DE2011712C3 - Kraftstoff-Einspritzanlage einer Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
Kraftstoff-Einspritzanlage einer DieselbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoff-Einspritzanlage
einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem
20 Π 712
Spritzverteiler 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
Dieselmotors eingespritzt. Da cjie 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 Einspritzdüsen fort, so daß eine Zeitverzögerung zwischen dem
öffnen eirrer Einspritzdüse und dem Beginn des
Druckhubes auftritt. Dieser zeitliche Ünter-chied, 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 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 Betriebsverhalten
erheblich verbessert werden, wenn der Spritzbeginn nicht nur drehzahlabhängig, sondern auch lastabhängig
verstellt wird. Entsprechende mechanische Systeme sind bereits bekannt (DE-OS 1? 44 469), doch läßt sich
mit ihnen nicht die erforderliche Genauigkeit erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dieselregler Zi schaffen dessen Spritzverteiler den
Einspritzbeginn sehr genau sowohl drehzahlabhängig als auch lastabhängig verstellt, und bei dem die
Spritzverstellung eine beliebige, auch nicht lineare Funktion von den Betriebsgi rßen des Dieselmotors ist.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem elektronischen Dieselrigler der eingangs genannten An darin,
daß erfindungsgemäß der Spritzversteller einen elektronischen Spritzverstellkennfeld-Generator enthält, in
dem jede gewünschte Spritzverstcllabhängigkeit 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
die Führungsgröße eines Sprilzverstellreglers darstellt, der die mechanische Bewegung des
Spritzverteiler bewirkt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Spritzversteller einen als Rechenveretärker geschalteten
Operationsverstärker, dessen Eingangsgröße von einer Drehzahlspannung und einer Motorkennfeldspannune
gebildet sind, woki mindestem eine der
Eingangsgrößen an eine Dioden-Widerstands-Anordnung zur Erzeugung eines nichtlinearen Verhaltens
angeschlossen ist. Bei einer vorteilhaften Ausffihrungsform
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
lu 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
ι '< 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
.it an eine Druckmittelquelle und/oder einen Druckmittelsammeltank
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 Spritzverstellkenn-
F i g. 2 ein mit dem elektronischen Spritzverstellkenn-
>■■< feld-Generator realisiertes Kennfeld,
F i g. 3 ein Schaltbild eines Spritzverstellkennfeld-Generators,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Stellreglers
mit einem davon angesteuerten Hydraulikkolben
r> und
F i g. 5 ein Blockschaltbild eines Stellreglers.
In der Fig. 1 sind die beiden Wandler IO und Il vorhanden, in denen die Fahrpedalauslenkung « in eine proportionale Spannung Ux und in die Drehzahl η in
In der Fig. 1 sind die beiden Wandler IO und Il vorhanden, in denen die Fahrpedalauslenkung « in eine proportionale Spannung Ux und in die Drehzahl η in
ίο eine dieser proportionalen Spannung Un umgewandelt
werden. Derartige Geber sind beispielsweise als induktive Weggeber oder als elektrische Drehzahlgeber
seit langem bekannt. Die beiden Größen Ux und Un
werden in einen Motorkennfeldgenerator 12 eingege-
4> ben, an dessen Ausgang die Spannung Uk auf'.ritt, die
eine Führungsgröße für die jeweils eimuspritz°nde Kraftstoffmenge darstellt. Die Spannung Ut wird einem
Stellregler 13 zugeleitet, dessen Ausgangsgröße einem Mengenstellwerk 14 einer Einspritzpumpe 15 zugeführt
ίο ist. Im Mengenstellwerk wird dabei eine elektrische Stellgröße in eine mechanische Größe umgewandelt.
Bei einer Reiheneinspi'itzpumpe ist diese mechanische Stellgröße beispielsweise der Weg RWder Regelstange,
wobei RW die Abkürzung für Regelweg ist. Diese die
v> Regelgröße des Stellreglers darstellende Größe wird in
einem Wandler 16 in eine ihr proportionale Spannung Urw umgewandelt und die Spannung Uhw stellt die
zweite Eingangsgröße des Stellreglers 13 dar, sie repräsentiert den Istwert des Stellreglers. Die Aus-
Mi gangsspannung des Motorkennfeld-Generators 12 sowie
die Drehzahlspannung Un werden weiterhin einem Spritzverstellkennfeld-Generator 17 zugeleitet, an dessen
Ausgang die Spannung Uhw als Füh'ungsgröße eines1 Spritzverstellreglers 18 auftritt. Die Ausgangsgrö-
ίϊ ße d*s Spritzverstellreglers 18 is· einem Spritzverstellwerk
19 zugeführt c'cssen Eingang wiederum eine elelcirische 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
Spritzverslellung eine dieser Größe proportionaler Spannung U-nw 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 Un und der Drehzahlspannung Un wird eine Kennfeldspannung Ut gewonnen, die der in
:~dem Augenblick einzuspritzenden Kraftstoffmenge entspricht. Eine Ausführung eines Kennfeldgenerators
ist beispielsweise der DT-AS 12 67 905 zu entnehmen.
