DE2438117A1

DE2438117A1 - Elektrisch gesteuerte einspritzanlage fuer eine diesel-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2438117A1
Application number: DE2438117A
Authority: DE
Inventors: Harald Ing Grad Kizler; Peter-Juergen Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-08-08
Filing date: 1974-08-08
Publication date: 1976-02-19
Also published as: FR2281500A1; FR2281500B3; IT1040368B

Description

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R.2227

Lr/Lm 22.7-1974

Anlage zur
Patentanmeldung

ROB E R T BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1

Elektrisch, gesteuerte Einspritzanlage für eine Diesel-Brenn-

kraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine elektrisch gesteuerte Einspritzanlage für eine mehrzylindrige, insbesondere sechszylindrige Diesel-Brennkraftmaschine mit mehreren, je einem der Zylinder zugeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Spritzeinrichtungen, von denen jede ein Steuermagnetventil für den als Servodruckmittel dienenden, vor dem Steuermagnetventil mit konstantem Druck anstehenden Kraftstoff und einen Servokolben sowie einen von diesem beim Spritzvorgang verschieb-

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baren, vorzugsweise im Durchmesser kleineren Pumpenkolben und ferner eine federbelastete Spritzdüse enthält, die unter dem beim Spritzhub des Pumpenkolbens entstehenden, erhöhten Kraftstoffdruck öffnet, wenn das Magnetventil am Ende der ihm zugeführten, von einer Transistorschalteinrichtung gelieferten und die Füllzeit bestimmenden Füllimpulse in seine Ruhelage zurückkehrt, und mit einer Transistorschalteinrichtung, welche die Dauer der Füllimpulse und demzufolge die Einspritzmenge in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter bestimmt und ferner mit einem mit Nockenwellendrehzahl oder Kurbelwellendrehzahl umlaufenden Drehwinkelgeber, der bei Jeder Nockenwellenumdrehung mindestens einen Auslöseimpuls und ein zur Zylinderzahl Vielfaches an drehzahlabhängigen Impulsen erzeugt, und weiterhin mit einem Drehzahl-Spannungswandler, der eine zu den drehzahlabhängigen Impulsen proportionale Steuerspannung für einen Regler liefert, der in Abhängigkeit von einer Führungsgrösse die Fülldauer bestimmt.

Bei den als Pumpe-Düse bezeichneten, beispielsweise aus der DT-OS 2 126 736 bekannten Einspritzeinrichtungen der oben beschriebenen Art bestimmt die zeitliche Dauer der zum Betätigen des Hagnetventils verwendeten Füllimpulse die Grosse des während dieser Füllimpulse erfolgenden Rückhubes des Pumpenkolbens und demzufolge die beim nächsten Druckhub des Pumpenkolbens aus der Düse ausgespritzte Kraftstoff menge. Das Magnetventil kann dabei als Dreiwege-Zweistellungs-Ventil (3/2-7entil) ausgebildet sein und einen als Schieber ausgebildeten Anker haben, der in der Ruhestellung unter dem Einfluss einer Rückstellfeder eine Zulauföffnung für den als Servodruckmittel dienenden Kraftstoff verschliesst und dabei einen druckentlasteten Rücklaufkanal mit dem Arbeitszylinder des Servokolbens verbindet,

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im Einschalt zustand des Magnetventils hingegen den Rücklaufkanal absperrt und den Arbeitszylinder des Servokolbens mit der Kraftstoff zulauf leitung verbindet. Bei einer solchen Pumpe-Düse bestimmt das Ende eines Füllimpulses den sich unmittelbar anschi iessenden Spritzbeginn, weil dann der Druckhub eingeleitet wird und der Kraftstoff durch die Düse hindurch austritt. Abgesehen von einer kleinen Spritzverstellung, die mit zunehmender Drehzahl den Einspritzvorgang bei zunehmend früher liegenden SpritzZeitpunkten auslöst, muss der Spritzbeginn stets beim gleichen Kurbelwellendrehwinkel erfolgen und demzufolge winkelkonstant sein. Wenn die beim nachfolgenden Spritzvorgang einzuspritzende Kraftstoffmenge durch die zeitliche Dauer eines dem Magnetventil zugeführten Füllimpulses bestimmt wird, ergibt sich die Notwendigkeit, den Beginn eines solchen in seiner Dauer den Jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepassten Füllimpulses so zu bestimmen, dass der am Ende eines solchen Füllimpulses erfolgende Einspritzvorgang bei der vorgesehenen Kurbelwellenstellung beginnt.

