DE2921766A1

DE2921766A1 - Einrichtung bei einer brennkraftmaschine zur kraftstoffzumessung und verteilung

Info

Publication number: DE2921766A1
Application number: DE19792921766
Authority: DE
Inventors: Peter Dilger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-05-29
Filing date: 1979-05-29
Publication date: 1980-12-11

Description

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.1979 Mü/Kö

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Einrichtung bei einer Brennkraftmaschine zur Kraftstoffzumessung und Verteilung

Stand der Technik

Mechanische Kraftstoffzumeß- und Verteilereinrichtungen sind vor allem bei Diesel-Brennkraftmaschinen bekannt. Dabei sei vor allem das Prinzip der Verteilerpumpen her-' vorgehoben, bei dem bei rotierender Welle in Winkelabständen angeordnete Pumpenelemente nacheinander betätigt werden. Es ist eine der Aufgaben der Erfindung, eine mechanisch arbeitende und elektrisch gesteuerte Kraftstoffzumessung und Verteilung an einzelne Zumeßstellen zu schaffen, die möglichst universell in ihrer Anwendung ist und gleichzeitig allen Belangen einer optimalen Kraftstoffzumessung Rechnung trägt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs löst diese Aufgabe und hat den Vorteil, daß vor allem bei der Benzineinspritzung auf bekannte Signalerzeugungsstufen für die Einspritzzeit zurückge-

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griffen werden kann, die dann in Zusammenarbeit mit einer elektronischen Einrichtung zur Steuerung des Schrittmotors für eine korrekte Zumessung sorgen. Darüber hinaus entfallen bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffzumessung und -verteilung elektromagnetische Einspritzventile, was insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit hoher Zylinderzahl eine beachtliche Einsparung an elektrischer Leistung mit sich bringt, denn bekanntermaßen müssen elektromagnetische Einspritzventile mit hohen Strömen betrieben werden, wenn zeitexakte öffnungs- und Schließphasen gewünscht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft gestaltet sich bei einer speziellen Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes die Schubabschaltung sowie die Beschleunigungsanreicherung, die mittels einfacher axialer Verschiebung des Verteilerorgans bewerkstelligt wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein grobes Übersichtsschaubild der Einrichtung zur Kraftstoffzumessung und -verteilung, Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Verteilerorgans in Verbindung mit der Verteilerkammer, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel von Verteilerorgan, Verteilerkammer und Ansteuermechanismus, Figur H eine grobe Skizze zur Darstellung der Wirkungsweise der Ein-

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richtung, Figur 5 Impulsbilder zur Ansteuerung des Schrittmotors, Figur 6 schließlich den blockweisen Aufbau der Ansteuerschaltung des Schrittmotors mit zugehörendem Impulsschaubild.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist in grobschematiseher Darstellung die Einrichtung zur Kraftstoffzumessung und -verteilung dargestellt. Mit 10 bis 15 sind Signalgeber für die Luftmasse, die Drehzahl, eine Bezugsmarke, insbesondere von der Nockenwelle, die Ansaugluft- und -motortemperatur sowie einem Abgassignal bezeichnet. Ihre Ausgangssignale werden zu einer Signalverarbeitungseinrichtung 16 geführt, der ein Schrittmotor 17 nachgeschaltet ist. Dieser Schrittmotor 17 wirkt auf ein Verteilerorgan 18 in einer Verteilerkammer 19 ein, von der aus im vorliegenden Fall vier Kraftstoffleitungen 20 zu einzelnen Kraftstoffzumeßstellen führen. Die Kraftstoffversorgung erfolgt ausgehend von Kraftstofftank 21, Kraftstoffpumpe 22 sowie Druckspeicher 23 über eine Leitung 24 zur Verteilerkammer 19.

Aufgabe der Signalverarbeitungseinrichtung 17 ist sowohl die Bildung eines Kraftstoffmengensignals als auch die Steuerung des Schrittmotors 17 abhängig z.B. von der Kurbelwellenwinkel- bzw. Nockenwellenwinkelsteilung und der gewünschten bzw. geforderten Zumeßzeit. Im Gegensatz dazu haben die Kraftstoffversorgungseinrichtungen 21 bis 24 nur Kraftstoff mit bestimmtem Druck bereitzustellen. Je nach Erfordernis kann selbstverständlich auch dieser Kraftstoffdruck variiert werden, so z.B., um die Kraftstoffzumessung bei Sonderbetriebsbedingungen wie Be-

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schleunigung und Schub ergänzend zu beeinflussen.