Die Motorkennfeldspannung Ui, stellt die Führungsgröße
eines geschlossenen Regelkreises dar, dessen Regelgröße beispielsweise die Auslenkung der Regel-
+ " D * 1% ' *>
Wtt't ■■ 111. " A Γ\λ D ACVaILt t*fl If?
"""t' »."Ι·.· ,.^...^lliiup. l...Ku,„pt ,„.. „_, ...J
umlaDl den Stellregler 13, das Mengenstellwerk 14 der
Einspritzpumpe und den Wandler 16, der aus dem Regclweg ftWder Regelstange eine elektrische Größe,
die Spannung Urw, bildet. Die Eingangsgrößen des
Spritzverstellkennfeld-Generators 17 sind die Drehzahlspannung Un und die Ausgangsspannung Ut 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 tür jeden
Betriebszustand des Dieselmotors erforderlich ist, proportional ist. Die Größe U\n stellt wiederum die
Führungsgröße eines Spritzverstellreglers dar, dessen Regelgröße die Spannung U vw 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 i/vwübor
der Drehzahl aufgetragen, und als Parameter der
Kcnnlinienschar tritt die Last auf. Wie die Last auf die Spannung Ünw wirkt, ist im Diagramm bdargestellt. 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 wurden. Oberhalb einer durch Uno
gekennzeichneten Last ist der Einfluß der Last auf die Kennfeldspannung größer als unterhalb dieses Wertes
Uκη.
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. Ist 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 7~am Ausgang des Operationsverstärkers ist der Aufbau der Ausgangsstufe
des Operationsverstärkers 25 angedeutet Der Pluseingang 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 Minuscingang 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 39 111-"4 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 tine
in Stromflußrichtiing gepolte Diode 43 an den
Anschlußpunkt 39 gelegt. Von der Plusleitung 29 führt über die Widerstände 44, 45 und 46 ein weiter·'
^itinniinnciüilpr or» Axt* k^iniicl--*>iiiricT 77 An cpinpm
ersten Abgriffspunkt 47 ist die gewünschte Spritzverstellspannung Unw abnehmbar, und an seinen Abgriffspunkt 48 ui der Ausgang des Operationsverstärkers 25
angeschlossen.
Der in F i g. 3 dargestellte Spritzverstellkennfeld-Generüioi"
arbeitet folgendermaßen: Durch den aus den Widerständen 26 und 28 gebildeten Spannungsteiler
wird das Potential o<-v Pluseinganges P des Operationsverstärke
τ 25 auf konstantem Potential gehalten. Die Ansteuerung erfolgt lediglich über den Minuseingang
M. Der Operationsverstärker 25 ist als Rechenverstärker geschaltet: als Rückführungsvidc-^t^nd dient der
Widerstand 32, und als Eingangsv/klcfstand wirkt der
Widerstand 30 bzw. das an die Eingangsklemme 33 angeschlossene Dioden-Widerstands-Netzwerk. Der
Operationsverstärker wird über seinen Eingang M aus dem Grunde angesteuert, weil aus Sicherheitsgründen
die Drehzahl η und die Drehzahlspannung Un in
umgekehrter Proportionalität zueinander stehen, das heißt, mit steigender Drehzahl fällt die Drehzahlspannung
Un- Die umgekehrte Proportionalität zwischen Drehzahl und Drehzahlspannung erhöht deswegen die
Sicherheit, weil so bei einem Zuleitungsbmch oder bei einer Störung des Drehzahlwandlers der Motor niehl
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 Un kleiner, aber aufgrund
der im Operationsverstärker stattfinde. Jen Vorzeichenumkehr wird die Spannung Unw positiver
Die Steigung der geraden Unw Ober η wird durch das
Verhältnis Widerstände 32 zu 30 bestimmt. Nun wird eir zweiter Betriebszustand angenommen, bei dem die
Drehzahl η konstant ist und sich die Last, und damit die Spannung OK verändert. Aus Sicherheitsgründen wird
auch hier wieder ein umgekehrtes Proportionalitätsverhältnis 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 de; Abgriffspunktes 35 größer als das Potential de;
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 dei Kennfeldspannung Uk auf den Anschlußpunkt 35 unc
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 Widerständen 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 Uk wirkt sich nun über die Widerstände 34 und 36 voll auf den Minuseingarig M des
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 gegti· 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 siromdurchfiossen, sie
■"li':nt 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 Un klein. Aufgrund der Vorzeichenumkehr
im Operationsverstärker 25 ist somit seine Ausgangsspannung groß, das heißt, daß der Transistor T
gesper. ι ist. Bei gesperrtem Transistor Γ wird die am Abgriffspunkt 47 abnehmbare Spannung Unw lediglich
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 T 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 /"kurzgeschlossen. 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 Druckmittelanschiüsse 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 mit einem Drucktank 65 in Verbindung; der
Druckmittelanschluß 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 Stellregler 72 ist von einem Kennfeldgenerator 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 entsprich1 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. I eingesetzt werden.
