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Steuersys-tem für die Brennstoffeinspritzverstellung einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein für eine Brennkraftmaschine vorgesehenes Brennstoffeinspritzverstellsystem,
das die Brennstoffeinspritzverstellung der Einspritzpumpe in einem Brennstoffeinspritzsystem
einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, in Abhängigkeit von elektrisch
erfaßt ten Betriebsparametern steuert.
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Zur steuerung der Brennstoffeinspritzverstellung einer Einspritzpumpe,
beispielsweise einer in einem Dieselmotor verwendeten Reiheneinspritzpumpe, ist
bisher ein mechanisches System
zum Vorverlegen der Einspritzung
eingesetzt worden, das als "automatischer -pritzversteller" bekannt ist.
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Dieses System ist so ausgelegt, daß die Antriebswelle einer Einspritzpumpe
durch die Zentrifugalkraft, die von mit der Antriebswelle der Einspritzpumpe rotierenden
Gewichten erzeugt wird, vorgedreht wird. während dieses System somit eine einfache
Steuerung der Einspritzverstellung in der Weise durchführt, daß der Einspritzbeginn
proportional der Drehzahl der Maschine vorverlegt wird, ist es zum Zwecke einer
Steuerung der Emission des Naschinenaustritts und der Geräuschdämpfung wesentlich,
daß nicht nur die Drehzahl einer Maschine, sondern auch andere Betriebsparameter,
insbesondere die Menge des von einer Einspritzpumpe in die Maschine eingespritzten
Brennstoffs in geeigneter Weise in die Brennstoffeinspritzverstellung einbezogen
werden.
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Es besteht daher das Problem, daß die Steuercharakteristik eier Brennstoffeinspritzverstellung,
die diesen Anforderungen gerecht wird, durch konventionelle mechanische Einspritzverstellsysteme,
die nur die Zentrifugalkraft ausnützen, nicht leicht verwirklicht werden kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Xteuersystem
für die Brennstoffeinspritzverstellung zu schaffen, das die erwähnte Schwierigkeit
ausschaltet. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen verbesserten Systems,
bei der ein Fluidbetätigungsglied mit einer ein bewegbares
endteil
enthaltenden Fluidkammer und die Menge des Druckmediums in der Fluidkammer durch
eine elektromagnetische Steuerventileinrichtung derart gesteuert werden, daß das
Betätigungsglied das Steuerelement zur Brennstoffeinspritzverstellung einer Einspritzpumpe
betätigt, werden als Betriebsparameter der Maschine zur Bestimmung einer vorbestimmten
Brennstoffeinspritzverstellcharakteristik der Maschine mindestens ein Drehzahlsignal,
das der Drehzahl der Naschine entspricht,und ein Einspritzmengensignal, das der
Menge des von der Einspritzpumpe in die Maschine eingespritzten Brennstoffs entspricht,
erzeugt. Diese beiden Betriebsparametersignale werden als Eingangssignale an einen
Steuerspannungsgenerator geführt, der eine Steuerspannung erzeugt, die der vorbestimstea
Brennstoffeinspritzverstellcharakteristik der Maschine entspricht, während von einem
Einspritzverstellspannungsgenerator ein Einspritzverstellsignal erzeugt wird, das
der Brennstoffeinspritzzerstellung der Einspritzpumpe entspricht, wobei die Steuer
spannung mit der Einspritzverstellspannung in einem Komparator verglichen wird,
der ein Abweichungssignalerzeugt, das der Differenz zwischen den Spannungen entspricht.
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Dieses Abweichungssignal wird dann als Eingangssignal auf eine Ventilsteuerschaltung
gegeben, so daß eine Ventilbetätigungsspannung erzeugt wird, die benützt wird, die
elektromagnetische Steuerventileinrichtung zu betätigen, um dadurch den Einspritzbeginn
der Einspritzpumpe in Abhängigkeit von der vorbestimmten Brennstoffeinspritzbeginncharakterlstik
automatisch zu steuern.
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Erfindungsgemä.P wird die Brennstoffeinspritzverstellung in Abhängigkeit
von mindestens zwei Betriebsparametern der Maschine bestimmt, nämlich von der Drehzahl
der Maschine und der Menge des der Maschine zugeführten Brennstoffs, so daß ein
bemerkenswerter Vorteil darin liegt, daß eine vorbestimmte Brennstoffeinspritzverstellsteuercharakteristik
festgesetzt werden kann, indem verschiedene Zustande, wie die Ausgangscharakteristik,
das Geräusch und die Abgase der Maschine gemeinsam in Betracht gezogen werden, wodurch
e n verbesserter Maschinenbetrieb unter sich ändernden Betriebsbedingungen der Maschine
und zugleich eine automatische Steuerung der Einspritzverstellung der Einspritzplmpe
sichergestellt wird.
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Das crfindungsgemä vorgesehene Brennsto ffeinspritzverstellsteuersystem
für eine Brennkraftmaschine enthält somit ein zur Steuerung der Brennstoffeinspritzverstellung
vorgesehenes Steuerelement in einer Brennstoffeinspritzpumpe, eine Einrichtung zum
Erfassen der Betriebsparameter der Maschine in Form elektrischer Signale, die mindestens
einen Drehzahlsignalgenerator zur Anzeige der Drehzahl der Maschine und einen Einspritzmengensignalgenerator
zur Anzeige der von der Einspritzpumpe eingespritzten Kraftstoffmenge aufweist,
einen Steuerspannungsgenerator zur Aufnahme der von der Anzeigeeinrichtung für die
Betriebsparameter erzeugten Signale zur Erzeugung einer Steuerspannung, die einer
vorbestimmten Brennstoffeinspritzverstellcharakteristik der Maschine entspricht,
einen Einspritzverstellspannungsgenerator zur Erzeugung einer Spannung,
die
der Einspritzverstellung der Einspritzpumpe entspricht, eine Vergleichseinrichtung
zum Vergleichen der Steuerspannung mit der Einspritzverstellspannng und Erzeugen
eines Abweichungssignals, das der Differenz zwischen den Spannungen entspricht,
und eine Steuerschaltung, die auf das Abweichungssignal anspricht und eine Betätigungsspannung
zur Betätigung des Brennstoffeinspritzverstellsteuerelements erzeugt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert.
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindnngsgemäßen
Steuersystems zur Steuerung der Brennstoffeinspritzverstellung.
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Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht, die eine Ausführung der in Verbindung
mit der Erfindung eingesetzten Steuereinheit zur Steuerung der Einspritzverstellung
zeigt.
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Fig. 3 ist eine Scnittansicht, die eine Ausführung des grundsätzlichen
AuSbaus des Fluidservomotors zeigt, der in Verbindung mit der Erfindung benutzt
wird.
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Fig. 4 ist ein Drehzahl-Verstellgrad-Diagramm, das ein Beispiel der
vorbestimmten Steuercharakteristik für die Brennstoffeinspritzverstellung eines
Dieselmotors zeigt.
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Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die Ausgangsspannung des in Verbindung
mit der Erfindung verwendeten Drehzahlsignalgenerators über der Drehzahl.
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Fig. 6 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm, das eine Ausführungsforn
der in Verbindung mit der Erfindung verwendeten elektrischen Steuerschaltung zeigt.
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Fig. 7 ist ein Drehzahlspannung-Steuerspannung-Diagramm der erfindungsgemäß
verwendeten Schaltung zur Erzeugung der Steuerspannung.
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Fig. 8 ist ein Verstellgrad-Einspritzverstellspannung-Diagramm des
in Verbindung mit der Erfindung verwendeten Einspritzverstellspanrnrngsgenerators.
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In Fig. 1, die den Aufbau des erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung
der Einspritzverstellung zeigt, bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Betriebsparametergebereinrichtung,
die mindestens einen Drehzahlsignalgenerator la zur Erzeugung-eines der Drehzahl
der Maschine entsprechenden Drehzahlsignals und einen Einspritzmengensignalgenerator
ib zur Erzeugung eines der von einer Einspritzpumpe in die Maschine eingespritzten
Brennstoffmenge entsprechenden Signals enthält. Die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen.
Steuerspannungsgenerator, der die von der Betriebsparametergebereinrichtung 1 erzeugten
Betriebsparametersignale als Eingangs signale aufnimmt und eine Steuerspannung erzeugt,
die der vorbestimmten Brennstoffeinspritzverstellsteuercharakteristik der Maschine
entspricht; dieser
Steuerspannungsgenerator übt insbesondere eine
einem Funktionsgenerator äquivalente Funktion aus, der die Betriebsparametersignale
als Eingangssignale aufnimmt und die vorbestimmte Einspritzverstellsteuercharakteristik
als ein Funktionsschema verwendet. Mit 3 ist ein Einspritzverstellspannungsgenerator
bebezeichnet, der eine der Brennstoffeinspritzverstellung der Einspritzpumpe entsprechende
Einspritzverstellspannung erzeugt.
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Einc Vergleichseinrichtung 4 vergleicht die Steuerspannung mit der
EinspritzversteLlspannung und erzeugt ein Abweichungssignal, das der Differenz zwischen
der beiden Spannungen entspricht.
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Eine elektromagnetische Ventilsteuerschaltung 5 reagiert auf das Abweichungssignal
von der Vergleichseinrichtung 4 und erzeugt eine Ventilbetätigungsspannung zur Betätigung
einer elektromagnetischen Stelerventileinrichtung 6.
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Die elektromagnetische Steuerventileinrichtung 6 steuert die Menge
an Arbeitsfluid in der Fluidkammer einer Fluidbetätigungseinrichtung 7 in Abhängigkeit
von der Ventilbetätigungsspannung, die von der Ventilsteuerschaltung 5 zugeführt
wird.
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Die Fluidbetätigungseinrichtung 7 ist so ausgelegt, daß die Position
ihres beweglichen Wandteils in Abhängigkeit von der Fluidmenge in der Fluidkammer
bestimmt wird und das Einspritzverstellsteuerelement einer Einspritzverstellsteuereinheit
8 der Einspritzpumpe in Abhängigkeit von Irnderungen der Position des beweglichen
endteils betätigt wird. Die Einspritzverstellstellereinheit cl, ist so aufgebaut,
daß der Phasenwinkel zwischen
der maschinenseitigen, betriebsmäßig
mit der Maschinenkurbelwelle verbundenen Antriebswelle und der pumpenseitigen Antriebswelle
auf der Einsprtzpuuipenseite geändert wird; die Einspritzverstellsteuereinheit ist
einer vorbekannten, handbetätigten Einspritzverstenlsteuervorrichtung für Reiheneinspritzpumpen
äquivalent, die als "Handversteller" bezeichnet wird. Der prinzipielle Aufbau dieser
Einspritzverstellsteuereinheit 8 ist in Fig. 2 gezeigt; ihre maschinenseitige Antriebswelle
70, die betriebsmäßig mit der Kurbelwelle der Maschine verbunden ist, und eine pumpenseitige
Antriebswelle 10a auf der eite der Elnspritzpumpe 9 sind mit schraubenförmigen,
in zur einander entgegengesetzer Richtung eingearbeiteten Nuten versehen; ein Verbindungszylinder
11 zur Verbindung dieser Wellen ist dazwischen angeordnet und kämmt mit den schraubenförmigen
Nu-ten der zellen. Der Abstand zwischen der maschinenseitigen Antriebswelle 10 uni
der pumpenseitigen Antriebswelle 10a wird bei dieser Konstruktion auf einem vorbestimmten
Wert 1 gehalten, so daß der Phasenwinkel der pumpenseitigen Antriebswelle 10a in
Bezug auf die maschinenseitige Antriebswelle 10 durch Hin- und Herbewegen des Verbindungszylinders
11 mit Hilfe eines Hebels 11a eingestellt werden kann. Dieser Verbindungszylinder
11 kann zweckmäßig als "Einspritzverstellsteuerelement" bezeichnet werden.
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Die elektromagnetische Steuerventileinrichtung 6 und die Fluidbetätigungseinrichtung
7 bilden auch einen Fluidservomotor aus, der unter Bezugnahme auf Fig. 3, die eine
Ausführungsform desselben
zeigt, erläutert wird. Bei dieser Ausführungsform
weist der Fluidservomotor zwei elektromagnetisnhe Steuerventile 6a und 6b mit Auf-Zu-Verhalten
auf, die ein einlaßseitiges elektromagnetisches Steuerventil bzw. ein auslaßseitiges
elektromagnetisches Steuerventil darstellen; die Fluidbetätigungseinrichtung ist
mit 7 bezeichnet.
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Die Konstruktion und der Betrieb der einlaß- und auslaßseitigen elektromagnetiszhen
Steuerventile 6a und 6b werden zunächst unter beispielsweiser Bezugnahme auf das
einlaßseitige elektromagnetische Steuerventil 6a erläutert, das eine Feder 20 aufweist;
wenn iri einer Erregerspule 17 kein Stromfluß vorliegt, liegt dadurch der Ventilkörper
19 am Ventilsitz an, wobei ein Fluiddurcht;ritt 15 geschlossen und ein Ventilschließzustand
bewirkt wird. Wenn andererseits in der Erregerspule 17 ein Erregerstrom fließt,
so daß ein beweglicher Eisenkern 18 durch die von der S-?ule 17 erzeugte elektromagnetische
Anziehung bewegt wird, wird der Ventilkörper 19 vom Ventilsitz abgehoben und der
Fluiddurchtritt 15 geöffnet, so daß sich das Ventil in offenem Zustand befindet.
Das umgekehrt angeordnete auslaßseitige elektromagnetische Steuerventil 6b ist von
gleichem Aufbau und gleicher Arbeitsweise.
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Die Fluidbetätigungseinrichtung 7 ist darüber hinaus mit einem bewegbaren
Wandteil 13 innerhalb ihrer Fluidkammer 12 ausgestattet, so daß zusätzlich zur Kraft
des hydraulischen Drucks innerhalb der Fluidkammer 12, die auf das bewegbare Wandteil
13
einwirkt, die Kraft einer entgegenwirkenden Feder 14 auf das
bewegbare Wandteil 13 in einer Richtung einwirkt, die der ersten Kraft entgegenlfirkt.
Die Menge des Fluids in der Fluidkammer 12 wird von dem elektromagnetischen Steuerventil
6a, das den zu einer hochdruckseitigen Fluidquelle führenden Durchtritt 15 öffnet
und schließt, und von dem elektromagnetischen Steuerventil 6b bestimmt, das einen
zu einer niederdruckseitigen Fluidquelle führenden Durchtritt 16 öffnet und schließt.
Wenn beide elektromagnetischen Steuerventile 6a und 6b in geschlossener Position
stehen und Fluidverluste an Dichtungsstellen vernachlässigt werden, gibt es keine
Fluidströmung in die Fluidkammer 12 oder aus dieser heraus, so daß folglich die
Fluidmenge der Fluidkammer 12 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird und auf
diese Weise das bewegbare Wandteil 13 in eine ihr entsprechende vorbestimmte Position
stellt. Eine Verbindungsstange 13a, die mit dem bewegbaren Wandteil 13 verbunden
ist, ist zugleich mit dem Hebel 11a verbunden, der den Verbindungszylinder 1 bzw.
das Einspritzverstellsteuerelement für die Einspritzpumpe 9 betätigt. Wenn in dem
wie bisher beschrieben aufgebauten Fluidservomotor nur das einlaßseitige elektromagnetische
Steuerventil 6a in geöffnetem Zustand ist, fließt Fluid von der Hochdruck-Fluidquelle
über den Durchtritt 15 in die Fluidkammer 12 und bewegt dadurch das bewegbare Wandteil
13 in Richtung des Pfeils. Wenn andererseits nur das auslaßseitige elektromagnetische
Steuerventil 6b geöffnet ist, ist der die Fluidkammer 12 mit der Niederdruck-Fluidquelle
verbindende Durchtritt 16 geöffnet, so daß das Fluid in der Fluidkammer 12
durch
die Kraft der entgegenwirkenden Feder 14 auf das bewegbare Wandteil 13 in Richtung
der Niederdruck-Fluidquelle aus der Kammer gepreßt wird, wobei die Stellung des
beweglichen anteils 13 entgegen der Pfeilrichtung verändert wird.
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Das bewegbare Wandteil 13 betätigt über den mit der Verbin-~ ngsstange
13a verbundenen Hebel 11a den Verbindungszylinder 11 bzw. das Einspritzverstellsteuerelement
der Einspritzverstellsteuereinheit 8. Mit anderen Worten, die Bewegung des bewegbaren
Wandteils 13 in Richtung des Pfeils stellt den Brennstoffeinpritzeinsatz vor, während
seine Bewegung in dem Pfeil entgegengesetzter Richtung den Brennstoffeinspritzeinsatz
verzögert, wodurch die Brennstoffeinspritzverstellung eingestellt wird.
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Nachstehend wird eine Ausführungswform erläutert, bei der die vorliegende
Erfindung in einem Brennstoffeinspritzverstellsteuersystem für einen Dieselmotor
mit einer Reihenein-spritzpumpe angewendet wird. Fig. 4 illustriert die vorbestimmte
Brennstoffeinspritzverstellsteuercharakteristik der bei dieser Ausführung verwendeten
Maschine mit dem Bezugswert der tbschinendrehzahl N auf der Abszisse und dem Grad
e der Einspritzvorverstellung auf der Ordinate, die als Ursprung genommen wird.
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Diese vorbestimmte Steuercharakteristik der Brennstoffeinspritzverstellung
umfaßt zwei Verläufe P(1) und P(2). Der Verlauf
P(1) besitzt eine
charakteristische Kurve, die durch die ausgezogene gerade Linie, die die Punkte
A, B, C, D, E und F verbindet gezeigt ist, wobei der Grad 0 der Vorverstellung mit
dem Anwachsen der Maschinendrehzahl N iiber den Drehzahlbereich N3<N<N6, wie
in Fig. 4 gezeigt, linear ansteigt.
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Dies ist somit mit em Vorverstellverlauf eines vorbekannten mechanischen
Verstellers, der als automatischer Versteller bekanne ist und die Zentrifugalkraft
auswertet, identisch.
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Andererseits ist der andere Verlauf P(2) mit Hilfe der gebrochenen
geraden Linie gezeigt, die die Punkte A, G, H, C, D, I, J, E und F verbindet. Der
Grad # der Vorverstellung wächst über den Drehzahlbereich N1<N<N3 linear an,
fällt vom Punkt H auf den Punkt C bei N=N3 ab, nimmt entlang des Abschnitts C D
5 der Kurve im Bereich N 3<N<N4 zu, steigt bei N=N4 von dem Punkt D zum Punkt
I an, wächst entlang dem Abschnitt IJ im Bereich N44ST<DT5 linear an, erreicht
die maximale Vorverstellung orn bei N=N5 und bleibt dann entlang dem Abschnitt JEF
bis'zur maximal zulässigen Drehzahl Nm der Maschine auf der maximalen Vorverstellung
m Welcher der Vorverstellungsverläufe P(1) und P(2) ausgewählt werden muß, wird
von der Menge des eingespritzten Brennstoffs bestimmt. Im Falle einer Reiheneinspritzpumpe
stellt die Position der Brennstoffsteuerzahnstange (nicht dargestellt) den die eingespritzte
Brennstoffmenge bestimmenden Faktor dar, aus welchem Grunde die Position dieser
Steuerzahnstange erfaßt
wird, um indirekt die eingespritzte Kraftstoffmenge
zu erfassen und dadurch den geeigneten Vorverstellverlauf auszuwählen.
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Mit anderen Worten, die Auslegung ist so getroffen, daß, wenn X die
Position der ßrennstoffsteuerzahnstange und X1 eine Verlaufwccselposition darstellt,
der Vorverstellverlauf P(1) im Bereich O<X<X gewählt wird, wahrend der Vorverstell--
1 verlauf P(2) für die Position XAX1 gewählt wird.
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Fig. 6 zeigt ein eloktrisches Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems zur Steuerung der Brennstoffeinspritzzerstellung,
die so ausgelegt ist, daß die in Fig. 4 dargestellte vorbestimmte Steuercharakteristik
der Brennstoffeinspritzzerstellung erhalten wird, die die beiden oben beschriebenen
Verläufe aufweist. Die Betriebsparametergebereinrichtung 1 weist den Drehzahlsignalgenerator
1a zur Erzeugung einer der Drehzahl der Maschine proportionalen Drehzahlspannung
und den Einspritzmengensignalgenerator 1b zur Erzeugung eines der Position der Einspritzsteuerzahnstange
der Einspritzpumpe entsprechenden Signals auf. Der Drehzahlsignalgenerator 1a besitzt;
einen Induktor 24, der betrieblich mit der rotierenden Naschinenkurbelwelle in Verbindung
steht, und einen elektromagnetischen Geber 25, der aus einem Permanentmagneten und
einer Geberspule besteht und dem Induktor 24 gegenüber angeordnet ïst, wodurch eine
Impulsspannung erzeugt wird, deren Frequenz der Drehzahl der Maschine proportional
ist. Diese Impulsspannung wird durch einen Transistor 26 regeneriert und dann über
eine Gleichstrom-Konverterschaltung
mit Dioden 27 und 2d, Kapazitäten
29 und 30 und einem Widerstand 31 geleitet, wobei eine Drehzahlspannung Vs über
einem Emitterwiderstand 33 (zwischen S und V) eines verstärkenden Emitterfolgertransistors
32 erzeugt wird. Die Veränderung dieser Drehzahlspannung V5 ist in Fig. 5 gezeigt,
in der die Abszisse die Maschinendrehzahl N und die Ordinate die Drehzahlspannung
Vs repräsentiert.
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Der Einspritzmengensignalgemerator Ib besitzt einen Grenzschalter
34 zur Durchführung der erforderlichen Auswahl zwischen den Verläufen in einer vorbestimmten
Position der Brennstoffsteuerzahnstange (nicht dargestellt) der Einspritzpumpe,
eine Grenzschalter-Betätigungseinrichtung, die wirkungsmäßig mit der Brennstoffsteuerzahnstange
verbunden ist, und einen Transistor 35, der die Polaritat des Ausgangssignals bestimmt.
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Der Grenzschalter 34 ist so angeordnet, daß er im Bereich der Steuerzahnstangenposition
X vom Ausgangspunkt bis zur Wechselposition geschlossen bleibt und geöffnet wird,
wenn die Steuerzahnstangenposition X über die Wechselposition Xl hinausgeht.
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Der Transistor 35 bleibt daher nicht-leitend, wenn die Position der
Steuerzahnstange im Bereich OXEX1 liegt, während er leitend gemacht wird, wenn X)X1
gilt. Auf diese Weise wird die Menge des eingespritzten Brennstoffs indirekt erfaßt
und ein Verlaufwechselsignal erzeugt.
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Die Steuerspannungserzeugungsschaltung 2 erzeugt eine Steuerspannung,
die
der in Fig. 4 gezeigten Steuer charakteristik der Brennstoffeinspritzverstellung
entspricht. In der Steuerspannungserzeugungsschaltung 2 bezeichnen die Bezugsziffern
36 bis 43 Transistoren, 44 und 45 Zenerdioden, 46 und 47 Dioden, 57 einen Widerstand,
48 bis 55 und 58 Potentiometer und 56 einen Operationsverstärker nach Art eines
Differentialverstärkers, beispielsweise den Operationsverstärker Fairchild µ709,
dessen Sigenschaften und Betriebsweise nicht beschrieben zu werden braucht, da sie
der Fachwelt bekannt sind.
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Die Arbeitsweise dieser Ausführung mit der oben beschriebenen Anordnung
ist folgende: Wenn die Stellung X der Brennstoffsteuerzahnstange (nicht dargestellt)
der Einspritzpumpe im Bereich O<X<X1 liegt, ist der Grenzschalter 3Z!- des
Einspritzmengensignalgenerators Ib geschlossen und demgemäß der Transistor 35 nicht-leitend.
