DE2939040A1 - Einrichtung zum regeln zumindest der einspritzmenge eines verbrennungsmotors mit kraftstoffeinspritzung - Google Patents

Description

^Dip!.-!ng. Wolter JacWsch £ 5. Sep. 1979

Heinzmann GmbH & Co. A 36 6l8-kobr

7321 Albershausen

Staufenetr. 18

Einrichtung zum Regeln zumindest der Einspritzmenge eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Einrichtung ist allgemein bekannt. Infolge der zunehmenden Treibstoffverknappung und der Umweltbelastung durch Abgase werden seit Jahren Anstrengungen gemacht, um bei Verbrennungsmotoren den Wirkungsgrad zu erhöhen und gleichzeitig die Emissionswerte zu senken. Diese Maßnahmen zielen bei Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung auf eine Veränderung des Einspritzzeitpunktes sowie auf die Verwendung eines Abgasturboladers. Bei diesen Maßnahmen muß jedoch die Vollasteinspritzmenge in Abhängigkeit von der Motordrehzahl angepaßt werden. Diese Abhängigkeit ist in dem Kennliniendiagramm nach Fig. 1 dargestellt. Die Kennlinie A-B-C zeigt die Vollastfördermenge ohne Ladedruck des Turboladers; die Kennlinie B-D-E zeigt die Vollastfördermenge bei vollem Ladedruck des Turboladers; die Kennlinie E-F zeigt die Abregelkurve bei maximaler Drehzahl; die Kennlinie A-G zeigt die Abregelkurve bei der Leerlaufdrehzahl, und die Kennlinie G-F zeigt die Nullastfördermenge. Des weiteren ist in Fig. die Abhängigkeit des Verstellwinkels für den Einspritzzeitpunkt von der Motordrehzahl dargestellt. Ferner sind für die Drehzahl Null (Stillstand) die Punkte M und N eingezeichnet, wobei der Punkt M die erforderliche Einspritzmenge für den Start des kalten Motors und der Punkt N die Einspritzmenge

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- 5 für den Start des warmen Motors angi' .

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche eine Motorregelung entsprechend den in Fig. 1 dargestellten Kennlinien ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteil-hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Einrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindungsgedanke geht von folgenden Überlegungen aus:

Eine Regeleinrichtung für die Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Drehzahl muß je nach Einsatzgebiet des betreffenden Motors unterschiedlichen Anforderungen genügen. Beispielsweise tritt bei Motoren für Ackerschlepper häufig eine schlagartig höhere Belastung auf, beispielsweise beim Pflügen durch festeren Boden. Von der Regeleinrichtung für die Einspritzmenge wird bei diesem Einsatzfall gefordert, daß bei gleicher Gaspedalstellung des Schlepperführers die Einspritzmenge entsprechend der höheren Belastung vergrößert wird. In diesem Falle wird von der Regeleinrichtung die in Pig. I gestrichelt eingezeichnete Kurve von dem Betriebspunkt J zu dem neuen Betriebspunkt K durchlaufen. Als Regeleinrichtung für diesen Zweck eignen sich Verstellregler. Bei Fahrzeugen, bei denen eine schlagartige Belastungserhöhung nicht auftritt, beispielsweise bei Personenkraftfahrzeugen und Lastkraftwagen, ist das dargelegte Betriebsverhalten eines Verstellreglers aus Gründen eines möglichst niedrigen Treibstoffverbrauchs uner-

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wünscht. Bei derartigen Fahrzeugen soll vielmehr die Einspritzmenge unmittelbar über das Gaspedal des Fahrzeugs eingestellt werden können, wofür Leerlauf-Endregler erforderlich sind.

Als Leerlauf-Endregler werden üblicherweise Querfeder-Fliehkraftregler mit einem Drehzahlhubdiagramm gemäß Fig. 2 verwendet. Bei dieser Konstruktion läßt sich durch eine Gegenfeder auch die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Kennlinie erzielen, welche für die Angleichung der Vollasteinspritzmenge verwendet wird. Aus konstruktiven Gründen läßt sich jedoch nur eine Angleichung in der Weise erzielen, daß bei steigender Drehzahl die Einspritzmenge verringert wird, wie dies beispielsweise für Vergasermotoren erforderlich ist. Diese Regeleigenschaft ergibt sich auch dann, wenn im Gestänge von Verstellreglern Angleichfedern vorgesehen werden. Zur Lösung der Aufgabe, d.h. zur Erzielung von Reglerkennlinien gemäß Fig. 1, sind die erwähnten Regler unbrauchbar, da gemäß Fig. 1 auch der Fall auftritt, daß die Einspritzmenge bei steigender Drehzahl erhöht werden muß (vgl. die Kennlinien B-D-E, B-C sowie G-F). Es sind zwar Querfeder-Fliehkraftregler bekannt, welche als Verstellregler arbeiten und bei denen der Vollastanschlag in Abhängigkeit des Reglerhubs \erschoben wird, so daß eine positive oder negative Angleichung möglich ist. Bei diesen Reglern ist jedoch eine Beeinflussung des Verlaufs der Angleichkennlinie nicht möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird ein Drehzahlmeßwerk verwendet, dessen Ausgang einen der Drehzahl ungefähr proportionalen Weg oder Drehwinkel liefert. Das Drehzahl-Hubdiagramm eines solchen Drehzahlmeßwerks ist in Fig. 3

