunktes beim Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE1942435A1
Application number: DE19691942435
Authority: DE
Inventors: Kizo Hayakawa; Nobuyuki Mori; Yujiro Oshima
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1968-08-20
Filing date: 1969-08-20
Publication date: 1970-02-26
Also published as: US3596507A; GB1253587A

Description

DIPIvING. RUDOLF W. IHMIG 8 München 23

PATKNTANWALT Leopoldstraße 32

Tel.: (0811) 34 18 23

-ι η / O / O C Telex: 05 2S455 paii d

I Ό *+ L H O Ό Dresdner Bank München 53 365

_r -| Postscheckamt München 1* ^1S 15

Patentanwalt Dimlg 8 München 23 Leopolds». 32

P DB 5696

Annelderin: KABUSHIKI KAISHA TOYOTA CHUO KENKYUSHO

2-12, HISAKATA, SHOWA-KU, NAGOYA-SHI, AICHI-KEN, JAPAN.

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Bestianung des Einspritzzeitpunktes bei« Verbrennungsmotor.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung der Einspritzzeiteinstellung in der Einspritzvorrichtung von Diesel- bzw. Benzinmotoren.

Die Bestimmung der geeigneten Kraftstoffeinspritzzeit stellt beim Verbrennungsmotor ein wichtiges Problem dar, da die Einspritzzeit großen

009809/1241

Einfluß hat auf die Kraftstoffzufuhr und -Verbrennung, auf die Motorleistung, auf die Höhe des Kraftstoffverbrauchs und auf die auf Grund unvollständiger Verbrennung, von unverbranntem Kraftstoff im Auspuff herrührende Rauchkonzentration.

Bei schnell laufenden Automobilmotoren steht bei vorverlegter Ein-W spritzzeit eine größere Tendenz dahin, daß der Kraftstoff in die Verbrennungskammer gespritzt wird, bevor die Kompressionstemperatur darin hoch genug ist, um den Kraftstoff zu zUnden, was verzögerte Zündung, unnormale Druckerhöhung und starkes Klopfen zur Folge hat. In derartigen Motoren besteht die Neigung zur Annäherung an den Zustand der Verbrennung unter konstantem Volumen: der Motor läuft hart, Motorleistung und Kraftstoffverbrauch nehmen ab.

Wird bei Schnelläufern der Einspritzzeitpunkt verzögert, so tritt der Kraftstoff in die Verbrennungskammer, und es kommt zur Zündung während des Niedergehens des Kolbens und daher zu einer Herabsetzung der Motorleistung, und der Verbrennungsdruck sinkt allmählich. Auch hier nähert sich der Motor de» Zustand der Verbrennung unter konstantem Druck. Der Motor läuft ruhiger, aber die Farbe der Auspuffgase wird dunkel; Auspufftemperatur und Kraftstoffverbrauch steigen.

Der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung sollte zweckmäßigerweise so eingestellt werden, daß er in eine Zeit zwischen den beiden Bedingungen fällt, derart, daß der Verbrennungsdruck innerhalb

009809/1241

- ir -

eines zulässigen Bereiches liegt und das Auspuffgas hell wird, was verringerten Kraftstoffverbrauch bedeutet. Schnelläufer sollten stets mit geeignetem Einspritzzei-tpunkt betrieben werden, um kontinuierlichen und gleichbleibenden Betrieb zu gewährleisten.

Um in Automobilmotoren die oben genannten wünschenswerten Laufbedingungen zu erzielen, ist es erforderlich, den Einspritzzeitpunkt so einzustellen, daß er zu jedem beliebigen Stadd des Laufens paßt. Ist der Einspritzzeitpunkt zu sehr vorverlegt oder zu sehr verzögert, so ist die Kurbelstellung der Kurbelwelle so einzustellen, daß die nicht zufriedenstellenden Motorbedingungen überwunden werden.

Ein automatischer Zeitgeber wird üblicherweise benützt, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in Übereinstimmung mit der Motorgeschwindigkeit so zu regeln, daß der Einspritz-Vorwinkel vorverlegt oder verzögert wird, im Hinblick auf einen gewissen Normalwert des Einspritzzeitpunktes mit den Veränderungen im jeweiligen Arbeitszustand des Motors. Zusätzlich zu einem derartigen Zeitgeber kann ein Unterdruckregler oder Fliehkraftregler zur Einstellung des EinspritzZeitpunktes benützt werden.

Bei der Vornahme der Einstellung des Zeitgebers oder Reglers ist es grundlegend wichtig, den Einspritzzeitpunkt des Einspritzers zu kennen.

Bei Motoren mit gleichbleibender Geschwindigkeit ist es unnötig, den EinspritzZeitpunkt während des Laufens der Motore zu verändern, wenn der Einspritzzeitpunkt zu Beginn richtig eingestellt worden ist. Der richtige EinspritzZeitpunkt aber muß durch Versuch ermittelt werden.

Der eine konventionelle Weg zur Bestimmung des EinspritzzeitpunJctes ist eine statische Bestimmungsmethode. Bei dieser Methode befindet sich ein Rohr zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes an dem Kraftstoffauslaßventilträger eines Dieselmotors, und die Kurbelwellenscheibe wird betätigt, um den Motor um ein weniges zu drehen. Der Einspritzzeitpunkt wird bestimmt durch den Kurbelwinkel an dem Zeitpunkt, an welchem die Kraftstoffoberfläche am unteren Ende des Rohrs zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes zu steigen beginnt. Diese Methode hat den Nachteil, daß der Ein-

009809/1241

- r-

spritzzeitpunkt dann durch Messung ermittelt wird, wenn der Motor nicht läuft und nicht, wenn er läuft, da das Messen während des Arbeitens des Motors nicht möglich ist. Darüber hinaus wird das Ansteigen des Kraftstoffspiegels im Rohr mit bloßem Auge festgestellt, und es kommt meist zu einem Sehfehler, zurückzuführen auf die individuellen Unterschiede der Augen der einzelnen Beobachter. Weiterhin weicht der tatsächliche Zeitpunkt von dem gemessenen ab, wegen der Länge der Zufuhrleitung des Hochdruckkraftstoffs, und es wird daher die gemessene Zeit der Einspritzung verzögert um die Zeit, die erforderlich ist, um den Kraftstoff durch die Hochdruckkraftstoffleitung zu befördern, so daß es unmöglich ist, den tatsächlichen Einspritzzeitpunkt zu bestimmen.

™ Eine andere konventionelle Methode zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes ist eine dynamische Bestimmungsmethode. Bei dieser Methode ist ein Nadelstift im Einspritzer am oberen Ende der Ventilstößelstange vorgesehen, durch die Mitte der Düsenfeder gehend, so daß er die Federträger-Unterlegscheibe berührt. Der unter Hochdruck von der Einspritzpumpe bei laufendem Motor kommende Kraftstoff erreicht die unter Druck stehende Ventiloberfläche und überwindet die Federkraft, um das Nadelventil zu heben und gleichzeitig den Nadelstift. Die Hebung dieses Stiftes wird durch die Veränderung der Lichtstärke eines von dem Stift unterbrochenen und einen Fotozellentransistor treffenden Lichtstrahls oder durch die Veränderung der Kapazität in einem den Stift umfassenden Kondensator, wobei diese Veränderungen in Spannung und Strom umgewandelt werden. Auf diese Weise wird der Nadelstift auf das Ventil gebracht und es wird daher die gegenwirkende Masse des Ventils erhöht, was einen Unterschied im Betrag der Einspritzung verursacht. Aus diesem Grunde ist diese konventionelle Methode von unzulänglicher Genauigkeit. Diese Unzulänglichkeit macht es erforderlich, den Einspritzer selbst zu verbessern ., wodurch die Vorrichtung kompliziert wird und nicht leicht zu handhaben ist. Der Motor muß besonders entworfen werden, um Platz für einen.derartigen Transistor oder Kondensator zu schaffen und auch der Einspritzer.

Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel die Lösung der obenerwähnten

009809/1241

Probleme/ Fehler und Nacnteile konventioneller Vorrichtungen und Methoden zum Messen des Einspritzzeitpunktes, und eine Methode zu liefern zum korrekten Bestimmen des Einspritzzeitpunktes des Einspritzers eines Verbrennungsmotors.

Ein anderer wichtiger Gegenstand der Erfindung ist es, eine verbesserte Methode und ein verbessertes Gerät zum Bestimmen ues Einspritzzeitpunktes zu liefern durch das Vorsehen leichter Abänderungen im Einspritzer des Verbrennungsmotors, wobei derartige Abänderungen die Konstruktion bezw. die Arbeitsweise des Einspritzers sonst nicht berühren.

Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Methode zur Bestimmung des Einspritzzeitpunktes bei einer beliebigen Motorgeschwindigkeit zu liefern, die einfach und leicht zu befolgen ist und die die Verwendung einfacher und nicht teurer Geräte ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist die Einspritznadelventilstellvorrichtung, die das Ventil, zu dessen Sitz im Kraftstoff aus lauf drängt, an ihrem fernen Ende mit wenigstens einem Dehnungsmesserelement der Oraht- und Halbleitertype ausgerüstet oder mit wenigstens einem piezoelektrischem Element, das die Veränderung in der Beanspruchung oder der Kraft der Ventilfeder in ein elektrisches Signal umwandelt, wenn das Ventil sich öffnet, um Kraftstoff in die Verbrennungskammer des Motors zu spritzen, wobei besagtes Signal so weitergeleitet wird, daß es eine stroboskopische Lampe auslöst, die so angebracht ist, daß sie eine Kurbelwinkelskala beleuchtet, die sich mit der Kurbelwelle dreht. Die Skala wird zusammen mit einer festen Indexmarkierung am Motorblock beobachtet, so daß der Kurbelwinkel zum Zeitpunkt der Einspritzung bestimmt wird, als ob der Motor ,zur Zeit des Ablesens bewegungslos wäre.

Mittels konventioneller Methoden der Einspritzzeitpunktbestimmung, ob dynamisch oder statisch, können die Ablesungen nicht mit der Genauigkeit erfolgen, die mit der erfindungsgemäßen Methode erzielt wird, bei der im Augenblick, in dem das Nadelventil des Einspritzers den Ventilsitz verläßt, um Kraftstoff in den Zylinder se spritzen und während der Motor sich in beliebiger Geschwindigkeit dreht, die stroboskopische Lampe augenblicklich auslöst, um einen synchrones jar ten Strahl zu liefern, der die Kurbelwinkelskala

0098Q9/U41 _₅_

I₄ 19Α2Α35

beleuchtet, um den Einspritzzeitpunkt anzuzeigen. Der Beginn des Aufbaus des Kraftstoffdrucks, der das Einspritzerventil öffnen will, wird also festgestellt, und der Strahl wird erst in dem Augenblick ausgesandt, der dem Augenblick entspricht, in dem uas Ventil beginnt, seinen Sitz zu verlassen. Hieraus ergiot sich, daß der Kurbelwinkel der Kurbelwelle gemessen v/erden kann, als ob sich der Motor im Ruhezustand befände.