Folglich wird das Einspritzmengensignal an einem Punkt P am Kollektor des Transistors
35 praktisch gleich der Spannung VB einer Versorgungsquelle 60, wodurch die Transistoren
37 und 40 leitend gehalten werden. Auf diese Weise werden die Transistoren 41 und
42 stets nicht-leitend gehalten unabgängig vom Durchschalten der Sperren der Transistoren
36 und 39. Als Ergebnis nimmt eine Spannung Vi an einer invertierenden Klemme i
den Maximalwert Vi1 an und die ansteigende Wellenform (Anstiegsflanke) einer Ausgangsspannung
an der Ausgangsklemme 1 startet beim Maximalwert Vs2 der Drehzahlspannung V~, die
den Wert einer nichtinvertierenden Eingangsspan-5 nung Vn an einem nichtinvertierenden
Eingangspunkt n bestimmt.
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Das Potentiometer 53 bestimmt den Maximalwert der Steuerspannung,
weshalb eine seinem Spannungsteilverhältnis entsprechende Spannung und die Spannung
an der Ausgangsklemme 1 des Operationsverstärkers 56 über die Dioden 46 und 47,
die eine Auswahlschaltung zur Auswahl einer unteren Grenze darstellen, eine Steuer
spannung V an einem Spannungsteilerpunkt C des 0 Emitterspannungsteilers 58 des
Emitterfolgertransistors 43 bestimmen. In der den Verlauf dieser Steuerspannung
V zeigenc den Fig. 7 repräsentiert die Abszisse die Drehzahlspannung V 5 und die
Ordinate die Steuerspannung V , wobei die durch die gerade, die Punkte A', B', C',
D', E' und F1 verbindende Linie gezeigte Steuerspannung mit einem Zunehmen der Drehzahlspannung
erzeugt wird. Demgemäß entspricht die Steuerspannung, die dann erscheint, wenn ein
"niedriges" Einspritzmengensignal des Einspritzmengensignalgenerators Ib vorliegt,
dem in Fig. 4 gezeigten Verlauf P(1) der vorbestimmten Steuercharakteristik der
Brennstoffeinspritzverstellung.
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enn andererseits die Position X der Brennstoffsteuerzahnstange der
Einspritzplempe relativ zur Wechselposition X1 innerhalb des Bereichs X)X1 liegt,
ist der Grenzschalter 34 des Einspritzmengensignalgenerators 1b geschlossen, so
daß der Transistor 35 leitend wird und die Transistoren 37 und 40 sperren.
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Das Leiten bzw. Sperren der Transistoren 41 und 42 wird daher in Abhangigkeit
von dem Kollektorausgang der Transistoren 36 bzw. 39 bestimmt. Ferner werden die
Werte der Potentiometer 48
und 49 und die Zenerdioden 44 und 45
relativ zur Drehzahlspannung V5 so bestimmt, daß der Transistor 36 leitet, wenn
für die Drehzahlspannung Vs>Vs3 gilt, während der Transistor 38 leitet, wenn
für die Drehzahlspannung Vs#Vs4 gilt.
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Wenn folglich die Drehzahlsannung Vs innerhalb des Bereichs O#Vs<Vs3
liegt, bleiben die Transistoren 36 und 38 gesperrt und der Transistor 39 wird leitend.
Hierdurch wird der Transistor 41 leitend und der Transistor 42 nicht-leitend. Als
Ergebnis nimmt die Spannung Vi an der Inversionseingangsklemme i des Operationsverstärkers
56 in Abhängigkeit vom Potentiometer 52 einen Zwischenwert Vi2 an, so daß die Flanke
(Anstiegswellenform) der Ausgangsspannung an der Ausgangsklemme 1 bei der Drehzahlspannung
Vs=Vs1 startet und die Steuerspannung Vc entlang der geraden Linie, die die Punkte
A', G' und H' verbindet, festgelegt ist.
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Wenn andererseits die Drehzahlspannung V innerhalb des Be-5 reichs
Vs3#Vs<Vs4 liegt, wird der Transistor 36 leitend und der Transistor 38 nicht-leitend.
Hierdurch wird der Transistor 41 nicht-leitend. Da ferner der Transistor 39 leitend
wird und der Transistor 42 nicht-leitend wird, wird die Spannung Vi an der Inversionseingangsklemme
i des Operationsverstärkers 56 gleich V i1 und nimmt damit den Maximalwert an. Die
Steuerspannung ist damit entlang der geraden Linie C' D' festgelegt.
