DE2946410A1 - Kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Description

Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem für die Zufuhr von Kraftstoff an einen Verbrennungsmotor mit mindestens einer Einspritzpumpe mit einem Pumpenkolben, einem Solenoid und einem Läufer zur direkten Betätigung des Pumpenkolbens nach der Erregung des Solenoids, wobei das System eine Einspritzdüse besitzt, durch die beim Betrieb vom Pumpenkolben unter Druck gesetzter Kraftstoff zu einem Motorzylinder fließt, wobei die Einspritzdüse mit einem auf den Kraftstoffdruck ansprechenden Ventil versehen ist, das geöffnet wird, um Kraftstoff durchfließen zu lassen, wenn der Druck des an die Düse herangeführten Kraftstoffes einen vorbestimmten Wert erreicht.

Bei einem derartigen System bestimmt das Ausmaß der Kolbenbewegung die Kraftstoffmenge, die dem Verbrennungsraum durch die Einspritzdüse zugeführt wird. Beim Starten wird dem Motor gewöhnlich eine über der normalen Höchstmenge liegende Kraftstoff menge zugeführt, und die Zuführung dieser besonders großen Kraftstoffmenge erfordert eine erhöhte Kolben- und Läuferbewegung. D.h., wenn die zusätzliche Kraftstoffmenge zugeführt wird, wird der Luftzwischenraum oder die Luftzwischenräume in dem Magnetkreis des Solenoids und des Läufers größer und die durch die Erregung des Solenoids entstehende Kraft wird geringer sein als die bei der Zufuhr der normalen Höchstmenge von Kraftstoff.

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Das Ventil in der Einspritzdüse erfordert, daß ein vorbestimmter Kraftstoffdruck vor der öffnung des Ventils entwickelt wird und daher muß, selbst wenn die erhöhte Kraftstoffmenge zugeführt wird, die vorhandene Kraft zumindest hoch genug sein, daß dieser vorbestimmte Druck entwickelt wird.

Bei einem Fahrzeugmotor erfolgt die Energieversorgung des Solenoids durch die Fahrzeugbatterie, die auch die für den Start des Motors erforderliche Leistung erzeugt. Bei kaltem Motor kann die Klemmenspannung der Batterie bis um die Hälfte fallen, wenn der Startermotor betätigt wird, und daher müßte das Solenoid bei dem beschriebenen System so gestaltet sein, daß es bei halber Speisespannung und bei größtmöglichem Luftzwischenraum oder -räumen genügend Kraft erzeugt. Das würde aber bedeuten, daß das Solenoid für den normalen Betrieb des Motors, d.h. wenn die Batteriespannung ihren normalen oder fast normalen Wert erreicht hat und wenn die normale Höchstmenge an Kraftstoff zugeführt werden muß, unnötigerweise groß sein würde. Wenn das Solenoid jedoch so gewählt wird, daß es mit einer ausreichenden Sicherheitsmarge beim normalen Lauf des Motors fertig wird, würde es nicht die Einspritzung von Kraftstoff bei den obenerwähnten kalten Startbedingungen bewirken.

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Wenn der anfängliche Luftzwischenraum verringert wird, dann kann sogar mit einem für den normalen Motorlauf bestimmten Solenoid genügend Kraft entwickelt werden, selbst wenn die Batteriespannung auf die Hälfte ihres Normalwertes verringert ist. Bei diesen Verhältnissen wäre die Kraftstoffzufuhr zum Motor jedoch unzureichend. Das kann jedoch dadurch vermieden werden, daß die Pumpe mindestens zweimal betrieben wird, um die benötigte Kraftstoffmenge zu fördern. Dieser wiederholte Betrieb muß in zeitlicher Abhängigkeit zu dem dazugehörigen Motor und in sehr schneller Aufeinanderfolge erfolgen, da es offensichtlich nutzlos ist, einem Motorzylinder beispielsweise bei dem Auslaßhub des Motors Kraftstoff zuzuführen.

Das erfindungsgemäße System umfaßt erste Mittel, die nach Betätigung eines Steuerschalters durch das Bedienungspersonal den Betrieb des Anlaßmotors verzögern, zweite Mittel, die die Erregung des Solenoids oder der Solenoide der Pumpe oder Pumpen beim Abschalten des Anlaßmotors bewirken und dadurch bewirken, daß die Luftzwischenräume in den Magnetkreisen auf ein Minimum verringert werden, wobei sich die Solenoide bis zum Anlassen des Motors in einem erregten Stadium befinden, wonach sie dann in schneller Folge entregt und erregt werden, um den dazugehörigen Einspritzdüsen in zeitlicher Abhängigkeit von dem Motor Kraftstoffmengen zuzuführen, die in ihrer Gesamtheit die für das Anlassen erforderliche Kraftstoffmenge bilden.