In der DT-OS 2 255 603 ist bereits vorgeschlagen worden, mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine einen bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine Vielzahl von drehzahlabhängigen Impulsen liefernden Drehwinkelgeber zu kuppeln und einen synchron zu den Nockenwellenumdrehungen betätigbaren Schalter sowie ferner eine elektrische Steuereinrichtung vorzusehen, mit welcher jeweils beim Schliessen bzw. Öffnen des Schalters im Takte der drehzahlabhängigen Impulse des Drehwinkelgebers eine erste zeit- oder winkelproportionale Grosse erzeugt wird, die angibt, wann der nächste Öffnungs- bzw. Schiiessvorgang erfolgen wird. Bei dieser elektronischen Steuereinrichtung soll ferner aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden, drehzahlabhängigen Impulsen die erforderliche Einspritzmenge als zweite zeit- oder winkelproportionale Grosse bestimmt werden

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und bei Gleichheit beider Grossen das Steuermagnetventil einer der Spritzeinrichtungen eingeschaltet und beim nächsten Schliess- oder Öffnungsvorgangs des Schalters abgeschaltet werden.

Da die Füllzeit der Pumpe-Düsen zur Erzielung einer hohen Genauigkeit möglichst gross sein soll, ist das oben geschilderte System bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen sehr aufwendig, weil in diesem Fall für jede Pumpe-Düse eine getrennte Ansteuerung vorgesehen werden muss, welche nicht nur jeweils einen Schalter für jeden der Zylinder sondern auch jeweils eine der oben geschilderten Steuereinrichtungen benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzanlage zu schaffen, bei welcher die Füllzeiten für alle während eines Arbeitszyklus (= zwei Kurbelwellenumdrehungen bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine) in Abhängigkeit von den jeweiligen.Betriebsbedingungen gemeinsam bestimmt werden und demzufolge für jede der Pumpe-Düsen nur ein geringer Aufwand an elektronischen Bauelementen erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass ein astabiler Multivibrator zur Erzeugung frequenzkonstanter Zählimpulse und ein Rückwärtszähler, der im Takt der Zählimpulse beim Beginn der Füllzeit von einem Höchstwert, welcher dem Höchstwert der Zahl der während einer Kurbelwellen- oder Nockenwellenumdrehung erzeugten drehzahlabhängigen Impulse entspricht, bis zum Ende der Füllzeit auf einen Endstand abwärts zählt, und schliesslich ein erster als Puffer für einen zweiten Speicher dienenden Speicher

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vorgesehen ist, in welchem dieser Endstand abgespeichert wird, und dass ferner ein bei jedem Auslöseimpuls startender Teiler, der die drehzahlabhängigen Impulse auf einen der Zylinderzahl entsprechende Anzahl von Grundimpulsen herunterteilt, und eine Verstelleinrichtung zur zeitlichen Versetzung der Grundimpulse, sowie eine der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Vorwärtszählern, die nacheinander in der vorgesehenen Arbeitstaktfolge der Brennkraftmaschine von-jeweils einem der versetzten Grundimpulse gestartet werden und dann im Takt der frequenzkonstanten Zählimpulse vorwärtszähl en, und schliesslich eine gleiche Anzahl von Vergleichsschaltungen vorhanden ist, die bei Gleichstand des ihr zugeordneten Vorwärtszählers mit dem im gemeinsamen zweiten Speicher festgehaltenen Endstand des Rückwärtszählers den Füllvorgang an der ihr zugeordneten Spritzeinrichtung einleitet· Bei dieser erfindungsgemässen Ausbildung der elektronischen Steuereinrichtung wird für jede der Pumpe-Düsen somit jeweils nur ein Vorwärtszähler und ein Vergleicher benötigt, dem eine Transistor-Leistungsstufe für die Magnetwicklung des Magnetventils nachgeordnet ist ο

Weitere Ausgestaltungen und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel, einer elektrisch gesteuerten Einspritzanlage für eine Sechszylinder-Diesel-Brennkraftmaschine.