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veranschaulicht. Bei diesem Diagrar. ι wird der Abschnitt a für die Leerlaufregelung entsprechend der Kennlinie A-G gemäß Fig. 1 verwendet; ferner wird der Abschnitt b für die Abregelung bei maximaler Drehzahl entsprechend der Kennlinie E-P gemäß Fig. 1 verwendet; der Abschnitt c wird für die Angleichung entsprechend der Kennlinie B-C gemäß Fig. 1 verwendet, während der Abschnitt d des Diagramms gemäß Fig. 3 für die Verstellung des Einspritzzeitpunktes entsprechend der unteren Kennlinie genfiß Fig. 1 verwendet wird.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung besitzt somit die in Fig. 1 angedeuteten Eigenschaften, wodurch sich bei Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffeinspritzung und ggf. einer Abgasturboaufladung optimale Verbrauchs- und Emissionswerte erzielen lassen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. H eine Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung.

Das in Fig. ¹I dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung stellt einen Leerlauf-Endregler dar, wobei die Stellung bei mittlerer Drehzahl veranschaulicht ist. Auf der Ausgangswelle 1 eines nicht näher dargestellten Drehzahlmeßwerkes ist ein Winkelhebel 2 befestigt, an welchem ein Verbindungsgestänge 3 für die Betätigung eines nicht dargestellten Stellgliedes für den Einspritzzeitpunkt

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eines Verbrennungsmotors unmittelbar angreift. An dem Winkelhebel 2 ist ferner eine Verbindungsstange Ί angelenkt, welche im Bereich ihres freien Endes mit einem Langloch 5 versehen ist. Bei steigender Drehzahl bewegt sich die Ausgangswelle 1 bzw. der Winkelhebel 2 im Uhrzeigersinn, wodurch die Verbindungsstange ¹J nach links bewegt wird, so daß ein endseitiger Anschlag 6 der Verbindungsstange ^ auf einem im Langloch 5 geführten Bolzen 7 eines um die Achse 8a drehbaren Regulierhebels 8 auftritt und diesen im Uhrzeigersinn in Richtung geringerer Füllmenge mitnimmt. Diese Reglerfunktion entspricht der Abregelkurve bei maximaler Drehzahl entsprechend dem Abschnitt E-P gemäß Fig. 1. Der Anschlag 6 ist in seiner Lage bezüglich des Langlochs 5 mittels einer Justierschraube 6a justierbar, um die Abregeldrehzahl einzustellen. Die Neigung der Abregelkurve kann durch Wahl der Hebelübersetzung e/f des Regulierhebels 8 festgelegt werden.

An dem Winkelhebel 2 ist des weiteren eine Verbindungsstange angelenkt, die mit zwei Langlöchern Io und 13 versehen ist. Bei sinkender Drehzahl bewegt sich die Ausgangswelle 1 bzw. der Winkelhebel 2 im Gegenuhrzeigersinn, wodurch die Verbindungsstange 9 nach rechts bewegt wird und mit dem linken Ende des Langlochs Io auf einen darin geführten Bolzen 11 eines um die Achse 12 a eines Exzenters 1Ί drehbaren Zwischenhebels 12 auftrifft und diesen im Gegenuhrzeigersinn mitnimmt. Der Zwischenhebel 12 liegt mit einer Nase 12b an seinem oberen Ende an dem Anschlagbolzen 8b des Regulierhebels 8 entgegen der Kraftwirkung einer Zugfeder 8c an, welche an dem Regulierhebel 8 angreift und diesen im Gegenuhrzeigersinn zu verdrehen sucht. Diese Federwirkung wird in der gezeigten Betriebsstellung durch die Wirkung einer Zugfeder 15 kompensiert, die am unteren Ende des Zwischenhebels 12 angreift und diesen im Uhrzeigersinn gegen einen Anschlag 16 bewegt. Infolge der Mitnahme des Zwischenhebels 12 durch die Verbindungsstange 9 im Gegenuhrzeigersinn kann sich der Regulierhebel 8 unter der Wirkung der Zugfeder 8c ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn undäamit in Rich-