Figur 2 zeigt ein Beispiel von Verteilerorgan 18 und Verteilerkammer 19 bei Abflußöffnungen in einer axialen Reihe. Erkennbar sind die Abflußöffnungen der Verteilerkammer am oberen Rand der gezeichneten Kammer und in diesem Beispiel ringförmige öffnungen im Verteilerorgan verteilt auf deren wirksame Länge und in einem Winkelabstand zueinander, der der Anzahl der Kraftstoffzumeßstellen entspricht. Bei einer Drehung des Verteilerorgans 18 geben nun die einzelnen Öffnungen 25 in diesem Verteilerorgan nacheinander den Kraftstofffluß ausgehend von der Leitung 24 zu den Abflußleitungen 20 frei. Dies in einer ganz bestimmten Reihenfolge und zu vorbestimmten Zeiten. Dabei läßt sich die zugemessene Kraftstoffmenge in einem weiten Bereich über die Geschwindigkeit des Vorbeistreichens der Öffnungen 25 des Verteilerorgans l8 an den Abflußöffnungen der Verteilerkammer 19 einstellen. Für den Fall, daß diese Variation der Kraftstoffmenge noch nicht ausreicht, z.B. zur Schubabschneidung sowie zur Beschleunigungsanreicherung, empfiehlt sich die Steuerung des Drucks des Kraftstoffs in der Kraftstoffzuleitung 24 z.B. über zusätzliche Drosselst-ellen bzw. über eine Druckerhöhung.

Bei einer etwas geänderten Ausbildung von Verteilerorgan und Verteilerkammer entsprechend Figur 3 kann auf eine Druckvariation bei Sonderbetrieben verzichtet werden. Dafür ist eine axiale Verschiebung des Verteilerorgans erforderlich.

Im einzelnen zeigt Figur 3a ein Verteilerorgan 30 mit einer schlitzförmigen und an einem Ende offenen Aus-

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nehmung 31· Die Verteilerkammer 32 weist im Gegensatz zu derjenigen von Figur 1 bzw. 2 öffnungen in einer Ebene, jedoch winkelversetzt auf 33 bis 36. Wesentlich ist noch die axiale Verschiebbarkeit des Verteilerorgans 30 mittels eines vorzugsweise elektromagnetisch arbeitenden Hubstellwerks 37. Die Kopplung zwischen Verteilerorgan 30 und Schrittmotor 17 erfolgt dabei über ein Koppelglied 38 mit axialem Spiel.

Bei Drehung des Verteilerorgans 30 werden der Reihe nach über die Ausnehmung 31 im Verteilerorgan 30 die Kraftstoffflüsse von der Zuflußleitung 24 zu den Abflußleitungen 33 bis 36 freigegeben. Die Menge des Kraftstoffs wird wiederum in erster Linie abhängig von der Winkelgeschwindigkeit des Verteilerorgans bestimmt.

Zur deutlicheren Darstellung zeigt Figur 3b das Verteilerorgan 30 in einer gegenüber der Darstellung von Figur 3a um 90° gedrehten Position.

Wird bei der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb Kraftstoff absperrung gewünscht, dann erfolgt dies über eine axiale Verschiebung nach rechts des Verteilerorgans in Figur 3a. Dargestellt ist dies in Figur 3c. Als Folge der axialen Verschiebung werden die Abflußöffnungen 33 bis 36 nicht mehr freigegeben, so daß auch keine Kraftstoffzumessung zu den einzelnen Zumeßstellen mehr erfolgt.

Im umgekehrten Falle, d.h. bei einer gewünschten Kraftstoff mehrmenge z.B. im Beschleunigungsfall, wird das Verteilerorgan 30 nach links verschoben (siehe Figur 3d), so daß nunmehr alle Abflußleitungen mit Kraftstoff be-

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aufschlagt werden. Bei der Darstellung von Figur 3d erfolgt diese Kraftstoffzumessung an alle vier Abflußleitungen gleichzeitig in gleicher Intensität, während z.B. bei einer nur teilweisen überdeckung der Abflußöffnungen drei Abflußleitungen mit einer geringeren Menge beaufschlagt werden als die vierte, wenn an dieser vierten die Ausnehmung J>1 gerade angelangt ist.