Die beschriebene Anordnung arbeitet folgendermaßen: Das Umschaltmagnetventil 67 verbindet in seiner
Ruhestellung, die in F i g. 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 : I ist. Während gleichlanger Zeitspannen wird dann die Kammer 63 abwechselnd mit dem Drucktank 65 und
dem Sammeltank 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 Kolbenstange
61.
Die F i g. 5 zeigt ein Schaltbild eines Stellreglers oder Spritzverstellreglers. Der Stellregler enthält einen
Operationsverstärker 80 der einen Minuseingang Aiund
einen Pluseingang P aufweist Der Ausgang des Operationsverstärkers ist über einen Arbeitswiderstand
81 mit seinem Minuseingang M und über einen Mitkopplungswiderstand 82 mit seinem Pluseingang P
verbunden. Vom Ausgang des Operationsverstärkers ist ferner ein Widerstand 83 an eine Plusleitung 84 gelegt,
die an eine Versorgungsspannung Übi angeschlossen ist. Vom Pluseingang P führt ein Eingangswiderstand 85 zu
einer Eingangsklemme 86. Vom Minuseingang Mist ein Kondensator 87 an eine Minusleitung 88 gelegt, die mit
Masse verbunden ist. Ferner ist der Minuseingang M über einen Eingr"igswiderstand 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 Plusleitung 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 MKist
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 LJ'Nw- Es wird zunächst angenommen, daß die
Spannungen an dem Pluseingang P und an dem Minuseingang M des Operationsverstärkers 80 gleich
groß sind. Zur Erläuterung des Schwingverhaltens wird ferner angenommen, daß sich die Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 80 von etwa + Ufo nach Null
sprungartig verändert hat. Der am Ausgang des Operationsverstärkers 80 liegende Anschluß des Arbeitswiderstandes
81 nimmt demzufolge etwa Massepotential an, so daß sich der Kondensator 87 über den
Widerstand 81 entladen kann. Infolge der Entladung des Kondensators 87 sinkt die Spannung am Minuseingang
M. Sobald die Spannung am Minuseingang M kleiner geworden ist, als die Spannung am Pluseingang P
entsteht zwischen rund Meine Spannungsdifferenz, die
den Operationsverstärker wiederum in seine andere positive Endlage V.euert. 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 + Ufo angeschlossen und lädt sich auf. Sobald jetzt beim Aufladen die
Spannung an M die Spannung an Pübersteigt, 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
M 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 + Ufo überträgt genauso groß, wie der Spannungssprung, der
sich bei umgekehrter Schaltrichtung überträgt. Auf diese Weise ergibt sich ein Tastverhältnis von 1:1. Wird
*o 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 langer 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 Spannungsquelle Ub\ als Fahrzeugbatterie, an die das Magnetventil Af ^angeschlossen 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 Kondensator 93
übt einen zusätzlichen Einfluß auf den zeitlichen Verlauf der an der Eingangsklemme 94 wirkenden Istwertspannung
Urw aus. Das dynamische Verhalten des Regelkreises
kann auf diese Weise beeinflußt werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
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 Spritzverstellkennfeld-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. Einsprititanlage nach Anspruch 1. dadurch
gekennzeichnet, daß der Spritzverstellkennfeld-Generator
(17) einen als Rechenverstärker geschalteten Operationsverstärker (25) enthält, dessen Eingangsgrößen
von einer Drehzahlspannung (Un) 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 Eing-enpswiderstand, 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 Abgriffüpunkt (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 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
Meilgenstellwerk und den Spritzversteller als Sollwerte die von den Kennfeldgeneratoren erzeugten
Führungsgrößen und als Istwerte eine den Stellungen der mechanisch bewegten Teile entsprechende
elektrische Größe zugeleitet sind, daß die Ausgangsgrößen der Stellregler pulslängenmodulierte
Signale darsteilen, 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. Einopritzanlage nach Anspruch 6, dadurch
in 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 H (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 (P1 M)aufweisen
(Differenzverstärker), an dessen positiven Eingang (P)aas 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
ίο 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
<5 einen Emitterfolger (90) dem Verstärkereingang
zugeführt ist, an dem der Arbeitswiderstand (81) und der nach Masse führende Kondensator (87) angeschlossen
ist.
10. Einspritzanlage nach Ar.spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der: 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.
>r>
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.
mi
13. Einspritzanlage nach Anspruch 12 und
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Emitterfolgers über einen Kondensator (93) an
Masse angeschlossen ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |