DE2011712B2 - Kraftstoff-Einspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem

Spritzversteller sowie einem Regler, der einen elektronischen Motorkennfeldgenerator zur Darstellung der Kennfelder der verwendeten Brennkraftmaschine und einen Stellregler enthält, dessen Führungsgröße die Ausgangsgröße des Kennfeldgenerators ist und der das Mengenstellwerk einer Einspritzpumpe betätigt.

Bei Dieselbrennkraftmaschinen, kurz Dieselmotoren genannt, wird im allgemeinen der zur Verbrennung benötigte Kraftstoff mit Hilfe einer Hochdruckeinspritzpumpe taktgerecht in die Verbrennungsräume des ι υ Dieselmotor^ eingespritzt. Da die Einspritzpumpe über Druckleitungen und Einspritzdüsen mit den Verbrennungsräumen verbunden ist, fällt der Beginn der Einspritzung nicht mit dem Beginn eines Druckhubes an der Einspritzpumpe zusammen, sofern unter dem Beginn des Druckhubes der Zeitpunkt verstanden wird, zu welchem die Verdrängung von Kraftstoff durch einen Druckkolben der Einspritzpumpe beginnt. Der von einem Druckkolben erzeugte Druck pflanzt sich als Druckwelle in den Druckleitungen zu den Cinspritzdüsen fort, so daß eine Zeitverzögerung zwischen dem Öffnen einer Einspritzdüse und dem Beginn des Druckhubes auftritt. Dieser zeitliche Unterschied, Einspritzverzögerung genannt, hängt unter anderem von der Länge der Druckleitungen, einem an den Düsen : > eingestellten Düsenöffnungsdruck und von der Drehzahl ab. Für den praktischen Motorbetrieb wirkt sich besonders der Einfluß der Drehzahl ungünstig aus. Wird nämlich innerhalb des Betriebsdrehzahlbereiches die Änderung der Einspritzverzögerung zu groß, so können »■' sich Voreinspritzwinkel ergeben, die keinen einwandfreien Motortrieb mehr gewährleisten. In solchen Fällen ist man gezwungen, eine besondere Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes während des Betriebes vorzusehen, sogenannte Spritzversteller. Bei J5 den bisher gebräuchlichen Dieselmotoren konnte im allgemeinen ein ausreichendes Betriebsverhalten erzielt werden, wenn die Spritzverstellung drehzahlabhängig erfolgte. Jedoch insbesondere bei schnellaufenden und Hochleistungs-Dieselmotoren kann das Betriebsverhaiten erheblich verbessert werden, wenn der Spritzbeginn nicht nur drehzahlabhängig, sondern auch lastabhängig verstellt wird. Entsprechende mechanische Systeme sind bereits bekannt (DE-OS 12 44 469), doch läßt sich mit ihnen nicht die erforderliche Genauigkeit erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dieselregler zu schaffen, dessen Spritzversteller den Einspritzbeginn sehr genau sowohl drehzahlabhängig als auch lastabhängig verstellt, und bei dem die Spritzverstellung eine beliebige, auch nicht lineare Funktion von den Betriebsgrößen des Dieselmotors ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem elektronischen Dieselregler der eingangs genannten Art darin, daß erfindungsgemäß der Spritzversteller einen elektronischen Spritzverstellkennfeld-Generator enthält, in dem jade gewünschte Spritzverstellabhängigkeit einstellbar ist, daß die Eingangsgrößen des Spritzverstellkennfeld-Generators die elektrischen Wer'e von Betriebs- und Steuergrößen der Brennkraftmaschine sind und daß die Ausgangsgröße des Spritzverstellkennfeld- wi Generators die Führungsgröße eines Spritzverstellreglers darstellt, der die mechanische Bewegung des Spritzverstellers bewirkt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Spritzversteller einen als Rechenverstärker geschalte- μ ten Operationsverstärker, dessen Eingangsgröße von einer Drehzahlspannung und einer Motorkennfeldspannung gebildet sind, wobei mindestens eine der Eingangsgrößen an eine Dioden-Widerstands-Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen Verhaltens angeschlossen ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform für die Stellregler sowohl für das Mengenstellwerk der Einspritzpumpe als auch für den Spritzversteller erhalten die Stellregler als Sollwerte die von den Kennfeldgeneratoren erzeugten Führungsgrößen und als Istwerte eine den Stellungen der mechanisch bewegten Teile entsprechende elektrische Größe. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellen die Ausgangsgrößen der Stellregler pulslängenmodulierte Signale dar, deren Tastverhältnis bei der Regelabweichung Null das Tastverhältnis von 1 :1 sich in einer Ruhestellung. Werden für die Verstellung große Kräfte benötigt, so empfiehlt es sich, daß die Stellglieder einen Hydraulikkolben und ein Umschaltmagnetventil enthalten, das von dem Stellregler betätigt ist, wobei mit Hilfe des Umschaltmagnetventils abwechselnd die den Hydraulikkolben betätigenden Druckmittelanschlüsse an eine Druckmittelquelle und/oder einen Druckmittelsammeitank angeschlossen sind.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einspritzanlage mit elektronischem Spritzversteller,