Es ist daher möglich, aie korrekte Einstellung durchzufünren, um den I-lotorbedingungen gerecht zu werden durch Vorverlegen oder Verzögerung des Einspritzzeitpunktes, auf Grund des dynamischen Einspritzzeitpunktes wie oben erwähnt abgelesen und gemessen, wooei der Zustand des Motorlaufs berücksichtigt wird und als Ergebnis | ist es möglich, die Motorleistung zu verbessern, den Kraftstoffverbrauch zu verringern una die hohe Konzentration der Abgase zu verhindern, die üurcn unvollständiges Verbrennen des Kraftstoffs zustandekoinnt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Obwohl verschiedene spezifische Verwirklichungen eier Erfindung gezeigt und beschrieben wercen sind, so ist es docn. offenbar, daß viele Veränderungen caran möglich sind. Die Erfindung soll daher nicht eingeschränkt werden auf die genaue Wiedergabe der Zeichnungen und deren Beschreibung, sondern ist auszufassen als vernünftige und offenbare ,Iquivalente einschließend.

Abb. 1 ist eine senkrechte Schnittansicht eines der praktischen Verv/endung aieser Erfindung dienenden Hinspritzers;

Abb. 2 stellt eine vergrößerte Querschnittansicht des ilauptteils des Einspritzers der Abb. 1 dar;

Abb. 3 und 4 sind gleichartige vergrößerte Schnittansichten, die Abänderungen des Einspritzers der Abb. 1 zeigen;

Abb. 5 ist eine senkrechte Schnittansicht eines anderen Linspritzers, der mit der vorliegenden Erfindung verwandt werden kann;

Abb. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptteils des Einspritzers der Abb. 5;

Abb. 7 ist eine schematische Darstellung, die die vollständige Zeitpunktbestimnvunasvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei

009809/ 124t -6-

- er -

einem Dieselmotor zeigt;

Abb. 8 ist ein tichaubilu, das die Einspritzzeitpunktbestimmung, den Einspritzdruck und den Kurbelwinkel zeigt, wie vermittels der erfinaungsgemäßen üethode gemessen, und

Abb. 9 stellt ein üchaubild aar, in dem die Linspritzzeitpunktbestimmung nach der erfindungsgemäßen Ilethode mit uerjenigen der konventionellen Methode verglichen wird.

Die erfinuungsgemüße Metnoae soll erklärt werden im Hinblick auf zwei Einspritzertypen, die in Benzin-, Diesel- bezw. Motoren mit konstanter Geschwindigkeit verwandt weraen, nämlich der Einspritzer A, Abb. 1, in welchem der Einspritzdruck geregelt wird durch Dränen der Einspritzdruckregulierschraube 17, und der Einspritzer i3_r Abb. 5, bei dem der Einspritzdruck geregelt wird, indem axe Federsitz-Unterlegscheibe 16 d durch eine solche anderer Stärke ersetzt wird.

Wie in aen Abbildungen 1 bis 4 gezeigt, weist der Einspritzer A eine Düse 4 auf, die an einem Düsenhalter vermittels einer Hutmutter 14 befestigt ist. Eine Kammer-12 ist vorgesehen in Düse 4 in der Nähe von deren innerem Ende und weist eine Kraftstoffauslaßöffnung 2 auf umgeben von einem Ventilsitz 3 an der Oberfläche 5, die den Kraftstoffdruck aufnimmt. Eine Ventilhübe erstreckt sich axial zur Düse und enthält und führt ein frei gleitendes Nadelventil 8 für Sitz 3 zum Schließen der Auslaßöffnung 2. Die Kammer 12 ist verbunden mit der Kraftstoffzufuhrquelle mit (nicht dargestellt) Einspritzpumpe vermittels des Kraftstoffdurchgangs, der aufwärts durch die Düse 4 geht und die miteinander kommunizieren. Die obere Fläche der Düse 4 v/eist eine ringförmige Rille 13 auf, und die besagten Kraftstoffdurchgänge 10 und 11 sind durch Löcher in besagter Rille miteinander verbunden. An der Wand des Einspritzdüsenhalters 9 befindet sich ein Vorsprung. Das Kraftstof frückleitungsrohr R ist mit der Bohrung des Halters 9 durch diesen Vorsprung verbunden. Eine Kraftstoffzuführleitung C mit Spaltebenekristallfilter 27 ist mit dem äußeren Ende des Kraftstoffdurchgangs 10 durch ein unnumeriertes Kupplungsglied verbunden. Eine Stoßstange 7, koaxial zu Nadelventil 8 bewegt sich in der Bohrung des Düsenhalters 9 frei auf und ab.

009809/1241 -7-

Ende 6 des Nadelventils 8 kommt in Berührung mit Ventilsitz 3, während das andere Ende mit Stoßstange 7 in Berührung kommt. Die STange ist mit der Düsenspiralfeder 15 verbünden, die einen Teil der Ventilstellvorrichtung P darstellt, und diese Verbindung geschieht durch Feder sitz 16a. Feder 15 wird zwischen die Sitze 16a und 16b zusammengedrückt. Der gegen das Nadelventil ausgeübte Drück kann von außen geregelt werden durch Ein- bezw. Ausschrauben der Schraube 17, die gegen Federsitz 16b anliegt. Sobald die Spiralfederkraft überwältigt wird durch den Kraftstoff druck, der gegen Oberfläche 5, die den Druck aufnimmt,und die gegenüberliegende Ventilfläche ausgeübt wird, hebt sich Ventil 8 und öffnet den Kraftstoffauslaß zum Motorzylinder.

Soweit bisher beschrieben ist die Bauart des Einspritzers konventionell. Erfindungsgemäß KHXHXXXKHXX haften ein oder mehr Drähte, Halbleiter bezw. ähnliche beanspruchungsumwandelnde Elemente S 1 am Düsenfedersitz 16a (Abb. 1 und 2) an der Seite nach Ventilstange 7 und Ventil 8 oder, an dem Düsenfedersitz 16b (Abb. 3), an der Seite in Richtung Einstellschraube 17.