Der Vorteil der in Figur 3 dargestellten Einrichtung ist es, daß der Kraftstoffdruck auch bei Sonderbetriebszuständen nicht variiert zu werden braucht und von der Kraftstoffabsperrung bis zum Dauerstrichbetrieb bei allen Zumeßstellen beliebige Zumeßwerte einstellbar sind.

Figur 4 verdeutlicht zusammen mit Figur 5 die Ansteuerung des Schrittmotors 17 zur Drehung des Verteilerorgans 18, 30, sowie die sich daraus ergebende eingespritzte Kraftstoffmenge.

Die Position des Verteilerorgans 18, 30 soll in Figur 4a ein Schaltschritt vor Freigabe der Auslaßöffnung sein. Figur 4b zeigt die Zuordnung von Verteilerorgan und Verteilerkammer mit Austrittsöffnung ein Schaltschritt später, d.h. bei vollständiger Freigabe des Kraftstoffflusses und schließlich ist in Figur 4c die Kraftstoffabsperrung beim nachfolgenden Schaltschritt dargestellt. Selbstverständlich sind bei feinerer Rasterung der Schaltsignale auch Zwischenstellungen möglich.

Figur 5 zeigt das zeitliche Signalverhalten des Schrittmotors und die zugemessene Menge bei drei Lastzuständen, Leerlauf, Vollast und Schub (ohne Abschneidung). Aus-

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gangspunkt sei die Stellung des Verteilerorgans nach Figur 4a, d.h., daß nach dem nächsten Schaltimpuls der Kraftstofffluß freigegeben ist. Siehe hierzu die Impulsdarstellungen nach Figur 5 a2, b2, c2. Je nach Lastzustand und daher je nach gewünschter Kraftstoffmenge kommt nun früher oder später ein weiteres Signal zum Schrittmotor, was eine entsprechende Zeitdauer des Kraftstoffflusses bedeutet. Erkennbar ist aus Figur 5, daß z.B. die Leerlaufmenge zwischen der Menge im Schub und im Vollastfall liegt, jedoch der Schubmenge sehr benachbart ist.

Figur 6 zeigt die elektrische Ansteuerschaltung des Schrittmotors 17 zusammen mit einem entsprechenden Impulsdiagramm. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Wert der Einspritzzeit bereits in einer anderen für sich bekannten elektronischen Steuereinheit berechnet worden und aus einem Speicher abrufbar ist. Im einzelnen umfaßt die Schaltungsanordnung zur Ansteuerung des Schrittmotors 17 folgende Baugruppen.

Drei Speicher sind mit 40, 4l und 42 bezeichnet, aus denen jeweils entweder konstante Werte oder von Betrieb skenngrößen abhängige Werte auslesbar sind. Die Parallelausgänge der Speicher führen zu einem ersten Zähler 43» dessen CO-Ausgang 44 zu einem CL-Eingang 45 eines zweiten Zählers 46 führt. Ausgangsseitig steht dieser zweite Zähler 46 mit einem Dekoder 47 in Verbindung, von dem drei Ausgänge mit je einem der Speicher 40 bis 42 verknüpft sind und ein vierter Ausgang zu einem UND-Gatter 48 führt. Der zweite Eingang des UND-Gatters 48 steht mit einem Eingang 49 für ein Konstant-Frequenz-Signal in Verbindung, während sein Aus-

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gang am CL-Eingang des Zählers 43 angeschlossen ist. Ein Bezugsmarkensignal vom Bezugsmarkensensor 12 von Figur 1 tritt an einem Eingang 50 auf und wird zu einer Synchronisierstufe 51 weitergeleitet. Diese hat die Aufgabe, das Bezugsmarkensignal mit der Arbeitsfrequenz zu rastern. Ausgangsseitig ist die Synchronisationsstufe 51 sowohl mit dem Rücksetzeingang des zweiten Zählers 46 verknüpft, als auch mit einem Eingang eines ODER-Gatters 52, dessen zweiter Eingang mit dem CO-Ausgang 44 des ersten Zählers 43 gekoppelt ist. Gleichzeitig tritt an diesem Ausgang 44 des ersten Zählers 43 das Ansteuersignal für den Schrittmotor 17 auf, es kann an einer Ausgangsklemme 53 abgenommen werden.