F i g. 2 ein mit dem elektronischen Spritzverstellkennfeld-Generator realisiertes Kennfeld,

F i g. 3 ein Schaltbild eines Spritzverstellkennfeld-Generators,

Fig.4 eine schematische Darstellung eines Stellreglers mit einem davon angesteuerten Hydraulikkolben und

F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Stellreglers.

In der Fig. 1 sind die beiden Wandler 10 und 11 vorhanden, in denen die Fahrpedalauslenkung α in eine proportionale Spannung Ux und in die Drehzahl η in eine dieser proportionalen Spannung U_n umgewandelt werden. Derartige Geber sind beispielsweise als induktive Weggeber oder als elektrische Drehzahlgeber seit langem bekannt. Die beiden Größen Utx und U_n werden in einen Motorkennfeldgenerator 12 eingegeben, an dessen Ausgang die Spannung Uk auftritt, die eine Führungsgröße für die jeweils einzuspritzende Kraftstoffmenge darstellt. Die Spannung U/, wird einem Stellregler 13 zugeleitet, dessen Ausgangsgröße einem Mengenstellwerk 14 einer Einspritzpumpe 15 zugeführt ist. Im Mengenstellwerk wird dabei eine elektrische Stellgröße in eine mechanische Größe umgewandelt. Bei einer Reiheneinspritzpumpe ist diese mechanische Stellgröße beispielsweise der Weg RWder Regelstange, wobei RWdie Abkürzung für Regelweg ist. Diese die Regelgröße des Stellreglers darstellende Größe wird in einem Wandler 16 in eine ihr proportionale Spannung URw umgewandelt und die Spannung Urw stellt die zweite Eingangsgröße des Stellreglers 1.3 dar, sie repräsentiert den Istwert des Stellreglers. Die Ausgangsspannung des Motorkennfeld-Generators 12 sowie die Drehzahlspannung LZ_n werden weiterhin einem Spritzverstellkennfeld-Generator 17 zugeleitet, an dessen Ausgang die Spannung Unw als Führungsgröße eines Spritzverstellreglers 18 auftritt. Die Ausgangsgröße des Spritzverstellreglers 18 ist einem Spritzverstellwerk 19 zugeführt dessen Eingang wiederum eine elektrische Größe und dessen Ausgang die Größe für die mechanische Spritzverstellung der Einspritzpumpe

15 darstellt. Diese Größe ist als Grad Nockenwelle, abgekürzt "NW, bezeichnet. Mit Hilfe eines Wandlers 20 wird aus der mechanischen Größe für die Spritzverstellung eine dieser Größe proportionaler Spannung Unw gewonnen, die als Istwert dem Spritzverstellregler zugeführt ist.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:

Das Kernstück des Dieselreglers ist der Motorkennfeldgenerator. Aus den beiden ihm zugeleiteten Größen, der Fahrpedalspannung Ux und der Drehzahlspannung U_n wird eine Kennfeldspannung Uk gewonnen, die der in jedem Augenblick einzuspritzenden Kraftstoffmenge entspricht. Eine Ausführung eines Kennfeldgenerators ist beispielsweise der DT-AS 12 67 905 zu entnehmen. Die Motorkennfeldspannung Uk stellt die Führungsgröße eines geschlossenen Regelkreises dar, dessen Regelgröße beispielsweise die Auslenkung der Regelstange einer Reiheneinspritzpumpe ist. Der Regelkreis umfaßt den Stellregler 13, das Mengenstellwerk 14 der Einspritzpumpe und den Wandler 16, der aus dem Regel weg R W der Regelstange eine elektrische Größe, die Spannung Urw, bildet. Die Eingangsgrößen des Spritzverstellkennfeld-Generators 17 sind die Drehzahlspannung U_n und die Ausgangsspannung Uk des Motorkennfeldgenerators 12. Aus diesen beiden Größen wird mit Hilfe des in den Spritzverstellkennfeld-Generator eingestellten Kennfeldes eine Spannung Unw erzeugt, die der Spritzbeginnverstellung, die für jeden Betriebszustand des Dieselmotors erforderlich ist, proportional ist. Die Größe Unw stellt wiederum die Führungsgröße eines Spritzverstellreglers dar, dessen Regelgröße die Spannung Unw ist. Der Spritzverstellregler 18, das Spritzverstellwerk 19 und der Wandler 20 sind ähnlich aufgebaut wie der Stellregler 13, das Mengenstellwerk 14 und der Wandler 16. Bei einer Reiheneinspritzpumpe, deren Druckkolben von einer Nockenwelle angetrieben werden, wird die Spritzverstellung durch verdrehen der Nockenwelle um einen bestimmten in Winkelgraden ausgedrückten Betrag bewirkt.