Wenn der Druck des Kraftstoffs, auf Oberfläche 5 des Nadelventils 8 ausgeübt, den Widerstand der Düsenfeder 15 überwältigt, um aen Kraftstoffauslaß 2 zu öffnen,und Kraftstoff in den Zylinder ausspritzt, so kommt es zu einer Änderung des Widerstandes in Element S 1 infolge der Druckerhöhung, und diese Veränderung des Widerstandes wird durch das beanspruchungsumwandelnde Element S 1 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Element S 1 haftet isoliert an der Endfläche 18 des Federsitzes 16 a in einer dem Eintritt von Kraftstoff zwischen die zusammenhaftenden Teile verwehrenden Weise durch Verwendung von durch Wärme härtbarem Harz wie ein Epoxy- oder Phenolharz, das dem öl gegenüber widerstandsfähig ist. Unter diesen Umständen überträgt das beanspruchungsumwandelnde Element tatsächlich die Beanspruchung ohne durch das Eindringen von öl aufgeweicht.oder beschädigt zu werden. Die Einführungsbleidrähte 19". 19", die über eine Batterie 33 zu verbinden sind, werden durch Kabel 22 zu Element S geführt. Leiter 19" wird mit der Erde verbunden. Der Ausgangsdraht 19 des Elements S 1 wird durch die Axialbohrung 21 des Sitzes 16a in den Mittelraum der Düsenfeder 15 durch dasselbe Kabel geführt und dann durch die FederSpiralen, damit das

009809/1241

Arbeiten der Feder nicht gestört wird. Das Kabel verläßt den Einspritzer durch eine Radialöffnung in der Wand des Einspritzerkörpers 9. Vorzugsweise, in Abbildungen 2 und 3, werden zwei Beanspruchungselemente benützt/ deren Eingangsklemmen mit den Leitern 19' bezw. 19" mittels nicht dargestellter kleiner Spulen verbunden werden, und ihre Ausgangsklemmen werden miteinander und mit dem Draht 19 durch eine andere kleine Spule verbunden.

Der Ausgangsdraht 19 wird mit einem Wellen- oder Impulsformer 35 verbunden. Dies kann die Verwendung irgendeiner konventionellen Kombination von Verstärkungs- und Differenzierungsmitteln und Multivibratoren einschließen, die dem Fachmann gut bekannt sind. Die Verwendung eines einzigen Beanspruchungsmeßelementes S 1 ergibt eine Impulsserie von fallender Amplitude. Die Verwendung eines piezoelektrischen Elements ergibt ein Impulssignal wie in Kurve I, Abb. 8, gezeigt. Die Verwendung eines Verstärkers im Impulsformer 35 verändert die Impulse zu rechtwinkliger Form gleicher Amplituden. Die Verwendung eines Differenzierungsmittels in Impulsformer 35 erhöht die Breite und Zeitspanne jedes einzelnen Impulses, und die Hinzufügung eines monostabilen Multivibrators beseitigt das Geräusch. Die Impulsbreite kann durch Verwendung eines monostabilen Multivibrators konstant gemacht werden, was auch das Zuviel an Strom verringert. Kurve II Abb. 8, ist ein Beispiel der Impulsform, wie sie erhalten wird durch Verstärkung vermittels einer Hochdruckspule in Impulsformer 35.

Werden die beanspruchungsumwändeläen Elemente S 1 auf der Einstellschraubenseite des Düsenfedersitzes 16 b, wie in Abb. 3 dargestellt, angebracht, so haften sie in der zuvor beschriebenen Weise an der Außenendenflache 24. Die Ein- und Ausführungsdrähte der Elemente S 1 gehen durch Löcher 26, leicht geneigt gegen die Sitzoberendfläche 24, und führen in den Mittelraum der Feder 15 in Kabel 22, das durch das Axialloch 25 im Federsitz 16 b führt.

Anstelle von Draht- oder Halbleiterbeanspruchungsmeßelementen kann ein Kristall-piezoelektrisches Element, Abb. 4, wie Barium-Titanat und Zirkonitum-Blei-Titinat oder gleichartige piezoelektrische

009809/1241

Elemente benützt werden, um den Kraftstoffeinspritzdruck festzustellen. Ein piezoelektrisches ileisent, das den Sitz V trägt, mit einem abhängigen Flansnenteil 5O, tier die Außenperipherie des Düsenfedersitzes lob deckt, ist zwischen Federsitz una uer Einstellschraube 17 in uer ...auelventilstellvorrichtung P vorgesehen. Das piezoelektrische element S 2 für die Erzielung einer elektrischen Leistung_/ erzeugt durch die äußere darauf wirkende Kraft, wird zwischen Innenfläche 51 des Sitzes V und die obere Fläche 24 des Federsitzes 16 ο geklenuat. Diese Flächen und axe Außenfläche 50 aes Sitzes V, in die uie Einstellschraube 17 eingreift, sind einander parallel, und auf diese Vieise wirci das Element S 2 so gehalten, daß es der Durchdringung durch Ll wider-" steht. Der Auslaßbleidraht 19 des piezoelektrischen Elements S wird in den Mittelraum der Düsenfeder 15 geführt vermittels Kabel 22, das durch das Axialloch 25 des DüsenfederSitzes 16 b führt und dann zwischen die Feaerspiralen zum Radialloch 23 in eier Wand des Düsenhalters 9, wobei das Kabel in geeigneter Weise abgedichtet ist gegen üllecken durch Durchgang 23 und verbunden ist mit dem Wallenformer 35.