Es zeigen:

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Fig. 1 die Brennkraftmaschine und ihre Einspritzanlage in einem Übersichtsbild,

Fig. 2 die elektronische Steuereinrichtung der Einspritzanlage in ihrem Blockschaltbild,

Fig. 3 verschiedene Impulsbilder der Steuereinrichtung nach Fig. 2 zur Erklärung ihrer Wirkungsweise,

Fig. 4- eine detaillierte Schaltung der Steuereinrichrung und

Fig. 5 den in der Steuereinrichtung verwendeten Regler in seinem Schaltbild.

Die in Fig. 1 dargestellte Viertakt-Sechszylinder-Dieselbrennkraftmaschine 10 ist mit sechs Pumpe-Düsen 11 ausgerüstet, die beispielsweise nach der DT-OS 2 126 736 aufgebaut sein können und als wesentliche Hauptteile je ein Steuermagnetventil für den als Servodruckmittel dienenden, vor dem Steuermagnetventil mit konstantem Druck anstehenden Kraftstoff, einen Servokolben sowie einen von diesem beim Spritzvorgang verschiebbaren, im Durchmesser kleineren Pumpenkolben und ferner eine federbelastete Spritzdüse enthalten, die unter dem beim Spritzhub des Pumpenkolbens entstehenden erhöhten Kraftstoffdruck öffnet. Der Kraftstoff wird aus einem Vorratsbehälter 14· mit einer elektromotorisch ange-

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triebenen Pumpe gefördert und von einem Regler 16 auf einem Druck von zehn atü gehalten. Vom Druckregler 16 aus gelangt der Kraftstoff in einen Verteiler 13 und von dort über die einzelnen Zuleitungen 12 zu den Pumpe-Düsen 11. Die im einzelnen nicht dargestellten Elektromagnete jeder der Pumpe-Düsen 11 sind über elektrische Leitungen 17 an je eine von sechs Endstufen angeschlossen, von welchen eine in Fig. 2 bei 18 angedeutet ist. Zu jeder der Endstufen gehört nach Fig. 2 jeweils ein Vorwärtszähler 21 und ein

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Vergleicher 22, die jeweils einen von sechs Steuerkanälen für die Pumpe-Düsen 11 bilden. Diese sechs Kanäle sind in Fig. 1 zu einem Kanalblock 23 vereinigt. Für alle Kanäle ist ein gemeinsamer Steuerblock 24 vorgesehen, welcher die in Fig. 2 oberhalb der waagerecht verlaufenden, unterbrochenen Linie wiedergegebenen Blockelemente umfasst. In diesem Steuerblock 24 wird die zeitliche Dauer und der jeweilige Beginn der in Fig. 1 bei 25 angedeuteten, im Rhythmus der Zündfolge den Pumpe-Düsen 11 zugeführten Füllimpulse bestimmt.

Zu der elektronischen, den Kanalblock 23 und den Steuerblock 24 umfassenden Steuereinrichtung der Einspritzanlage gehört ein Drehzahl- und Winkelgeber 26, der einen mit der bei KW in Fig. 1 angedeuteten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 gekuppelten, permanentmagnetischen Rotor 27 enthält. Dieser trägt an seinem Umfang eine grosse Anzahl von Zähnen, von denen jeder bei einer Umdrehung des Rotors einen der in Fig. 2 bei 28 angedeuteten, in ihrer Frequenz von der Drehzahl η der Brennkraftmaschine abhängigen Impulse liefert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht die Zahl der Zähne und demgemäss die pro Umdrehung des Rotors 27 gelieferte Impulszahl einer Zweier-Potenz, nämlich 2/ = 512. Die Impulse 28 werden in einer feststehenden Wicklung 29 des Drehzahlgebers 26 induziert und nach Fig. 2 einem Drehzahl-Spannungswandler 30 zugeführt, der einen monostabilen Multivibrator 31 und eine Integrierstufe 32 enthält, an deren Speicherkondensator 33 eine drehzahlproportionale Spannung Un entsteht. Diese wird zusammen mit einer Führungsgrösse, beispielsweise einer von der Stellung eines Fahrpedals 34- abhängigen, an einem mit konstant gehaltenem Gleichstrom gespeisten Potentiometer

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abgegriffenen, lastabhängigen Spannung Ul einem Regler zugeführt, der nach Fig. 5 aufgebaut sein kann und an seinem Ausgang eine zur jeweiligen Einspritzmenge bzw. zur Füllmenge der Pumpe-Düsen 11 proportionale Spannung Ui liefert.