In den Diagrammen a und b der Fig. 2 ist ein Kennfeld eines Spritzverstellkennfeld-Generators dargestellt. In dem Diagramm a ist die Spannung Unw über der Drehzahl aufgetragen, und als Parameter der Kennlinienschar tritt die Last auf. Wie die Last auf die Spannung t7mv wirkt, ist im Diagramm b dargestellt. Die Lastabhängigkeit im gezeigten Ausführungsbeispiel ist nicht linear. Da die Motorkennfeldspannung der Last entspricht, kann die Last auf der Ordinate in Werten von Uk aufgetragen werden. Oberhalb einer durch Uko gekennzeichneten Last ist der Einfluß der Last auf die Kennfeldspannung größer als unterhalb dieses Wertes Uko.

Die Fig.3 zeigt das Schaltbild des Spritzverstellkennfeld-Generators. Der Spritzverstellkennfeld-Generator enthält einen Operationsverstärker 25 der zwei Eingänge aufweist, einen Pluseingang P und einen Minuseingang M. !st die Eingangsstufe des Operationsverstärkers 25 als Differenzverstärker ausgebildet, so ergibt sich die vorstehende beschriebene Eingangsschaltung mit einem Pluseingang P und einem Minuseingang M. Durch einen Transistor Tarn Ausgang des Operationsverstärkers ist der Aufbau der Ausgangsstufe des Operationsverstärkers 25 angedeutet. Der Pluscingang P ist über einen Widerstand 26 mit einer Minusleitung 27 und über einen Widerstand 28 mit einer Plusleitung 29 verbunden. Die Plusleitung 29 steht mit der positiven Klemme einer Betriebsspannungsquelle Ub in Verbindung; die Minusleitung 27 liegt an Masse. Der Minuseingang M des Operationsverstärkers ist über einen Arbeitswiderstand 32 mit seinem Ausgang verbunden und über einen Widerstand 30 mit einer Eingangsklemme 31. Von einer zweiten Eingangsklemme 33 führt ein Widerstand 34 zu einem Anschlußpunkt 35 und von diesem ein Widerstand 36 zum Minuseingang M. Vom Anschlußpunkt 35 führt die Reihenschaltung einer in Stromflußrichtung gepolten Diode 37 und eines Widerstandes 38 zum Anschlußpunkt 39 und vor dort über einen Widerstand 40 zur Minusleitung 27. Der Abgriffspunkt 44 eines aus den Widerständen 41 und 42 bestehenden zwischen die Plusleitung 29 und die Minusleitung 27 gelegten Spannungsteilers ist über eine in Stromflußrichtung gepolte Diode 43 an den Anschlußpunkt 39 gelegt. Von der Plusleitung 29 führt über die Widerstände 44, 45 und 46 ein weiterer Spannungsteiler an die Minusleitung 27. An seinem ersten Abgriffspunkt 47 ist die gewünschte Spritzverstellspannung Unw abnehmbar, und an seinen Abgriffspunkt 48 ist der Ausgang des Operationsverstärkers 25 angeschlossen.

Der in F i g. 3 dargestellte Spritzverstellkennfeld-Generator arbeitet folgendermaßen: Durch den aus den Widerständen 26 und 28 gebildeten Spannungsteiler wird das Potential des Pluseinganges P des Operationsverstärkers 25 auf konstantem Potential gehalten. Die Ansteuerung erfolgt lediglich über den Minuseingang M. Der Operationsverstärker 25 ist als Rechenverstärker geschaltet; als Rückführungswiderstand dient der Widerstand 32, und als Eingangswiderstand wirkt der Widerstand 30 bzw. das an die Eingangsklemme 33 angeschlossene Dioden-Widerstands-Netzwerk. Der Operationsverstärker wird über seinen Eingang Maus dem Grunde angesteuert, weil aus Sicherheitsgründen die Drehzahl η und die Drehzahlspannung U_n in umgekehrter Proportionalität zueinander stehen, das heißt, mit steigender Drehzahl fällt die Drehzahlspannung L/_n. Die umgekehrte Proportionalität zwischen Drehzahl und Drehzahlspannung erhöht deswegen die Sicherheit, weil so bei einem Zuleitungsbruch oder bei einer Störung des Drehzahlwandlers der Motor nicht überdreht werden kann, sondern dem Regler bereits vorgetäuscht wird, daß der Motor mit der höchsten im Kennfeld verarbeitbaren Drehzahl läuft.