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Wenn weiter die Drehzahl spannung V5 innerhalb des Bereichs Vs# V54
liegt, wird der Transistor 38 leitend, wodurch der Transistor
39
sperrt und der Transistor 42 durchschaltet. Folglich nimmt die Spannung Vi an der
Inversionseingangsklemme i des Operationsverstärkers 56 den Minimalwert Vi3 an,
wodurch die Steuerspannung Werte entlang der geraden Linie, die die Punkte D', IW,
J',E' und F' verbindet, annimmt. Als Ergebnis entspricht die bei einem eine hohet
Einspritzmenge repräsentierenden Signal des Einspritzmengensignalgenerators 1b erhältliche
Steuerspannungscharakteristik dem Verlauf P(2) der in Fig. 4 gezeigten vorbestimaten
Steuercharakteristik für die Brennstoffeinspritzverstellung.
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In dem Einspritzverstellspannungsgenerator 3 erzeugt ein Potentiometer
61, das betrieblich mit der Position des Hebels 11a des Verbindungszylinders 11
oder des Einspritzverstellsteuerelements der Einspritzverstellsteuereinheit 8 verbunden
ist, eine Einspritzverstellspannung Vt, die der Einspritzverstellung entspricht.
In der den Verlauf dieser Einspritzverstellspannung Vt zeigenden Fig. 8 repräsentiert
die Abszisse die Einspritzzeitvorverstellng 0 und die Ordinate die Einspritzverstellspannung
Vt.
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Die Vergleichseinrichtung 4 enthlt einen Operationsverstärker 62 nach
Art eines Differentialverstärkers, der vom selben Typ ist wie der Operationsverstärker
56; die Steuerspannung V 0 wird an seinen Inversionseingang und die Einspritzverstellspannung
Vt an seinen nicht-invertierenden Eingang gelegt.
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Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 62 ist derart, daß das
resultierende Abweichungssignal mit einem Bezugswert
von etwa der
Hälfte der Versorgungsspannung VB - "O" ist, wenn Vt= Vc ist, so daß die Eingangsabweichung
0 ist. wenn andererseits der Zustand V VVc oder Vt<Vc herrscht, wird ein der
positiven oder negativen Abweichung entsprechendes Signal erzeugt.
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Die Ventilsteuerschaltung 5 enthält vier Transistoren 63, 64, 65 und
66, Zenerdioden 67 und 68 und die elektromagnetischen Steuerventile 6a und 6b, wobei
die Transistoren 63 und 64 einen Differentialverstärker bekannten Typs bilden. Die
Schaltung ist ferner so ausgelegt, daß die Spannung zwischen Masse und.dem Kollektor
des Transistors 63 bzw. 64 bei einem am Ausgang der Vergleichseinrichtung 4 erzeugten
Abweichungssignal 0 niedriger ist als die Durchbruchspannung der Zenerdioden 67
bzw. 68, odurch die Transistoren 65 und 66 sperren. In der Erregerspule des elektromagnetischen
Steuerventils 6a bzw. 6b fließt folglich kein Erregerstrom, so daß die Steuerventile
6a und 6b ihre geschlossene Stellung innehaben.
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Wenn andererseits das Abweichungssignal eine positive vorbestimmte
Grenze überschreitet, fällt die Spannung zwischen Masse und dem Kollektor des Transistors
63 ab, so daß die Spannung zwischen Masse und dem Kollektor des Transistors 64 anwächst
und die Zenerdiode 68 allein leitend wird. Während folglich der Transistor 65 nicht-leitend
bleibt, wird der Transistor 66 durchgeschaltet und das elektromagnetische Steuerventil
6b energiert. Als Ergebnis öffnet das elektromagnetische Steuerventil 6b während
das elektromagnetische Steuerventil Ca in geschlossenem Zustand bleibt.
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enn das Abweichungssignal eine vorbestimmte negative Grenze überschreitet,
nimmt die Spannung zwischen Masse und dem Kollektor des Transistors 63 zu, woraus
eine Abnahme der Spannung zwischen Nasse und dem Kollektor des Transistors 64 folgt,
so daß die Zenerdiode 67 allein leitet. Der Transistor 65 wird somit leitend und
energiert das elektromagnetische Steuerventil 6a, das somit geöffnet wird. Andererseits
bleibt Transistor 66 gesperrt und somit das elektromagnetische Steuerventil 6b in
geschlossener Stellung.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems unter
Bezugnahme auf die soweit beschriebene Anordnung erläutert. Wenn die Stellung X
der Brennsteffsteuerzahnstange der Einspritzpumpe relativ zur Wechselposition X1
in dem Bereich X'X1 liegt, so daß der Einspritzmengensignalgenerator 1b ein eine
niedrige Einspritzmenge reprasentierendes Einspritzmengensignal erzeugt, wird die
Steuerspannung Vc des Steuerspannungsgenerators 2, die der Drehzahlspannung Vs des
Drehzahlsignalgenerators 1a entspricht, in Ubereinstimmung mit den in Fig. 7 durch
die gerade, die Punkte A§, B', C', D', E und F' verbindende Linie gezeigten Verlauf
festgelegt, während die Vergleichseinrichtung 4 die Abweichung der Einspritzverstellspannung
Vt in Bezug auf die Steuerspannung V erfaßt. Die elektro-0 magnetischen Steuerventile
6a und 6b werden in Übereinstimmung mit dem Abweichungssignal selektiv betätigt,
so daß die Fluidbetätigungseinrichtlng 7 zur Veranderung der Position des Verbindungszylinders
11 oder des Einspritzverstellsteuerelements
der Einspritzverstellsteuereinheit
8 betätigt wird. Die Einspritzverstellung wird folglich automatisch nach dem in
Fig. 4 dargestellten Verlauf }'(1) der vorbestimmten Steuercharakteristik der Brennstoffeinspritzverstellung,
die den gewünschten Wert repräsentiert, gesteuert.