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tung größerer Füllmenge verstellen, .uf diese Weise ergibt sich die Abregelkurve bei Leerlauf entsprechend dem Abschnitt A-G gemäß Fig. 1. Die Verbindungsstange 9 ist geteilt und läßt sich in ihrer Länge über das Langloch 13 einstellen, um die Abregeldrehzahl bei Leerlauf zu justieren. Die Neigung der Abregelkurve bei Leerlauf kann durch Wahl der Hebelübersetzung g/h des Zwischenhebels 12 festgelegt werden. Da die HebelUbersetzung des Zwischenhebels 12 unabhängig von der Hebelübersetzung des Regulierhebels 8 gewählt werden kann, läßt sich die Leerlaufregelung optimal anpassen.

Der Exzenter I^, auf welchem der Zwischenhebel 12 gelagert ist, läßt sich über einen mit dem Gaspedal eines Kraftfahrzeuges verbundenen Hebel 24 verstellen. Infolge der Exzenterverstellung ist der durch die Feder 15 am Anschlag 16 festgehaltene Zwischenhebel 12 und damit auch der mit der Nase 12b in kraftschlüssiger Verbindung stehende Regulierhebel 8 in beiden Drehrichtungen verstellbar. In Richtung höhererFüliraenge kann diese Verstellung so weit erfolgen, bis der Regulierhebel 8 mit einem unteren, schräg abwärts verlaufenden Ausleger 8d gegen einen Anschlagstift 17 schlägt. Der Anschlagstift 17 ist am rechten Ende eines Hebels 18 befestigt, dessen anderes Ende von der Steuerfläche einer Kurvenscheibe 19 verstellt wird. Die Kurvenscheibe 19 ist mit dem Winkelhebel 2 starr verbunden und wird daher drehzahlabhängig verstellt. Die Form ihrer Steuerfläche bestimmt die Angleich-Fördermenge ohne Ladedruck entsprechend dem Kurvenabschnitt B-C gemäß Fig. 1. Da die Steuerfläche der Kurvenscheibe 19 beliebig geformt sein kann, läßt sich jeder gewünschte Verlauf der Angleichung ohne Ladedruck verwirklichen.

-lo-

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- Io -

Der Hebel 18 ist auf einem Exzenter 2o gelagert, welcher über einen Hebel 21 mit der Kolbenstange 22a einer Druckmeßdose 22 verbunden ist. Auf den Kolben 22b der Druckmeßdose 22 wirkt einerseits der Ladedruck eines Abgasturboladers und andererseits in Gegenrichtung eine Druckfeder 23. Bei steigendem Ladedruck des Turboladers verschiebt sich die Kolbenstange 22a nach links, wodurch der Hebel 18 mit seinem Anschlagstift 17 im Uhrzeigersinn bewegt wird. Infolge dieser Zurücknahme des Anschlagstiftes 17 kann sich der Regulierhebel 8 in Richtung auf eine noch größere Füllmenge entsprechend dem Kurvenabschnitt B-D-E gemäß Fig. 1 einstellen, Zur Begrenzung der maximalen Füllmenge ist eine weitere Kurvenscheibe ¹Io vorgesehen, die ebenfalls an dem Winkelhebel 2 starr befestigt ist und einen Hebel ¹Il steuert, an dessen freiem Ende ein Anschlag 4la für den Ausleger 8a des Regulierhebels 8 angebracht ist. Auf diese Weise können sich Veränderungenides Betriebszustandes des Abgasturboladers, beispielsweise durch Verschmutzung, nicht nachteilig auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors auswirken. Damit läßt sich auch die Kennlinie für die maximale Füllmenge optimal anpassen.

Die Achse 8d des Regulierhebels 8 ist auf einem Startmengenhebel k2 gelagert, welcher um einen unteren Drehpunkt ^2a schwenkbar ist und bei normalen Betriebszuständen unter der Kraftwirkung einer Zugfeder *I3 gegen einen gehäusefesten Anschlag 44 im Uhrzeigersinn bewegt wird. Im Bereich seines oberen, freien Endes besitzt der Startmengenhebel 42 eine gewinkelte Anschlagplatte 45, die in der Bewegungsbahn eines Mitnehmerzapfens 12c des Zwischenhebels 12 liegt. Für die Einstellung der Startmenge wird der Hebel 42 durch einen nicht dargestellten Elektromagneten gegen die Wirkung der