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- 8 Figurenbeschreibung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffsysteins wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm, das den Motoreinbau darstellt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Pump-ZEinspritzvorrichtung, die in das Motorsystem eingebaut ist;

Fig. 3 in Blockform ein Steuersystem für die Einspritzvorrichtung;

Fig. 4 ein Diagramm eines elektronischen Reglers; Fig. 5 den Betrieb des Systems bei normalen Bedingungen und Fig. 6 den Betrieb des Systems bei Anlaßbedingungen.

Vor der Beschreibung des Systems wird Bezug genommen auf Fig. 2 der Zeichnungen, die eine kombinierte Kraftstoffpumpe und Einspritzdüse zeigt, die im folgenden Pump-/Einspritzvorrichtung genannt wird und die Bezugsziffer 10 besitzt. Die Pump-ZEinspritzvorrichtung besteht aus einem hohlen zylinderförmigen abgestuften Körper 11, dessen engeres Ende mit einem Gewinde versehen ist und eine Haltemutter 12 aufnimmt, die auf dem Körper einen Düsenkopf 13 hält. Der Düsenkopf 13 besitzt ein konisch geformtes Endteil, in dem eine Auflagefläche angeordnet ist, die sich an dem Ende einer Mittelbohrung befindet. Innerhalb der Bohrung befindet sich ein Ventilteil 15,

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das einen Kopf 16 besitzt, der mit der obigen Auflagefläche zusammenwirkt. Das Ventilteil 15 wird innerhalb der Bohrung von gerieften Teilen beweglich geführt, die in das Ventilteil integriert sind, wobei der Durchmesser des Ventilteils dergestalt ist, daß es durch den Teil der Bohrung, der die Auflagefläche bildet, durchpaßt. An dem von dem Kopf entfernten Ende ist das Ventilteil mit einem Teil 17 versehen, gegen das ein Sperrteil 18 angeordnet ist, das einen seitlichen Schlitz besitzt, so daß es um ein verjüngtes Teil des Ventilteils unterhalb des Teiles 17 angeordnet werden kann. Das Sperrteil hält ein Federlager 19 in Stellung, und zwischen dem Lager 19 und einem Teil des Düsenkopfes befindet sich eine Spulendruckfeder 20, die den Kopf 16 an die Auflagefläche drückt.

Der Körper 11 ist mit einer Mittelbohrung versehen, in die sich ein Teil des Düsenkopfes 13 erstreckt, der mit einem Flansch versehen ist, der durch die Haltemutter 12 abdichtend mit dem Ende des Körpers 11 zusammenwirkt. Wahlweise kann der Flansch auch dadurch gesichert werden, daß ein verjüngtes Endteil des Körpers über den Flansch gerollt wird, oder daß der Flansch an dem Körper mittels Elektronenstrahlschweißens befestigt wird.

In die Bohrung in dem Körper 11 erstreckt sich eine zylindeförmige mit einem Flansch versehene Ventilhalterung 24. Die Halterung

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ist in dieser Bohrung befestigt, und innerhalb der Halterung ist eine abgestufte Bohrung gebildet. Das breitere Teil dieser Bohrung bildet einen Zylinder für einen Kolben 26, während das Zwischenteil 29 ein Ventilteil 27 aufnimmt. Ein etwas vergrößertes Teil 30 der Bohrung ist an seinem Ende so geformt, daß es eine Auflagefläche für einen ein Teil des Ventilelementes 27 bildenden Ventilkopf 28 bildet. Der Ventilkopf 28 wird an die Auflagefläche durch eine leichte Spiralendruckfeder 31 gedrückt, und durch das Ventilelement erstreckt sich ein Durchgang 32. Die Feder 31 sitzt gegen ein Teil 22, das gegen eine Stufe 21 in der Bohrung des Körpers angeordnet ist, wobei das Teil 22 eine ümfangsrille oder -rillen 23 besitzt, entlang denen Kraftstoff fließen kann. Das Teil 30 der Bohrung steht mit einer Kammer 33, die in einem vergrößerten Teil des Körpers 11 gebildet ist, mittels Längsrillen 34 in Verbindung, die in der äußeren Oberfläche der Ventilbefestigung gebildet sind und durch Querbohrungen mit dem Teil 30 der Bohrung verbunden sind. Das Ventilelement ragt in den Zylinder 25, und es kann, wie im folgenden beschrieben wird, mit dem Kolben 26 zusammenwirken.