Der Einspritzer ß ist von der Type, in der der Einspritzeraruck durch den Plattendruck einer gewöhnlichen Unterlegscheibe geregelt wird. Das beanspruchungsurawandeläe Element S 1 ist darin vorgesehen wie in den Abbildungen 5 und 6 gezeigt. Die Ilaaelventilstellvorrichtung P¹ umfaßt die Jüsenspiralfedel 15, die das nadelventil in Richtung Kontaktherstellung mit Ventilsitz 3 drängt. Der Federsitz 16 c ist vorgesehen am oberen Ende der Stoßstange 7, und das andere Ende derselben greift in Nadelventil 8 ein. Die Spiralfeder 15 wird zwischen Sitz 16c und Unterlegscheibe 16 d gepreßt. Der durch Vorrichtung P' gegen Nadelventil 8 in Richtung auf den Ventilsitz ausgeübte Druck kann dadurch geregelt werden, daß die Unterlegscheibe 16 d durch eine andere einer verschiedenen Stärke ersetzt v/ird.

Beim Hinzufügen des beanspruchungsumwandelnden Elements S 1 sollte dieses unmittelbar am den Düsenfeder sitz 16 c kommen oder an die Unterlegscheibe 16 d und zwar in isolierender Weise und so, daß der Eintritt von öl zwischen den aneinanderliegenden Teilen verhindert wird., z.B. kann die Füllvorrichtung 28 die Form eines

009809/1241

- ie -

Napfes haben mit einer dazu gehörigen peripheren Seitenwand 29· und einer dünnen federnden liodenwanu D, die als Membran wirkt. Der ouere Teil der wand 29' ist so vorgesehen, daß er gegen den entsprecnena geformten oberen Wandabschnitt des Hohlraums 29 im Einspritzdüsenhalter 29 anliegt,unu das Halbleiter-beanspruchungsumw«f£nue Element S 1 liegt an an eier oberen flachen Fläche 31 der uouenwand D in der Mühe der glitte derselben. In der Wähe der Mitte aer unteren Fläche der Membran D befindet sich ein Vorsprung 30, der die obere Fläche der Unterlegscheibe 16 b berührt. Beim Heben des Ventils biegt bezw. wölbt aer Druck der Ventilfeder, ausgeübt durch Unterlegscheibe 16 d und Vorsprung 30, die Membran D und das anliegende Element S 1 zur Abgabe eines elekttLschen Signals. Der Ausgangsdraht des Halbleiters S 1 wird aufwärts aus der Einspritzvorrichtung herausgeführt vermittels des Kabels 22, das durch das Loch 32 gent, das im Wandabschnitt 9¹ des Einspritzdüsenhalters 9 vorgesenen ist. Dieser Durchgang ist ebenfalls gegen Öllecken aogeaichtet. Der ausgehende Draht 19 ist ebenfalls an eine Klemme der elektrischen Quelle gelegt, die Zellen 33, und ist über einen Widerstand mit dem Impulsformer 35 verbunden. Die andere Zellenklemme ist an Erde gelegt wie auch die Eingangsklemme des Halbleiters aurch Draht 19" im Kabel.

In der vorliegenden Erfindung kann., wenn es gewünscht wird, daß nur der Zeitpunkt bestimmt wird, wann die Kraftäußerung zum Einspritzen des Kraftstoffs zu Beginn ausgeübt wird und der absolute Wert der Kraftäußerung nicht so wichtig ist, nur ein^ einziges Halbleiterbeanspruchungsmeßelement verwandt werden wie in den Abbildungen 5 und 6 gezeigt ist ,/Temperaturänderungen zu kompensieren, /da es nicht erforderlich ist,/

Die verwandten beanspruchungsumwandelnden Elemente können ein kristall-piezoelektrisches Element sein, in welchem Falle die elektrische Leitung groß ist. Aus diesem Grunde ist es bei Verwendung derartiger Elemente möglich, mehr als einige Kilovolt Leistung zu erzielen, was der Notwendigkeit enthebt, einen Verstärker zu benützen, und das Ausgangssignal kann unmittelbar zu dem Auslösestromkreis einer stroboskopischen Lampe geführt werden.

Die Einspritzzeitpunktbestimmungsmethode der vorliegenden Erfindung wird bewerkstelligt durch Verwendung des Einspritzers A oder B, oben beschrieben, an Stelle des Einspritzers des Motors

009809/1241

(z.B. Dieselmotor E, Abb. 7), dessen Einspritzzeitpunkt zu bestimmen gev/ünscht wird, wobei der Einspritzer an die Einspritzpumpe angescnlossen ist, so daß der Motor angetrieben wird. DeE Linspritzdruck aes Einspritzers A oaer B ist vor-eingestellt, damit er derselbe ist wie der Einspritzdruck des entfernten Einspritzers, indem der Druck der Düsenfeder geändert wird, wobei ein handelsüblicher Düsenprüfer zur Anwendung kommt. Dann wird, wie in Abb. 7 gezeigt, der Ausgangsbleidraht 19 des beanspruchungsunwalndenden Elements S in dem Einspritzer A oder B mittels Kabel 22 zu dem Wellenformer 35 durchgeschaltet, worin das elektrische Signal als ein Impuls besagten Elementes S verstärkt und differenziert vird,una gleichzeitig wird das Geräusch behoben und das Zuviel an Strom wird verringert. Die Ausgangsleistung von besagtem Wellenformer 35 wird durch den Leiterdraht 37 an üen Auslösestromkreis einer stroborkopischen Lampe herangeführt. Die Lampe 36 ist so angeordnet, daß sie Skala 40 beleuchtet mit dem Kurbelwinkel zwischen minus 40° C und plus 40 C in der Uachbarschaft der oberen Tatpunktlage, auf dem mit der Motorkurbelwelle verbundenen Schwungrad W. Befestigt an einem stationären Teil der dem Motorblock entgegengesetzten Skala 40 befindet sich eine Indexmarke 40 zum Zwecke der Ablesung im Hinblick auf besagte Kurbelwinkelskala 40.