Zur Erläuterung der Funktion der Schaltung wird zunächst angenommen, daß die Last des Motors konstant ist, daß also damit Uk konstant ist. Bei steigender Drehzahl wird nun U_n kleiner, aber aufgrund der im Operationsverstärker stattfindenden Vorzeichenumkehr wird die Spannung Unw positiver. Die Steigung der geraden LW über η wird durch das Verhältnis Widerstände 32 zu 30 bestimmt. Nun wird ein zweiter Betriebszustand angenommen, bei dem die Drehzahl η konstant ist und sich die Last, und damit die Spannung Ü_K verändert. Aus Sicherheitsgründen wird auch hier wieder ein umgekehrtes Proportionalitätsverhällnis zwischen der Last und der Motorkennfeldspannung Uk gewählt. Bei Null-Last hat somit die Motorkennfeldspannung Uk ihren größten Wert. Die Diode 37 ist dann leitend, weil das Potential des Abgriffspunktes 35 größer als das Potential des Abgriffspunktes 39 ist. Wird nun die Last vergrößert, se nimmt die Kennfeldspannung Uk ab. So lange die Diode 37 leitend ist, überträgt sich die Änderung der Kennfeldspannung Uk auf den Anschlußpunkt 35 und damit auf den Minuseingang M weniger als bei

gesperrter Diode 37, da der Anschlußpunkt 35 über die leitende Diode 37, den Widerstand 38 und die Diode 43 an den Abgriffspunkt 44 des aus den Widersländen 41 und 42 bestehenden Spannungsteilers angeschlossen ist. Unterschreitet nun die Spannung Uk den Wert Uko. überschreitet also die Last eine dieser Spannung entsprechenden Größe, so wird die Diode 37 gesperrt und die Spannung IA wirkt sich nun über die Widerstände 34 und 36 voll auf den Minuseingang Mdes Operationsverstärkers 25 aus. Bei gesperrter Diode 37 liegt also keine zusätzliche Belastung in der Eingangsschaltung zwischen der Klemme 33 und dem Minuseingang M, so daß dadurch die Verstärkung des Operationsverstärkers höher erscheint, als wenn über die leitende Diode 37 zusätzlich eine gegen Masse bezogene Belastung wirkt. Diese zusätzliche Belastung ergibt sich aus der Reihenschaltung des Widerstandes 38 mit der Parallelschaltung der drei Widerstände 40,41 und 42. Die Diode 43 ist ständig stromdurchflossen, sie dient lediglich zur Temperaturkompensation. Aus den Diagrammen der Fig. 2 geht hervor, daß sich die Spritzverstellung erst ab einer Mindestdrehzahl auswirkt und einen maximalen Wert nicht überschreiten kann. Diese beiden Forderungen lassen sich durch den aus den Widerständen 44, 45 und 46 bestehenden Ausgangsspannungsteiler erfüllen. Nimmt die Drehzahl beispielsweise hohe Werte an, so ist damit die Drehzahlspannung U_n klein. Aufgrund der Vorzeichenumkehr im Operationsverstärker 25 ist somit seine Ausgangsspannung groß, das heißt, daß der Transistor T gesperrt ist. Bei gesperrtem Transistor T wird die am Abgriffspunkt 47 abnehmbare Spannung Unw !ediglich durch das Verhältnis der Spannungsteilerwiderstände 44, 45 und 46 bestimmt. Im anderen Extremfall, in dem bei sehr kleinen Drehzahlwerten die Drehzahlspannung Un groß ist, ist aufgrund der Vorzeichenumkehr im Operationsverstärker dessen Ausgangsspannung niedrig, was bedeutet, daß der Transistor Γ voll durchgesteuert ist. Ist der Transistor Tjedoch stromführend, so ist der Widerstand seiner Kollektor-Emitter-Strecke gering und der zwischen den Abgriffspunkt 48 und Masse liegende Widerstand 46 wird über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Tkurzgeschlossen. Der am Abgriffspunkt 47 abnehmbare Spannungswert der Spannung Unw ist in diesem Falle somit nur von dem Verhältnis der Widerstände 44 und 45 abhängig. Für den größten und für den kleinsten Wert der Spritzverstellung sind auf die oben beschriebene Weise elektrische Anschläge vorhanden.