Elektromagnetische Mittel, die im allgemeinen mit 34A bezeichnet sind, befinden sich innerhalb der Kammer 33 und bewegen den Kolben 26 in der Richtung, daß Kraftstoff von

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dem Zylinder 25 verdrängt wird. Die elektromagnetischen Mittel bestehen aus einem dünnwandigen Läufer 36, der röhrenförmig ist und mit einem plattenförmigen Teil 37 verbunden ist, das in den Kolben 26 integriert ist. Das plattenförmige Teil ist mit öffnungen versehen, die sich durch es erstrecken und den Kraftstoffluß erleichtern, und es dient auch als Federlager für eine Spiralendruckfeder 38, die den Kolben 26 von dem Ventilelement wegdrückt. Der Läufer wird von dem Kolben 26 und an seinem anderen Ende von einer Vergrößerung 39 beweglich geführt, die auf der Innenfläche des Körpers 11 beweglich angeordnet ist.

Das offene Ende des Körpers 11 ist mittels eines Endverschlusses 4O verschlossen, der mittels einer Haltemutter 41 in Stellung gehalten wird, die wiederum in einen Flansch an dem Körper eingreift. Der Endverschluß bildet einen Kraftstoffeinlaß 42, der mit der Kammer 33 in Verbindung steht, und er trägt auch ein Solenoid oder Statoranlage. Die Statoranlage umfaßt eine Stange 43, die aus magnetisierbarem Stoff gebildet ist und die sich innerhalb des Läufers erstreckt und auf ihrer Umfangsflache mit einem Paar schraubenförmiger Rippen 44 versehen ist. Die Innenfläche des Läufers ist ebenfalls mit schraubenförmigen Rippen 45 versehen, und die dargestellten Oberflächen der Rippen 44 und 45 sind in bezug auf die Längsachse der Pump-/Einspritzvorrichtung geneigt. Darüber

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hinaus sind die Oberflächen der elektromagnetischen Mittel im entregten Zustand in Abständen voneinander angeordnet gezeigt.

In den beiden zwischen den Rippen 44 gebildeten Rillen befindet sich ein Paar Wicklungen 46. Die Wicklungen werden günstigerweise dadurch gebildet, daß entlang einer Rille von dem einen Ende der Stange her Draht gewickelt wird, der entlang der anderen Rille zum selben Ende der Stange zurückkehrt. Die Wicklungen besitzen eine Vielzahl von Windungen; wenn ihnen Strom zugeführt wird, fließt der Strom in den Wicklungen in den beiden Rillen in entgegengesetzter Richtung, so daß die Rippen 44 entgegengesetzte magnetische Polarität annehmen. Die Endverbindungen der Wicklungen sind mit den mit 47 bezeichneten Klemmen verbunden und auf dem Endverschluß befestigt.

Das Ausmaß der Bewegung des Läufers unter der Wirkung der Feder 38 wird durch das Anstoßen des Läufers an den Endverschluß begrenzt, und der Läufer wird durch ein Halteteil 48, das an der Stange an ihrem neben dem Kolben befindlichen Ende befestigt ist und das sich durch eine Öffnung in dem Läufer erstreckt, von einer Drehbewegung abgehalten.

Die Pump-/Elnspritzvorrichtung umfaßt weiterhin einen Signalumformer, der die Stellung des Läufers anzeigt. Der Signal-

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umformer besteht aus einem Kernteil 49, das um die Stange 43 an deren neben dem Endverschluß liegenden Ende angeordnet ist. Das Kernteil ist mit einer Umfangsrille versehen, in der sich eine Wicklung 50 befindet, und der Läufer trägt einen aus nicht-magnetischem Stoff hergestellten Ring 51 und die, bei Bewegung des Läufers, die Reluktanz des von dem Kern und Ring gebildeten :iagnetkreises ändert und dadurch die Induktanz der Wicklung 50 ändert, wobei diese Wicklung von einer Hochfrequenzquelle versorgt wird.

Im folgenden wird der Betrieb der Pump-/Einspritzvorrichtung beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, da3 sich die verschiedenen Teile in der in der Zeichnung gezeigten Lage befinden. In dieser Stellung ist der Zylinder 25 vollständig mit Kraftstoff gefüllt und steht der Ventilkopf 28 mit seiner Auflagefläche in Berührung. Wenn die Wicklungen mit Strom versehen werden, bewegt sich der Läufer gegen die Uirkung der Feder 38 nach unten. Daher wird der in dem Zylinder befindliche Kraftstoff durch den Kolben 26 unter Druck gesetzt, und dieser Druck wirkt auf den Kopf des Ventilteiles 15. Wenn der Druck einen vorbestimmten Wert erreicht, wird der Kopf 16 von seiner Auflagefläche gegen die Wirkung der Feder 20 hochgehoben, und Kraftstoff fließt von dem Düsenkopf, wobei der Kraftstoff, wenn er an dem Ventilkopf entlang fließt, zerstäubt wird. Dieser Kraftstoff-