Die VErwendungsart und die Betriebsweise können wie folgt erklärt werden: Der Einspritzdüsenausgang 2 des Einspritzers Ä oder B wird durch Ventil 8 unter dem Druck von Feder 15 geschlossen. Wenn jedoch Kraftstoff zur Kammer 12 geliefert wird gleichzeitig mit den Hin- und Herantriebsbewegungen des Kolbens der Einspritzpumpe und der Kraftstoffdruck den normalen Einspritzdruck erreicht, so wird der Vor-Federdruck überwältigt, so daß Auslaß 2 geöffnet wird und Kraftstoff in den Motorzylinder ausgespritzt wird. Die Kraft bezw. der Beanspruchungswechsel auf Nadelventil 8 wirkend, wird jedesmal wenn das Ventil den Sitz 3 verläßt, um den Kraftstoff auszuspritzen, durch das Element S 1 im Einspritzer in ein elektrisches Signal verwandelt. Dieses Signal bewirkt, daß Erregerstrom durch Draht 37 (Abb.7) zu der Zündspule des Auslösestromkreises der stroboskopischen Blinklampe 36 geht, und ein daraus sich ergebender Hochspannungsimpuls, der in dem Sekundärstromkreis erzeugt wird, wird

00980 9/12 4 1

an die stroboskopische Auslöseelektrode gegeben. Auf diese Weise gibt Lampe 36 einen Strahl von sich gleichzeitig mit dem Heben des Ventils des Einspritzers A oder B. Der Einspritzzeitpunkt wird abgelesen unter dem Strahl der Lampe durch Beobachten der entsprechenden Stellung der festen Markierung 41 im Hinblick auf die Kurbelwinkelwkala 40 gerade als ob der Motor stünde und nicht arbeitete.

Wenn die durch Beanspruchungswechsel im Umwände1-Element S erzeugten elektrischen Signale einem Oszillographen zugeleitet werden, lassen sich die Veränderung der normalen Düsenventilhebung sowie der Einspritzzeitpunkt des Einspritzers ablesen. Zu diesem %ΦΜφ+Μ.Ϊ Zweck wird das Kabel 37, das den Differentialverstärker und die stroboskopische Lampe 36 verbindet, mit einem (nicht dargestellten) Oszillographen verbunden, und es wird eine graphische Darstellung des Einspritzzeitpunktes, der Düsenventilhebung und des Kurbelwinkels, wie in Abb. 8 gezeigt, erzielt. In Abb. 8 zeigt die Abszisse den Kurbeiwinkel. Für Kurve I zeigt die Ordinate die Düsenventilhebung in Millimetern, wenn die Motorgeschwindigkeit 1000 U/min, beträgt. Für Kurve II zeigt die Ordinate den Auslöseimpuls (die Primärspannung) in der stroboskopiechen Blinklampe 36, wenn der Ladestrom augenblicklich durch die Primärseite des Auslösestromkreises geht zur Emission des Strahls der Lampe. Der normale Einspritz-

2 druck besagten Einspritzers ist 100 kg/cm .

Wenn daher der Druck des Kraftstoffs, der von der Einspritzpumpe geliefert wird, die an die Kraftstoffquelle angeschlossen ist, die Druckkraft der Düsenfeder der Nadelventildruckvorrichtung übersteigt, so verläßt das Nadelventil den Ventilsitz, und Kraftstoff wird ausgespritzt in den Zylinder. In diesem Augenblick erzeugt das Umwandlungselement S in der Kadelventildruckvorrichtung das elektrische Signal, um die Beanspruchungsveränderung infolge der Dpsenventilhebung,wie durch Kurve I der Abb. 8 dargestellt, zu zeigen, und der Punkt X besagter Kurve I zeigt den Beginn des Ventilöffnens und der Kraftstoffeinspritzung, wie sie bei minus 8° Kurbelwinkel stattfindet, an. Der Impuls zeigt weiterhin auf Kurve I eine maximale Ventilhebung von 1.0 mm, wobei das Ventil offen bleibt bis 4° Kurbelwinkel. Dies stellt natürlich ein MaS des Betrages eingespritzten Kraftstoffs dar.

009809/1241

Zu dem Zeitpunkt, in dem das Ventil den Ventilsitz verläßt, liefert das erzeugt Signal X Ladestrom augenblicklich an die Primärseite eines Transformators im Aus loses tr omkreis der stroboskopischen Lampe, und da es wünschenswert ist, daß der Auslöseimpuls Kurve II nicht verzögert wird im Hinblick auf den Beginn der Ventilhebung, wird ein konventioneller Differentialverstärker verwandt, um dieses Signal elektrisch zu verstärken und zu differenzieren und um die Zeitverzögerung dabei innerhalb eines statthaften Bereichs zu halten. Der steigende Punkt Y in Kurve II zeigt also den Beginn des Laaens der Primär-JTei te des Lampenaus lösestromkreises als nur sehr leicht hinter Punkt Y nacheilend. Diese Signalimpulse, die den Einspritzzeitpunkt, die Ventilhebung und die Lampenauslösung angeben, können ψ in abgetasteter Wellenform am Oszillographen beobachtet werden. Es ist auf diese Art möglich, die Menge gespritzten Kraftstoffs zu messen und zu errechnen für einen beliebigen gewählten Einspritzdruck bei beliebiger Motorgeschwindigkeit.

Die Motor-Einspritzzeitpunktbestimmung der oben beschriebenen Art kann geregelt werden, um den Motorlaufbedingungen zu entsprechen. So kann z.3. der Einspritzvorwinkel vorverlegt oder verzögert werden vermittels eines automatischen Zeitgebers, eines Unterdruckreglers oder eines Fliehkraftreglers, um automatisch den Einspritzzeitpunkt zu bestimmen im Hinblick auf den Uormalwert des EinspritzZeitpunktes unter Berücksichtigung der Auswirkung der Zeitbestimmung auf den Laufzustand des Motors.