Ein freischwingender, astabiler Multivibrator 38 stösst einen Zeitgeber 39 für die Füllzeit an, dessen Standzeit zur Ausgangsspannung Ui des Reglers 36 proportional ist und die Dauer der Füllzeit bestimmt. Während der auf diese Weise vorbestimmten Füllzeit wird ein Rückwärtszähler 40 in Tätigkeit gesetzt, der von einem Höchstwert ausgehend, welcher der maximal auftretenden Zahl der Impulse 28 jeweils während einer Umdrehung des Rotors 27 entspricht, im Takte dieser Impulse 28 abwartszählt. Der am Ende der Füllzeit erreichte Wert wird in einem ersten Speicher 41 abgespeichert und von dort in einen zweiten Speicher 42 übertragen. Nach einer kurzen Erholzeit beginnt dieser Vorgang von neuem. In den Speichern 41 und 42 ist demzufolge eine der Füllzeit entsprechende winkelproportionale Grosse enthalten, die jedoch nur über die Dauer der Füllzeit Aufschluss gibt, nicht jedoch über deren für den Einspritzvorgang massgeblichen Beginn und Ende des Füllvorganges. Der Beginn des Füllvorganges muss vielmehr - abhängig von der jeweiligen Dauer der Füllzeit - so früh gelegt werden, dass der am Ende des Füllvorgangs einsetzende Einspritzvorgang mit dem erforderlichen Voreilwinkel vor Erreichen der oberen Totpunktstellung des zugehörigen Zylinders eingeleitet wird.

Da die Einspritzvorgänge jeweils im Abstand von 60° Nockenwellendrehwinkel erfolgen sollen und zu den jeweiligen Zylindern in der richtigen Beziehung stehen müssen, ist in der erfindungsgemässen Weise vorgesehen, dass während jeder Umdrehung des Rotors 27 ein Startimpuls, mit Hilfe eines

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Nocken 45 zusammenarbeitet,der Schalters 44 erzeugt wird, der mit einem einhöckrigen/mit dem Rotor 27 und demzufolge mit der Kurbelwelle KW

der Brennkraftmaschine fest verbunden ist.

Mit den vom Schalter 44 gelieferten Startimpulsen 46 wird jeweils ein Teiler 47 gestartet, welcher aus der Folge der winkelproportionalen Impulse 28 bis auf die Zylinderzahl herunterteilt, so dass pro Umdrehung des Rotors am Ausgang des Teilers 47 nur sechs Auslöseimpulse vorhanden sind, die in einem Abstand von je 6O⁰NV auftreten.

Diese zu festgelegten Kurbelwellenstellungen gehörenden Auslöseimpulse werden in einer Verstelleinrichtung 43 zeitlich versetzt. Eine für die Verstelleinrichtung verwendbare Schaltung ist in der DT-OS 2 248 530 beschrieben. Diese versetzten Impulse sind in Pig. 3 bei 50 angedeutet. Sie lösen über eine Folgesteuerung 51 der in Fig. 4 dargestellten Art in der richtigen, der Zündfolge entsprechenden Reihenfolge einen der sechs Vorwärtszähler 21 aus. Dieser beginnt im Takt der drehzahlabhängigen Impulse 28 vorwärtszuzählen, und zwar solange, bis sein Zählerstand mit demjenigen des gemeinsamen zweiten Speichers 42 übereinstimmt. Bei Gleichstand wird ein zur Endstufe 18 gehörender Flip-Flop und mit diesem das Hagnetventil der zugehörigen Pumpendüse eingeschaltet. Gleichzeitig wird die Information aus dem ersten Speicher in den zweiten Speicher übertragen. Die Ausschaltung der jeweiligen Pumpendüae erfolgt

durch die Folgesteuerung 51) die nach Fig. 4 einen Dezimalhat/ zähler 52 mit vier Ausgängen A - D, an welche die Eingänge

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eines Decoders/angeschlossen sind. Dieser hat sechs jeweils an einen der Vorwärtszähler 21 angeschlossene Ausgänge .und einen siebten Ausgang, mit welchem der Dezimalzähler 52

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in seine Anfangslage zurückgestellt werden kann.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der erste Speicher 4-1 lediglich als Puffer. Er ist deswegen vorgesehen, weil bei nur einem Speicher ein Einschaltimpuls für die zugehörige Pumpe-Düse verlorengehen könnte, wenn dieser Speicher kurz vor dem Erreichen des Gleichstandes einen Sprung macht.