In der Fig.4 ist schematisch die Anordnung einer Verstellvorrichtung für entweder die Regelstange einer Einspritzpumpe oder den Angriffspunkt eines Spritzverstellers dargestellt. Ein Hydraulikkolben 55 wird über die beiden Druckmittelanschlüsse 56 und 57 mit Druckmittel versorgt. Der Hydraulikkolben 55 umfaßt einen Zylinder 59 in dem ein Arbeitskolben 60 längsbeweglich gleitet. Der Arbeitskolben 60 ist über eine Kolbenstange 61 aus dem Zylinder herausgeführt und mit dem mechanisch zu bewegenden Teil verbunden. Der Zylinder 59 wird durch den Arbeitskolben 60 in die beiden Druckkammern 62 und 63 geteilt, wobei sich die Druckkammer 62 auf Seiten des Druckmittelanschlusses 56 und die Druckmittelkammer 63 auf Seiten des Druckmittelanschlusses 57 befindet. Der Druckmittelanschluß 56 steht über eine Leitung 64 M mit einem Drucktank 65 in Verbindung; der Druckmittclanschluß 57 wird über eine Leitung 66 an ein Umschaltmagnetventil 67 angeschlossen, das je nach seiner Schaltstellung die Leitung 66 über eine Leitung 68 mit dem Drucktank 65 oder über eine Leitung 69 mit einem Sammeltank 70 verbindet. Die Kolbenstange 61 ist mit einem Wandler 71 verbunden, der die mechanische Bewegung der Kolbenstange in eine elektrische Größe umwandelt, die als Istwert einem Stellregler 72 zugeleitet ist. Dem Stelliegler 72 ist von einem Kennfcldgenerator 73 ein Sollwert zugeführt. Über eine als gestrichelte Linie angedeutete Verbindung 74 ist die Arbeitswicklung des Umschaltmagnetventils 67 an den Stellregler angeschlossen. Der Wandler 71 entspricht den Wandlern 16 oder 20 der Fig. 1; er ist in der Fig.4 als induktiver Wegegeber angedeutet. Als Kennfeldgenerator 72 kann sowohl der Motorkennfeldgenerator 12 oder der Spritzverstellkennfeld-Generator 17 der F i g. 1 eingesetzt werden.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Das Umschaltmagnetventil 67 verbindet in seiner Ruhestellung, die in Fig.4 angegeutet ist, die Kammer 63 des Zylinders 59 über die Leitung 66 mit dem Sammeltank 70. Da die Kammer 62 über den Anschluß 56 und die Leitung 64 ständig mit dem Drucktank verbunden ist, bewegt sich bei Ruhestellung des Umschaltmagnetventils 67 der Kolben 60 in seine rechte Endlage, die bei einer Einspritzpumpe beispielsweise der Null-Stellung der Regelstange entspricht. Während des Betriebes wird das Umschaltmagnetventil mit einer vom Stellregler festgelegten Frequenz ständig geschaltet. Die vom Stellregler gelieferten Schaltbefehle stellen dabei ein pluslängenmoduliertes Signal dar. Ist die Differenz zwischen Sollwert und Istwert Null, so liefert der Stellregler ein Schaltsignal, dessen Tastverhältnis 1 :1 ist. Während gleichlanger Zeitspannen wird dann die Kammer 63 abwechselnd mit dem Drucktank 65 und dem Sammeitank 70 verbunden, so daß der Kolben 60 eine Schwingbewegung um seine Sollwertlage ausführt. Die Größe der Schwingbewegung um eine Sollwertlage hängt von der Schaltfrequenz des Umschaltmagnetventils 67 ab. Um zu erreichen, daß die Verstellkräfte in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens 60 gleich groß sind, muß die die Kammer 63 begrenzende Arbeitskolbenfläche doppelt so groß sein, wie die Arbeitskolbenfläche, auf die der Druck der Kammer 62 wirkt. Dieses Flächenverhältnis ist deswegen erforderlich, weil die Kammer 62 ständig unter Druck steht, die Arbeitskolbenfläche an dieser Kammer jedoch um die Fläche der Kolbenstange 61 kleiner ist als die gegenüberliegende Arbeitskolbenfläche an der Kammer 63. Sind beide Kammern an den Drucktank angeschlossen, so ist die Arbeitskolbenfläche an der Kammer 63 um die Querschnittsfläche der Kolbenstange 61 größer und die resultierende Verstellkraft ergibt sich aus dem Produkt des Druckes mit der Kolbenstangen-Querschnittsfläche. Ist die Kammer 63 über das Umschaltmagnetventil 67 mit dem Sammeltank 70 verbunden, so steht nur in der Kammer 62 ein Druck an, der den Arbeitskolben bewegt. Bei dieser Bewegung ergibt sich die Verstellkraft aus dem Produkt von dem in der Kammer 62 herrschenden Druck mit der Differenz der Arbeitskolbenfläche mit der Fläche der Kolbenstange61.

Die F i g. 5 zeigt ein Schaltbild eines Stellreglers oder Spritzverstellreglers. Der Stellregler enthält einen Operationsverstärker 80 der einen Minuscingang Mund einen Pluseingang P aufweist. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Arbeitswiderstand 81 mit seinem Minuseingang M und über einen Mitkopplungswiderstand 82 mit seinem Pluscingang P

verbunden. Vom Ausgang des Operationsverstärkers ist ferner ein Widerstand 83 an eine Plusleitung 84 gelegt, die an eine Versorgungsspannung Üfo angeschlossen ist. Vom Pluseingang P führt ein Eingangswiderstand 85 zu einer Eingangsklemme 86. Vom Minuseingang Λ-/ ist ein Kondensator 87 an eine Minusleitung 88 gelegt, die mit Masse verbunden ist. Ferner ist der Minuseingang M über einen Eingangswiderstand 89 mit dem Emitter eines Transistors 90 verbunden. Der Kollektor des Transistors 90 liegt an der Minusleitung 88, sein Emitter ist über einen Widerstand 91 mit der Pluslekung 84 verbunden und seine Basis liegt über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 92 und einem Kondensator 93 an Masse. Eine Eingangsklemme 94 ist über eine in Stromflußrichtung gepolte Diode 95 an die Basis des Transistors 90 angeschlossen. Eine weitere Plusleitung 96 ist an eine Versorgungsspannungsquelle Ub\ angeschlossen und steht über einen Widerstand 97 mit dem Pluseingang P des Operationsverstärkers 80 in Verbindung. Zur Betätigung eines Magnetventils MVist an den Ausgang des Operationsverstärkers 80 ein dreistufiger Leistungsverstärker angeschlossen. Der Verstärker enthält die Transistoren 98, 99 und 100. Die Basis des Transistors 98 ist über einen Widerstand 101 an den Ausgang des Operationsverstärkers 80 angeschlossen und über einen Widerstand 102 mit der Minusleitung 88 verbunden. Der Kollektor des Transistors 98 ist über einen Widerstand 103 mit der Plusleitung 84 verbunden, sein Emitter liegt an Masse. An den Kollektor des Transistors 98 ist ferner die Basis des Transistors 99 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 99 ist über einen Widerstand 104 an die zweite Plusleitung 96 angeschlossen, sein Emitter steht mit der Basis des Transistors 100 in Verbindung. Die Transistoren 99 und 100 bilden zusammen eine sogenannte Darlingtonstufe. Der Emitter des Transistors 100 liegt an Masse und der Kollektor dieses Transistors ist über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 105 mit einem Kondensator 106 an den einen Anschluß der Arbeitswicklung des Magnetventils MV angeschlossen. Der andere Anschluß der Arbeitswicklung des Magnetventils MVliegt an der Plusleitung 96. Darüber hinaus ist der Kollektor des Transistors 100 über die Reihenschaltung eines Widerstandes 107 mit einer in Sperrichtung geschalteten Diode 108 mit der Plusleitung 86 verbunden.

Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen:

An die Eingangsklemme 86 wird die Kennfeldspannung Uk angeschlossen, an die Eingangsklemme 94 die den Istwert darstellende Spannung Urw oder auch U NW. Es wird zunächst angenommen, daß die Spannungen an dem Pluseingang P und an dem Minuscingang M des Operationsverstärkers 80 gleich groll sind. Zur Erläuterung des Schwingverhaltens wird ferner angenommen, daß sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 80 von etwa + Ubi nach Null sprungartig verändert hat. Der am Ausgang des Operationsverstärkers 80 liegende Anschluß des Arbeilswiderstandes 81 nimmt demzufolge etwa Massepotenlial an, so daß sich der Kondensator 87 über den Widerstand 81 entladen kann. Infolge der Entladung des Kondensators 87 sinkt die Spannung am Minusuingung M. Sobald die Spannung am Minuseingang M kleiner geworden ist, als die Spannung am Pliiseingang /', uMlslchl zwischen /'und M eine Spannungsdifferenz, die den Operationsverstärker wiederum in seine andere positive Endlage steuert. Aufgrund der Mitkopplung wird ein schnelles Schaltverhalten erreicht. Ein Teil des am Ausgang des Operationsverstärkers 80 auftretenden Spannungssprunges überträgt sich über den Mitkopplungswiderstand 82 auf den Pluseingang P, so daß die Spannung am Pluseingang P einen kleinen positiven Sprung vollzieht. Gleichzeitig ist der Kondensator 87 über den Widerstand 81 nun an + Übi angeschlossen