Es ist ebenfalls möglich,gleichz eitig die Motorgeschwindigkeit zu erfahren, indem man die Frequenz eleketrlscher Leistungsimpulse X innerhalb einer Zeiteinheit zählt unter Verwendung eines elektromagnetischen Zählers oder eines elektrischen Zählers, oder indem man besagten Impuls in seinen analogen Viert verwandelt vermittels eines entsprechenden Stromkreises, um einen Spannungsmeßwert zu erhalten.

In Abb. 9 zeigt die Ordinate eine Einspritzzeitpunktbestimmung im Verhältnis zu dem Kurbelwinkel (in Graden), und die Abszisse die Motorgeschwindigkeit (in ü/Min.). Die Kurve III zeigt Messungen des Einspritz Zeitpunktes in Übereinstimmung mit der Methode der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Kurve IV, die

009809/1241

Messungen zeigt, wie sie erhalten worden durch aie konventionelle statische Linspritzzeitpunkfcoestiramungsinethode. Um Kurve IV zu emalten, vurae aie Linspritzzaitpunktbestimmung bei nicht lauienaera rlotor vorgenommen, währenu anuere erzielt wuraen aus ucn Eigenschafton _ues Motorreglers.

Bei besagter konventioneller statischer Methode ist das Rohr zur Linspritzzeitpunktbestinimung vorgesehen am Speiseventilhalter acr Einspritzpumpe, und aer Motor wird gedreht durch Drehen aer Kuroeiwellenscheibe, bis der Kraftstoff beinahe überzufließen ueginnt, wobei der Einspritzpumpcnkürper nach und nach nach rechts oder links gekippt wiru. und die öloberflache in besagtem Ronr zu steigen beginnt. Dies bedeutet, daß der Einspritzzeitpunkt z.B. bei 3 vor dem oberen Totpunkt der Kurbelwelle liegt. Der auf diese Weise erhaltene Einspritzzeitpunkt wird als der normale Einspritzzeitpunkt angesehen. Der Zeitpunkt/ in dem die Einspritzpumpe zu arbeiten beginnt, wird als Einspritzzeitpunkt betrachtet, aber die Länge des Kraftstoffrohres, das die Einspritzpumpe mit aem Einspritzer verbindet, wird bei dieser Messung nicht berücksichtigt. Die konventionelle Meßmethode berücksichtigt demnach nicht den unterschied (siehe a in Abb. 9) zwischen dem Arbeitsbeginn des Kolbens in der Einspritzpumpe und dem Beginn des Arbeitens aes Einspritzers, und es ist aus diesem Grunde unmöglich, den tatsächlichen Einspritzzeitpunkt zu erhalten wie er in Kurve III gezeigt wird.

In Übereinstimmung mit der Methode der vorliegenden Erfindung werden EinspritzZeitpunkt und Einspritzdruck durch dynamische messung erhalten, una es besteht keine Gefahr, daß Unterschiede auftreten zwischen tatsächlichen Werten von EinspritzZeitpunkt und -Geschwindigkeit und deren gemessenen Vierten.

Wie in den vorhergehenden Abschnitten erklärt, ist die Methode der Einspritzzeitpunktbestiiiimung der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei dem betreffenden Motor ein Einspritzer vorgesehen ist, der ein beanspruchungsumwandelndes Element an seiner Ventilstellvorrichtung aufweist, und die Beanspruchungsveränderung in besagter Vorrichtung wird zu dem Zeitpunkt, in welchem das Ventil den Ventilsitz verläßt, um den Kraftstoff auszuspritzen, in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das auf diese Weise erhaltene Sianal wird dazu verwandt, Erregerstrom zu

009809/12 41

BA» QWSINAL

1942A35

geben, um eine stroboskopische Lampe auszulösen, so daß diese gleichzeitig mit der Hebung des Einspritzer-Ventils blinkt. Eine den Kurbelwinkel zeigende Skala, die sich gleichzeitig mit der Kurbelwelle des Motors dreht und ein entgegengesetzter fester Indexstrich werden durch die Strahlen der Lampe beleuchtet und weraen beobachtet zwecks Ablesung des Kurvenwinkels zu dem Zeitpunkt der Einspritzung genau so, als ob sich der Motor im Ruhezustand befände.

Es kann daher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung der Einspritzzeitpunkt des Einspritzers bestimmt v/erden, während der Motor mit gleichförmiger Geschwindigkeit oder mit veranderlicher Geschwindigkeit läuft, und es ist solcherweise möglich, die Zeitpunkteinstellung zu konigieren, um den Laufbedingungen aes Motors gerechtzuwerden, indem man den Einspritzzeitpunkt vorverlegt bezw. verzögert. Auf solche Weise gemessen und eingestellt wird die Arbeitsweise des Motors verbessert, die Motorleistung erhöht und werden die in den Motor gegebenen Kraftstoff mengen verringert, was die hohe Konzentrierung unverbrannter Gase im Auspuff infolge unvollständiger Kraftstoffverbrennung verhindert.

Lin weiterer Vorteil der Erfindung bezieht sich auf die wichtige Funktion des Vermeidens von Motor-liachbrennen durch plötzliches Aufhören der Kraftstoffeinspritzung und des Vermeidens des Tropfens von Kraftstoff euren den Einspritzerauslaß. Kommt es zu Sekunuäreinspritzung nacn beendeter Llormaleinspritzung, so wird der gehobene Stand des Ventils während der Sekundäreinspritzung begleitet durch einen Beanspruchungswechsel in der Ventilstellvorrichtung, der ebenfalls durch das beanspruchungsumwandelde Element., das zum Einspritzer gehört, in ein elektrisches Signal verwandelt wird und dadurch einen Strahl der stroboskopischen Lampe bewirkt. Dies ist natürlich leicht zu beobachten bezw. zu entdecken, und es können dann Einstellungen vorgenommen werden, die das Wachbrennen oder die Sekundäreinspritzung vermeiden lassen. .