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wenn andererseits die Position X der Steuerzahnstange in Bezug auf
die Wechselposition X1 im Bereich X#X1 liegt, so daß der Einspritzmengensignalgeneratorlb
andere hohe Einspritzmenge repräsentierendes Signal erzeugt, wird die Steuerspannung
V des Steuerspannungsgenerators 2, die der Drehzahlspannung c V entspricht, in Übereinstimmung
mit dem Verlauf gemäß der geraden, die Punkte A', G', H', C', D', I', J', E' und
F' verbindenden Linie festgelegt, während die Vergleichseinrichtung 4 die resultierende
Steuerspannung Vc mit der Einspritzverstellspannung Vt vergleicht. Wenn also ein
Abweichungssignal angezeigt wir; beaufschlagt die Ventilsteuerschaltung 5 das entsprechende
elektromagnetische Steuerventil mit dem Ergebnis, das die Fluidbetätigungseinrichtung
7 die Position des Einspritzverstellsteuerelements verändert und auf diese Weise
die Einspritzverstellung automatisch in Ubereinstimmung mit dem gewünschten, durch
den Verlauf P(2) der vorbestimmten Steuercharakteristik der Brennstoffeinspritzverstellung
gemaß Fig. 4 repräsentierten Wert gesteuert wird.
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Obwohl die Betriebsparametergebereinrichtung des beschriebenen Ausführungsbeispiels
der Erfindung die Maschinendrehzahl und
die Brennstoffeinspritzmenge
erfaßt, können zusätzlich andere Betriebsparameter, wie beispielsweise die Temperatur
des Kuhlwassers der Maschine und die Abgaszusammensetzungen erfaßt und diese Faktoren
in die Einspritzverstellung einbezogen werden, wodurch die Betriebszustände einer
Maschine genauer erfaßt und günstigere Resultate gewährleistet werden.
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Ferner kann die Erfindung neben der Reiheneinspritzpumpe auch auf
andere typen von Einspritzpumpen Anwendung finden. Beispielsweise enthält eine Einspritzpumpe
vom Verteilertyp gewöhnlich einen hydraulischen Versteller als Einspritzverstellsteuereinheit,
wobei der Verstellerkolben dieselbe Funktion ausübt wie das bewegbare wandteil der
Fluidbetätigungseinrichtung. Es ist daher gleich, eine der Erfindung äquivalente
Konstruktion vorzusahen, indem in Kombination mit diesem Verteilerkolben die erforderlichen
elektromagnetischen Steuerventile, eine Betriebsparametergebereinrqehtung, ein Steuerspannungsgenerator,
ein Verstellkolbenpositionsgeber, eine Vergleichseinrichtung und eine Ventil steuer
schaltung verwendet werden.
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Die Erfindung seht somit ein Steuersystem zur Brennstoffeinspritzverstellung
vor, bei dem eine Fluidbetatigungselnrichtung mit einer ein bewegbares Wandteil
enthaltenden Fluidkammer und die Menge an Druckmedium in der Fluidkammer durch eine
elektromaqnetisch betätigte Steuerventileinrichtung gesteuert werden, wobei die
Betatigungseinrichtung ein Element zur
Steuerung der Brennstoffeinspritzverstellung
einer Brennstoffeinspritzpumpe betätigt. Im erfindungsgemäßen Steuersystem wird
eine Stauerspannung mindestens von einem der Drehzahl der Maschine entsprechenden
Drehzahlsignal und einem Brennstoffeinspritzmengensignal, das der von einer Brennstoffeinspritzpumpe
in die Maschine eingespritzten Brennstoffmenge entspricht, erzeugt und mit einer
Einspritzverstellspannung verglichen, die der Brennstoffeinspritzverstellung der
Brennstoffeinspritzpumpe entspricht, so daß ein Abweichungssignal erzeugt wird,
das zur Betätigung der elektromagnetisch betätigten Steuerventileinrichtung verwendet
wird, so daß die Brennstoffeinspritzverstellung der Einspritzpumpe automatisch gesteuert
wird und dadurch eine optimale Einspritzverstellung erhalten wird, die den sich
ändernden Betriebszuständen der Maschine angepaBt ist.