to und lädt sich auf. Sobald jetzt beim Aufladen die Spannung an M die Spannung an P übersteigt, entsteht zwischen den Eingängen P und M eine derartige Spannungsdifferenz, daß dadurch der Operationsverstärker wieder in seine andere Endlage umgeschaltet wird. Nun kann sich der Kondensator 87 wieder über den Arbeitswiderstand 81 entladen, und der Spannungssprung des Umschaltens überträgt sich durch den Mitkopplungswiderstand 82 auf den Pluseingang P, so daß an diesem jetzt ein negativer Spannungssprung auftritt. Die Spannung an P befindet sich unmittelbar nach dem Umschalten unter der Spannung an M, und erst wenn sich der Kondensator 87 über den Arbeitswiderstand 81 so weit entladen hat, daß die Spannung am Minuseingang M die Spannung am Pluseingang P unterschreitet, kann der Operationsverstärker erneut umschalten. Die Frequenz, mit der der Operationsverstärker 80 schwingt, hängt von der Zeitkonstante des von dem Kondensator 87 und dem Arbeitswiderstand 81 gebildeten RC-Gliedes sowie von der Größe des über den Widerstand 82 auf den Pluseingang P übertragenen Spannungssprunges beim Umschalten ab. Sofern keine zusätzlichen äußeren Spannungen auf die Eingänge des Operationsverstärkers wirken, ist der Spannungssprung, der sich auf den Pluseingang P beim Springen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers von Masse auf + Ubi überträgt genauso groß, wie der Spannungssprung, der sich bei umgekehrter Schaltrichtung überträgt. Auf diese Weise ergibt sich ein Tastverhältnis von 1:1. Wird nun z. B. der von der Eingangsklemme 86 auf den Pluseingang P wirkende Sollwert positiver, so dauert das Aufladen des Kondensators 87 länger und das Entladen verkürzt sich. Dadurch bleibt das Magnetventil MV länger eingeschaltet und kürzer ausgeschaltet, und somit kann sich der Hydraulikkolben 55 verstellen, bis die Spannungsdifferenz zwischen Sollwert und Istwert wiederum Null geworden ist.

Da die Einschaltzeit eines Magnetventils nicht nur von der Form der Impulse abhängt, die an seiner Arbeitswicklung gelegt werden, sondern auch von der Höhe der Spannung, an die die Arbeitswicklung angeschlossen ist, würde sich das Tastverhältnis mit der Änderung einer Batteriespannung ebenfalls ändern. Betrachtet man die Spannungsquellc Ub\ als Fahrzeugbatterie, an die das Magnetventil MVangeschlossen ist, so wirken sich Änderungen der Spannung Ub\ über den Widerstand 97 auf den Pluseingang P des Operationsverstärkers 80 aus. Der Einfluß von Änderungen der Spannung Ub\ auf das Tastverhältnis der gesamten Anordnung wird somit kompensiert. Der von der Basis des Transistors 90 zur Masse gelegte Kondensalor 93 übt einen zusätzlichen Einfluß auf den zeitlichen Verlauf der an der Eingangsklemme 94 wirkenden Istwerlspannung Uinv aus. Das dynamische Verhalten des Kegclkreises kann auf diese Weise huuinfliißl werden.

Hierzu 5 llhilt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Kraftstoff-Einspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem Spritzversteller sowie einem Regler, der einen elektronischen Motorkennfeldgenerator zur Darstellung der Kennfelder der verwendeten Brennkraftmaschine und einen Stellregler enthält, dessen Führungsgröße die Ausgangsgröße des Kennfeldgenerators ist und der das Mengenstellwerk einer Einspritzpumpe betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzversteller einen elektronischen Spritzverscellkennfeld-Generator (17) enthält, in dem jede gewünschte Spritzverstellabhängigkeit einstellbar ist, daß die Eingangsgrößen des Spritzverstellkennfeld-Generators die elektrischen Werte von Betriebs- und Steuergrößen der Brennkraftmaschine sind und daß die Ausgangsgröße des Spritzverstellkennfeld-Generators (Unw) die Führungsgröße eines Spritzverstellreglers (18) darstellt, der die mechanische Bewegung des Spritzverstellers bewirkt.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzverstellkennfeld-Generator (17) einen als Rechenverstärker geschalteten Operationsverstärker (25) enthält, dessen Eingangsgrößen von einer Drehzahlspannung (U_n) und einer Motorkennfeldspannung (Uk) gebildet sind, und daß mindestens eine der Eingangsgrößen an eine Dioden-Widerstands-Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen Verhaltens angeschlossen ist.

3. Einspritzanlage nach Anspruch 2, bei der die Eingangsgrößen dem Operationsverstärker über Summierwiderstände zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand, über den die Motorkennfeldspannung (Uk) zugeleitet ist, unterteilt ist (34,36), daß an den dadurch gebildeten Abgriff (35) eine Diode (37) und die Reihenschaltung zweier Widerstände (38, 40) nach Masse gelegt ist, daß an den Abgriffspunkt (39) letzterer Widerstände (38,40) die Kathode einer Diode (43) angeschlossen ist, deren Anode mit dem Abgriffspunkt (44) eines aus zwei Widerständen (41,42) gebildeten zwischen Betriebsspannung und Masse liegenden Spannungsteiler angeschlossen ist.

4. Einspritzanlage nach Anspruch 2, bei der die letzte Stufe des Operationsverstärkers von einem Transistor (T) in Emitterschaltung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Operationsverstärkers an einen Abgriff (41) eines so mindestens drei Widerstände (44, 45, 46) umfassenden Spannungsteiler angeschlossen ist und daß das Ausgangssignal an einem anderen Abgriff (48) des so gebildeten Spannungsteilers abnehmbar ist.

5. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Stellreglern für das Mengenstellwerk und den Spritzversteller als Sollwerte die von den Kennfeldgeneratoren erzeugten Führungsgrößen und als Istwerte eine den Stellungen der mechanisch bewegten Teile entspre- *>o chende elektrische Größe zugeleitet sind, daß die Ausgangsgrößen der Stellregler pulslängenmodulierte Signale darstellen, die bei der Regelabweichung Null das Tastverhältnis von 1 :1 aufweisen, wobei die Stellglieder zum Erzeugen der mechanisehen Bewegungen bei Ansteuerung mit dem Tastverhältnis 1 :1 sich im Ruhezustand befinden.

6. Einspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die Stellglieder einen Hydraulikkolben (55) und ein Umschaltmagnetventil (67) enthalten, das von einem der Stellregler betätigt ist, und daß mit Hilfe des Umschaltmagnetventils (67) abwechselnd die den Hydraulikkolben betätigenden Druckmittelanschlüsse an einen Drucktank (65) und/oder einen Druckmittelsammeitank (70) angeschlossen sind.

7. Einspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden unter Einwirkung des Druckmittels stehenden Flächen des Hydraulikkolbens (60) das Flächenverhältnis von 1 :2 aufweisen, daß der Druckmittelanschluß (56) auf Seiten der kleineren Fläche unmittelbar mit dem Drucktank (65) und der gegenüberliegende Druckmittelanschluß (57) von dem Umschaltmagnetventil (67) abwechselnd an den Drucktank und den Druckmittelsammeltank (70) angeschlossen ist.

8. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellregler jeweils einen Operationsverstärker (80) mit zwei Eingangsanschlüssen entgegengesetzter Polarität (P, M) aufweisen (Differenzverstärker), an dessen positiven Eingang (P)das Spritzverstellkennfeld und an dessen negativen Eingang (M) der Istwert eingegeben ist, daß von einem der beiden Eingänge ein Kondensator (87) zur Masse und einen Arbeitswiderstand (81) zum Ausgang des Operationsverstärkers gelegt ist und daß der andere der beiden Eingänge des Operationsverstärkers (80) über einen Mitkopplungswiderstand (82) ebenfalls an den Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossen ist.

9. Einspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Istwertspannung über einen Emitterfolger (90) dem Verstärkereingang zugeführt ist, an dem der Arbeitswiderstand (81) und der nach Masse führende Kondensator (87) angeschlossen ist.

10. Einspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Kennfeld über einen Additionswiderstand verbundene Operationsverstärkereingang (P) über einen Kompensationswiderstand (97) mit derjenigen Spannungsquelle (Ub 1) verbunden ist, an die das Magnetventil angeschlossen ist.

11. Einspritzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwertspannung über den Emitterfolger (90) an den negativen Eingang (M) des Operationsverstärkers (80) angeschlossen ist, so daß der Operationsverstärker bei Ausfall der Istwertspannung über den Arbeitswiderstand des Emitterfolgers an positiver Spannung liegt, so daß dadurch das Magnetventil stromlos wird und die Verstelleinrichtungen ihre Nullage einnehmen.

12. Einspritzanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des dynamischen Regelverhaltens an dem Eingang für die Istwertspannung ein Vorhalte- oder Verzögerungsglied angeschlossen ist.

13. Einspritzanlage nach Anspruch 12 und Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Emitterfolgers über einen Kondensator (93) an Masse angeschlossen ist.