Dem ODER-Gatter 52 folgt eine Ladeimpulserzeugungsstufe 54, deren Ausgang LJ zum PE-Eingang des ersten Zählers 43 geführt ist. Zur Rasterung bzw. Synchronisation stehen sowohl die Synchronisationsstufe 51 als auch die Ladeimpulserzeugungsstufe 54 mit dem Eingang 49 für ein Konstant-Frequenz-Signal in Verbindung.

Beim obenbeschriebenen Beispiel einer Einrichtung zur Kraftstoffzumessung und -verteilung wird davon ausgegangen, daß die Ruhestellung des Verteilerorgans ein Schaltschritt vor dem Öffnen der Kraftstoffdurchtrittsöffnung zu den jeweiligen Abflußleitungen ist. Tritt nun ein Bezugsmarkensignal auf, das eine bestimmte Stellung der Kurbelwelle markiert, dann wird aus dem ersten Speicher 40 ein insbesondere drehzahlabhängiges Wartesignal ausgelesen, welches die Zuordnung von Kurbelwellenwinkel und Beginn der gewünschten Kraftstoffzumessung angibt. Nach Ablauf einer durch den Signal-

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wert vorgegebenen Zeit schaltet der Schrittmotor 17 um einen Schaltschritt weiter und ermöglicht einen Kraftstoff fluß zu der Zumeßstelle. Die Zeitdauer bis zum Auftreten des nächsten Schaltimpulses für den Schrittmotor ist nun vom gespeicherten Wert im zweiten Speicher 41 abhängig, wobei dieser Wert in einer bekannten Einrichtung zum Bestimmen der Kraftstoffzumeßzeit ausgehend von Betriebskenngrößen ermittelt wurde.

Der Wertinhalt des dritten Speichers 42 dient nun dazu, das Verteilerorgan 18 in die nächste Ruhestellung zu schalten bzw. entsprechend zu drehen.

Es kann sich empfehlen, das Verteilerorgan mit einem Meßwertgeber zu versehen, der dann jeweils ein Signal abgibt, wenn das Verteilerorgan in seiner Ruhe- bzw. Wartestellung angekommen ist. In diesem Fall könnte dann der dritte Speicher 42 entfallen, sofern ein automatisches Weiterschalten des Schrittmotors 17 nach Ende der Kraftstoffzumeßzeit gewährleistet ist.

Impulsbilder zur vorstehend grob skizzierten Arbeitsweise der Ansteuereinrichtung des Schrittschaltmotors 17, wie sie in Figur 6a dargestellt ist, zeigt Figur 6b. Dort ist mit fcl das sogenannte Clock-Frequenz-Signal dargestellt, welches am Eingang 49 der Schaltungsanordnung von Figur 6a anliegt. Mit BM ist das Bezugsmarkensignal von Eingangsklemme 50 (Figur 6a) bezeichnet. Beim Auftreten eines ersten Ladeimpulses LJ am Ausgang der Ladexmpulserzeugungsstufe 54 wird der im ersten Speicher 40 stehende Wert in den Zähler 43 übernommen und dort ausgezählt. Am Ende dieses Auszählvorgangs

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tritt am Überlaufausgang 44 ein entsprechendes Signal auf, welches mit COZl bezeichnet ist, den Schrittmotor 17 weiterschaltet und daher die Kraftstoffzumessung beginnen läßt.

über das ODER-Gatter 52 wird nun ein erneuter Ladeimpuls für den ersten Zähler 43 erzeugt, gleichzeitig abhängig vom Zählerstand des zweiten Zählers 46, der die Zählfolgen zählt und in einem nachfolgenden Dekodierer auswertet, der Wert des Einspritzsignals übernommen. Nach Ende des Auszählvorgangs dieses Kraftstoffzumeß-Zeitwertes erscheint am Ausgang 44 des ersten Zählers wiederum ein Schaltimpuls für den Schrittmotor 17 und die Kraftstoffzumessung endet. Gleichzeitig wird jedoch wieder ein Ladeimpuls in der Ladeimpulserzeugerstufe erzeugt und damit wird der Schrittmotor 17 bis zur nächsten Ruhestellung des Verteilerorgans 30 weitergeschaltet. Sind die zu dieser Position entsprechenden Werte im Zähler 46 erreicht, dann wird über eine Ausgangsleitung des Dekoders 47 das UND-Gatter 48 gesperrt und die Schaltvorgänge ruhen bis zum Eintreffen des nächsten Bezugsmarkenimpulses·