Diese Vorrichtung läßt sich leicht hinzusetzen und entfernen, da sie denselben Raum einnimmt wie ein Einspritzer ohne Vorrichtung, und die Vorrichtung läßt sich leicht einstellen und neuaufbauen. 009809/1241

Wenn auch gewisse spezifische Verwirklichungen der Erfindung gezeigt und beschrieben woraen sind, so ist es doch offenbar, daß viele Abänderungen dabei möglich sind. Die Lrfinaung soll daher nicht eingeschränkt werden auf das, was auf den Zeicnnungen und den Beschreibungen derselben gezeigt wird, sondern wird betrachtet als vernünftige und offenbare gleichwertige Verwirklichungen einschließend.

009809/1241

Claims

19A2A35

P ο t e, η t α η s ρ r U c h e :

¹ !!■■!, Ill I Il IIIH I ■ „ - \ ".

1) Verfahren zur dynamischen Bestimmung des Einspritzzeitpunktes eines Verbrennungsmotors mit einer Einspritzvorrichtung, die ein Ventil, eine Ventilschließvorrichtung und einen Ventilsitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Belastungsänderung in der Ventilschließvorrichtung ein elektrisches Signal erzeugt wird,"wenn das Einspritzventil von seinem Sitz abhebt, um Kraftstoff in den

ψ' Motor einzuspritzen, und daß weiterhin das Signal einer stroboskopischen Lampe zugeleitet wird, die so angebracht ist, daß sie eine von der Kurbelwelle gedrehte Kurbelwinkelskala beleuchtet, woraufhin dann im Licht der stroboskopischen Lampe der Einspritzzeitpunkt an der Kurbelwinkelskala relativ zu einer Indexmarke am Motorblock abgelesen wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal in einem beansprüchungsumwandelhden Element (Meßwertwandler), das an der Ventilschließvorrichtung anhaftet, erzeugt wird. ."■■■"-;; - , >

f 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das beanspruchungsumwandelnde Element ein drahtförmiger Dehnungsmeßstreifen ist. .-"'.■■- - ■" - ■ ■ ■;■- ■. -

4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das beonspruchungsumwandelnde Element ein Halbleiter ist.

5) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet^ daß das beanspruchungsumwandelnde Element ein piezoelektrischer Kristall ist· \

6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal auf einem Oszillographen zur Messung de* ein-ge-

00980 9/

2 4 3 5

spritzten Kraftstoffmenge und des tinspritzdruckes aufgezeichnet wird.

7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des elektrischen Signals innerhalb einer Zeiteinheit durch Verwendung einer elektrischen Zählvorrichtung ermittelt wird, sodaß die tiotordrehzahl und der Linspritzzeitounkt ermittelt werden können.

o) Vorrichtung zur Linspritzzeitpunktbestimmung bei einem laufenden Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch einen Verbrennungsmotor mit krnftstoffeinsDritzvoriichtunc:, welche ein den Kraftstoffauslaß steuerndes Ventil hat sowie eine Kraftstoffleitung, welche die Kraftstoff Speisepumpe mit der Linspritzvorrichtung derart verbindet, dab das Ventil angehoben und der Kraftstoffauslaß geöffnet wira, und und welche auch .\ittel hat, die das Ventil in die entgegengesetzte ivichtung drücken, um das Ventil zuschließen,, wobei dann Mittel zur Umwandlung von mechanischer Ceanspruchung in Elektrizität vorgesehen und so angeordnet sind, άαυ lieanspruchungsünaeruncen in der Ventilschließvorrichtung erfaßt werden und daß in de::: leitpunkt, in dem das ventxl beginnt, den Krcftstoffcuslau zu offnen und !kraftstoff aus dem cinspritzer in den Zylinder des Motors zu spritzen, ein oignal erzeugt wird, wobei weiterhin nittel zum Weiterleiten des Signals zwecks Auslösung einer stroboskopischen Lampe vorgesehen sind/ und wobei weiterhin eine Kurbelwinkelskala vorgesehen ist, die synchron mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors rotiert, sowie gegenüber dieser Kurbelwinkelskala am Motorblock eine Indenzmarke, und wobei endlich die stroboskopische Lampe so angeordnet ist, daß sie die Kurbelwinkelskala und die Indexmarke beleuchtet, sodaß der Kurbelwinkel zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung genau so gesehen oder betrachtet werden kann, als wenn der Motor still stünde.

009809/1241

- vr do

9) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließvorrichtung eine Schraubenfeder aufweist und daß das Mittel zum Umwandeln von Beanspruchung in ein elektrisches Signal ein Beanspruchungselement aufweist, welches zwischen der Schraubenfeder und einem Sitz für dieselbe innerhalb der Einspritzvorrichtung sitzt.

10) Vorrichtung nach Anspruch δ, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließvorrichtung eine Schraubenfeder aufweist und daß das Mittel zur umwandlung von beanspruchung in ein elektrisches Signal ein Halbleiter-Beanspruchungsmeßelement aufweist, das zwischen der Schraubenfeder und einem Sitz für dieselbe in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung sitzt.

11) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilschließvorrichtung eine Schraubenfeder ist, und daß das Mittel zur Umwandlung von Beanspruchung in ein elektrisches Signal einen piezoelektrischen Kristall aufweist, der zwischen der Schraubenfeder und einem Sitz dafür in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung sitzt.

12) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz für die Schraubenfeder eine druckempfindliche Vorrichtung aufweist, die eine zwischen der Spiralfeder uncl· einem festn Wandabschnitt der Einspritzvorrichtung sitzende Membran enthält, wobei das Beanspruchungsmeßelement bzw. der Meßwertwandler an die Membran angeheftet bzw. angeklebt ist.

00980 9/1241

'"original inspected

Leerseite