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Zugfeder 1*3 im Gegenuhrzeigersinn b:_ i. in Richtung größerer Füllmenge verstellt. Dabei nimmt der Startmengenhebel 42 mit seiner Anschlagplatte *J5 den Zwischenhebel j2 mit und verstelltgleichzeitig die Lage der Drehachse 8a des Regulierhebels 8. Bei Verwendung eines Regelmagneten als Elektromagneten läßt sich praktisch jeder Wert zwischen den Punkten N und M des Diagramms gemäß Fig. 1 einstellen. Die Sollwert-Vorgabe für den Elektromagneten erfolgt hauptsächlich in ,AbhängigkeitTder Motortemperatur, der Umgebungstemperatur und dem umgebenden Atmosphärendruck. Bei Erreichen der Zünddrehzahl wird der erwähnte Elektromagnet mittels eines Drehzahlschalters außer Betrieb gesetzt.

Für bestimmte Anwendungsfälle kann es erforderlich sein, daß die Regeleinrichtung auf. . weitere Parameter, wie beispielsweise umgebenden Atmosphärendruck, Abgastemperatur u.dgl. anspricht. Dies läßt sich in nicht dargestellter Weise zum einen dadurch erreichen, daß die Drehzahl-Hub-Kurve gemäß Fig. 3 gesenkt oder angehoben wird. Zum anderen können hierzu nicht dargestellte Differentialhebel verwendet werden, welche auf den Hebel 18 bzw. den Hebel ^l wirken.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung veranschaulicht, welche einen Verstellregler darstellt. Die Drehzahlverstellung wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch Hubunterteilung erreicht, wobei zwischen Vollast und Nullast nur ein kleiner Teilhub für die Regelung verwendet wird, beispielsweise die Strecke a oder b gemäß Fig. 3.

Per Verstellregler gemäß Fig. 5 weist in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Teile 1, 2, 3, 18, 19, 2o, 21, 22, 22a, 22b auf, die daher keiner weiteren Erläuterung

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bedürfen. An der Kurvenscheibe 19 ist eine Verbindungsstange 33 angelenkt, die an ihrem freien Ende ein Langloch 32 aufweist, in welchem der Bolzen 36 des hier mit 3¹I bezeichneten Regulierhebels geführt wird. Der Regulierhebel 3*< ist auf einem Exzenter 35 gelagert und steht unter der Kraftwirkung einer Zugfeder 30, die ihn im Gegenuhrzeigersinn gegen einen Vollastanschlag 31 oder gegen das rechte Ende des Langloches zu verdrehen sucht. Durch Verstellen des Exzenters 35 trifft das rechte Ende des Langlochs 32 früher oder später auf den Bolzen 36 des Regulierhebels 3¹* auf, was gleichbedeutend mit verschiedener Drehzahl ist. Der Anschlag 31 ist am Ende eines Hebels 37 gelagert, dessen anderes Ende über eine Stange 38 gelenkig mit dem am Exzenter 2o gelagerten Hebel l8 verbunden ist.

Als Drehzahlmeßwerke (Ausgangswelle 1) kommen Fliehkraftregler, fliehkrafthydraulische Regler, rein hydraulische Regler, elektronische Regler (Regelmagnet mit elektronischer Steuerung), elektrohydraulische Regler oder Elektromotoren mit elektronischer Ansteuerung in Betracht. Bedingt durch den verhältnismäßig hohen Kraftbedarf des Stellgliedes für den Einspritzzeitpunkt ist ein Fliehkraftregler von der Baugröße her nur bedingt einsetzbar. Dasselbe gilt für einen elektronischen Regler mit Regelmagnet, wobei sich hier die hohe Stromaufnahme ungünstig auswirkt. Rein hydraulische Drehzahlregler sind in hohem Maße temperaturabhängig, so daß sich deren Einsatz nur bedingt anbietet. Dagegen lassen sich fliehkrafthydraulische Regler und elektrohydraulische Regler ohne Einschränkung für die erfindungsgemäße Regeleinrichtung verwenden. Beim Einsatz von Elektromotoren sind für ausreichend große Verstellkräfte Untersetzungen erforderlich, die andererseits wieder längere Durchlaufzeiten verursachen. Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung haben längere Durchlaufzeiten jedoch keinen nachteiligen Einfluß, da sie stets kleiner sind als die freie Motorbeschleunigung. Andererseits werden kurze Regelzeiten bei der eigentlichen