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Claims

Robert Bosch GmbH R. 2 2 2? Stuttgart Ansprüche

1. ^Elektrisch gesteuerte Einspritz anlage für eine mehrzylindrige, insbesondere sechszylindrige Diesel-Brennkraftmaschine mit mehreren, je einem der Zylinder zugeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Spritzeinrichtungen, von denen jede ein Steuermagnetventil für den als Servodruckmittel dienenden, vor dem Steuermagnetventil mit konstantem Druck anstehenden Kraftstoff, und einen Servokolben sowie einen von diesem beim Spritzvorgang verschiebbaren, vorzugsweise im Durchmesser kleineren Pumpenkolben und ferner eine federbelastete Spritzdüse enthält, die unter dem beim Spritzhub des Pumpenkolbens entstehenden, erhöhten Kraftstoffdruck öffnet, wenn das Magnetventil am Ende der ihm zugeführten, von einer Transistorschalteinrichtung gelieferten und die Füllzeit bestimmenden Füllimpulse in seine Ruhelage zurückkehrt, und mit einer Transist or s ehalt einrichtung, welche die Dauer der Füllimpulse und demzufolge die Einspritzmenge in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter bestimmt und ferner mit einem mit Nockenwellendrehzahl oder Kurbel-

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wellendrehzahl umlaufenden Drehwinkelgeber, der bei jeder Nockenwellenumdrehung mindestens einen Auslöseimpuls und eine zur Zylinderzahl Vielfaches an drehzahlabhängigen Impulsen erzeugt, und weiterhin mit einem Drehzahl-Spannungswandler, der eine zu den drehzahlabhängigen Impulsen proportionale Steuerspannung für einen Regler liefert, der in Abhängigkeit von einer Führungsgrösse die Fülldauer bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass ein astabiler Multivibrator zur Erzeugung frequenzkonstanter Zählimpulse und ein Rückwärtszähler, der im Takt der Zählimpulse beim Beginn der Füllzeit von einem Höchstwert, welcher dem Höchstwert der Zahl der während einer Kurbelwellen- oder Nockenwellenumdrehung erzeugten drehzahlabhängigen Impulse entspricht, bis zum Ende der Füllzeit auf einen Endstand abwärts zählt, und schliesslich ein erster als Puffer für einen zweiten Speicher dienender Speicher vorgesehen ist, in welchem dieser Endstand abgespeichert wird, und dass ferner ein bei jedem Aus-* lÖseimpuls startender Teiler, der die drehzahlabhängigen Impulse auf einen der Zylinderzahl entsprechende Anzahl von Grundimpulsen herunterteilt, und eine Verstelleinrichtung zur zeitlichen Versetzung der Grundimpulse, sowie eine der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechende

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Anzahl von Vorwärtszählern, die nacheinander in der vorgesehenen Arbeitstaktfolge der Brennkraftmaschine von jeweils einem der versetzten Grundimpulse gestartet werden und dann im Takt der frequenzkonstanten Zählimpulse vorwärtszählen, und schliesslich eine gleiche Anzahl von Vergleichsschaltungen vorhanden ist, die bei Gleichstand des ihr zugeordneten Vorwärtszählers mit dem im gemeinsamen zweiten Speicher festgehaltenen Endstand des RückwärtsZählers den Füllvorgang an der ihr zugeordneten Spritzeinrichtung einleitet.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Speicher (41, 42) vorgesehen sind, von denen der erste Speicher (41) dem zweiten als Puffer vorgeschaltet ist.

3· Einspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder der Spritzeinrichtungen (11) ein Vorwärtszähler (21) und ein Vergleicher (22) sowie ein in einer Endstufe (18) angeordneter Flip-Flop gehört.

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