Eine getrennte Ansteuerung abhängig von den Sonderbetriebsbedingungen. Schubbetrieb und Beschleunigungsanreicherung, ' gegebenenfalls auch Kaltstartanhebung, erhält das elektromagnetische Stellwerk 37 zur Verschiebung des Verteilerorgans 30 von Figur 3a. Da Schubbetriebs- bzw. Beschleunigungserkennungsstufen zum gängigen Stand der Technik gehören, braucht auf deren Realiesierung nicht eingegangen zu werden. Realisierbar ist das elektromagnetische Stellwerk 37 mittels eines 3~ Stellungs-Stellwerks, wobei seine Normallage die Mit-

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tellage ist. Je nach Sonderbetrieb wird dann das Verteilerorgan 30 nach links oder nach rechts verschoben, wie es die Darstellungen von Figur 3c bzw. 3d angeben.

Für eine abgestufte Einstellung läßt sich auch ein Regelmagnet einsetzen, um eine variable Einstellung in axialer Richtung zu ermöglichen. Dies kann für Beschleunigungsanreicherung und Kaltstartsteuerung vorteilhaft sein. Das Ansteuersignal des Stellwerks ist in diesem Fall vorzugsweise pulsbreitenmoduliert.

Möglich erscheint auch eine Erweiterung der Einrichtung dahingehend, daß das Verteilersystem nur der Steuerung einer Hochdruckeinspritzung dient, und die Hochdruckeinspritzung dann entsprechend der Stellung des Verteilerorgans erfolgt. -

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Einrichtung bei einer Brennkraftmaschine zur Kraftstoffzumessung und Verteilung

Zusammenfassung

Es wird eine Einrichtung bei einer Brennkraftmaschine zur Kraftstoffzumessung und -verteilung an einzelne Zumeßstellen mit einer Kraftstoffpumpe sowie einem Verteilerorgan vorgeschlagen, wobei dieses Verteilerorgan zugleich die Zumessung übernimmt. Das Verteilerorgan ist hülsenförmig ausgebildet, weist wenigstens eine Ausnehmung auf und ist in der Verteilerkammer drehbar und vorzugsweise auch axial verschiebbar. Angesteuert wird das Verteilerorgan zweckmäßigerweise mittels eines Schrittmotors, der seine Ansteuerung abhängig vom erforderlichen Kraftstoffmengenwert sowie der Position insbesondere der Nockenwelle erhält.

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Claims

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Ansprüche

IJ Einrichtung bei einer Brennkraftmaschine zur Kraftstoffzumessung und -verteilung an einzelne Zumeßstellen mit einer Kraftstoffpumpe scwie einem Verteilerorgan, dadurch gekennzeichnet₃ daß das. Verteilerorgan (l8₃ 30) Hülsenform mit wenigstens einer. Ausnehmung (25, 3D aufweist, in der Verteilerkammer (19, 32) wenigstens drehbar gelagert 1st und vorzugsweise mittels Schrittmotor (17) ansteuerbar ist.

2-. Einrichtung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß bei axial versetzten Abflußanschlüssen (20) der Verteilerkammer (19) das Verteilerorgan (18) winkelversetzte sowie axial versetzte Ausnehmungen (25) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß bei axial in einer Ebene liegenden Abflußanschlüssen (33 bis 36) der Verteilerkammer (32) wenigstens eine

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einseitig offene Ausnehmung (31) im Verteilerorgan (30) vorgesehen ist und das Verteilerorgan vorzugsweise in axialer Richtung abhängig von Sonderbetriebszuständen wie Schiebebetrieb j Beschleunigungsanreicherung, Kaltstart verschiebbar ist.

h. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 33 dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh- und gegebenenfalls Verschiebebewegung des Verteilerorgans (30) mittels einer Signalverarbeitungseinrichtung (16) ausgehend von Betriebskenngrößen und Betriebszuständen bestimmt und vorzugsweise geregelt ist.

5„ Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugsmarkensignal von einer Brennkraftmaschinenwelle, insbesondere der Nockenwelle, abnehmbar ist und im Anschluß daran aufeinanderfolgend wenigstens eine Wartezeit und eine Zumeßzeit auszählbar ist.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung der Steuerung einer Hochdruckeinspritzanlage dient.

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