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Regelung dadurch erreicht, daß vom G-->samthub nur ein kleiner Teilhub ausgenutzt wird.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann hinsichtlich ihrer Punktion auch in baulich getrennten Teilen verwirklicht werden. Die Leerlauf-Endregelung kann von einem Fliehkraftregler oder einem elektronischen Regler mit Regelmagnet übernommen werden, welcher ein Drehzahlhub-Diagramm gemäß Fig. 2 besitzt, um schnelle Regelzeiten zu erzielen. Denkbar hierfür wäre auch ein normaler Verstellregler. Für die drehzahlabhängige Angleichung sowie für die Verstellung des Einspritzzeitpunktes sind verhältnismäßig träge Regeleinrichtungen ausreichend, wobei allerdings für die Verstellung des Einspritzzeitpunktes verhältnismäßig hohe Verstellkräfte erforderlich sind. Hierfür kann ein Schrittmotor oder auch ein Gleichstrom-Getriebemotor mit elektronischer Steuerung verwendet werden. In diesem Falle wird von dem Motor die Ausgangswelle 1 verstellt, während der Anschlagstift 17 den Vollastanschlag des Drehzahlreglers darstellt. Schließlich kann im Bedarfsfalle, beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor mit geringem Drehzahlverstellbereich die Verstellung des Einspritzzeitpunktes entfallen.

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Leerseite

Claims (1)

1. Ansprüche:

   1.)Einrichtung zum Regeln zumindest der Einspritzmenge eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere eines Dieselmotors mit oder ohne Abgasturboaufladung, in Abhängigkeit von zumindest der Motordrehzahl mit einem Drehzahlmeß-werk und einem Gestänge zur übertragung einer mechanischen Ausgangsgröße des Drehzahlmeßwerks auf ein Stellglied für die Einspritzmenge, gekennzeichnet durch ein von dem Drehzahlmeßwerk (1) angetriebenes Steuerorgan (19), dessen Steuerkurve von einem verstellbaren Anschlag (17, 18 bzw. l8, 31,37,38) für das Stellglied (8 bzw. 3Ό abtastbar ist.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der verstellbare Anschlag (17, 18 bzw. 18, 31, 37, 38) einen exzentrisch gelagerten Hebel (l8) aufweist, dessen eines Ende an der Steuerkurve des Steuerorgans (19) anliegt und dessen Exzenter (2o) von der mechanischen Ausgangsgröße eines Druckmeßwerks (22) für den Ladedruck eines Abgasturboladers verstellbar ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am anderen Ende des exzentrisch gelagerten Hebels

   (18) ein Anschlagstift (17) befestigt ist, welcher in der Bewegungsbahn des als Regulierhebel ausgebildeten Stellgliedes (8) liegt (Fig. 1).

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   Ψ. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des exzentrisch gelagerten Hebels (18) gelenkig mit dem einen Ende eines Stellhebels (37) verbunden ist, an dessen anderem Ende ein Anschlagstift (31) befestigt ist, welcher in der Bewegungsbahn des als Regulierhebel ausgebildeten Stellgliedes (3¹O liegt (Fig. 5).

   5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein weiteres, von dem Drehzahlmeßwerk (1) angetriebenes Gestänge (9) zur Übertragung der mechanischen Ausgangsgröße des Drehzahlmeßwerks (1) auf einen exzentrisch gelagerten Zwischenhebel (12), welcher mit dem Stellglied (8) in kraftschlüssigem Eingriff steht.

   6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Zwischenhebel (12) lagernde Exzenter (I¹O über einen Verbindungshebel (24) mit dem Gaspedal eines Kraftfahrzeugs verbunden ist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 3> 5 oder 6,dadurch gekennzeichnet, daß das als Regulierhebel ausgebildete Stellglied (8) auf einem mechanisch oder elektromagnetisch verstellbaren Startmengenhebel (42) gelagert ist.

   8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der exzentrisch gelagerte Hebel (18) oder der Startmengenhebel (42) über Differentialhebel von der mechanischen Ausgangsgröße eines Meßwerks zum Erfassen weiterer Betriebsparameter des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise Abgastemperatur, umgebender Atmosphärendruck u.dgl., verstellbar ist.

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   9. Einrichtung nach einem der Anspr. ~ihe 1 bis 8, dadurch
   gekennzeichnet, daß jedes Gestänge (4 bzw. 9) ein Langloch (5 bzw. lo) aufweist, in welchem der jeweils zugeordnete Hebel (8 bzw. 12) über einen Bolzen (7 bzw. 11) geführt ist.

   Io. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein drittes, von dem Drehzahlmeßwerk (1) angetriebenes Gestänge (3) zur Übertragung der mechanischen Ausgangsgröße des Drehzahlmeßwerks (1) auf ein weiteres Stellglied für den Einspritzzeitpunkt des Verbrennungsmotors .

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