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fluß hält an, bis der Kolben mit dem Ventilelement 27 zusammenwirkt; sobald dies geschieht, wird der Kopf 28 von seiner Auflagefläche gegen die Wirkung der Feder 31 hochgehoben. Der Kraftstoffdruck in dem Zylinder fällt auf den Wert, der sich innerhalb der Kammer 33 befindet, und es entsteht daher ein rascher Druckabfall des Kraftstoffes, der auf den Ventilkopf 16 wirkt. Die Feder 20 bewegt den Ventilkopf, daß er seine Auflagefläche berührt, so daß verhindert wird, daß weiter Kraftstoff und insbesondere nicht zerstäubter Kraftstoff von dem Düsenkopf fließt. Der Kolben bewegt sich weiterhin nach unten, bis der Teil 37 mit dem Ende der Ventilhalterung zusammenwirkt. Es wurde schon erwähnt, daß die dargestellten Flächen der Rippen und 45 in bezug auf die Achse der Pump-/Einspritzvorrichtung geneigt sind. Der Zweck dieser Neigung ist die Erzielung einer mehr linearen Kraft/Entfernung Charakteristik während der Bewegung der Armatur. In der Praxis wird der Stromfluß zur Wicklung bei oder kurz vor Berührung des Kolbens mit dem Ventilelement 27 verringert. Der Kolben bewegt sich weiterhin aufgrund seiner Trägheit und des abnehmenden Magnetflusses.

Wenn die V7icklung entregt ist, bewirkt die Feder 38 die Aufwärtsbewegung des Kolbens und des Läufers. Während dieser Bewegung wird der Druck erwartungsgemäß innerhalb

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des Zylinders niedriger sein als der in der Kammer 33. Das bewirkt, daß der Ventilkopf 28 durch den auf den Ventilkopf wirkenden Kraftstoffdruck in der Kammer 33 von seiner Auflagefläche entfernt gehalten wird. Wenn die maximale Kraftstoffmenge benötigt wird, kann der Kolben die maximale Bewegung unter der Wirkung der Feder 38 durchführen, und das Ventilelement bewegt sich, sobald die Kolbenbewegung beendet und der Druck innerhalb des Zylinders im wesentlichen der gleiche wie der innerhalb der Kammer 33 ist, unter der Wirkung der Feder 31 in die geschlossene Stellung. Dann ist die Pump-/Einspritzeinheit für eine weitere Kraftstoffzufuhr bereit.

Falls es erforderlich ist, daß die Pump-Einspritzeinheit weniger als die Höchstmenge an Kraftstoff zuführen soll, muß die Rückbewegung des Läufers unter der Wirkung der Feder 38 in einer Zwischenstellung unterbrochen werden. Der erwähnte Signalumwandler erzeugt ein Signal, das die Stellung des Läufers angibt und daher die Entfernung; bei Verwendung dieses Signals ist es möglich, die Wicklungen teilweise zu erregen, wenn der Kolben sich um die erforderliche Entfernung bewegt hat. Die teilweise Erregung der Wicklungen erzeugt genügend Kraft, um den Läufer gegen die Wirkung der Feder 38 zu halten, setzt den in dem Zylinder befindlichen Kraftstoff jedoch nicht so sehr unter Druck, daß das Ventil-

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teil 15 in dem Düsenkopf geöffnet wird. Es ist offensichtlich, daß das Füllen des Zylinders jederzeit nach Beendigung der Kraftstoffzufuhr und vor der nächsten erforderlichen Kraftstoff zufuhr erfolgen kann.

In Fig. 1 wird unter 53 ein Dieselmotor mit vier Zylindern und vier Pump-/Einspritzvorrichtungen 10 bezeichnet. Den Eingängen 42 der Pump-ZEinspritzvorrichtungen wird durch eine elektrisch angetriebene Förderpumpe 54, die Kraftstoff über einen Filter 55 von einem Kraftstofftank 56 bezieht, Kraftstoff zugeführt. Ein Uberströmsystem ist vorgesehen, und überflüssiger Kraftstoff wird über eine Leitung 57 zum Tank zurückgebracht, die beim Betrieb eine Drosselvorrichtung 57a oder ein Druckventil umfaßt, so daß ein vorbestimmter Kraftstoffeingangsdruck an den Eingängen 42 der Pump-ZEinspritzvorrichtung aufrechterhalten wird.

Der Motor ist mit einem Anlaßmotor 58 versehen, der von einer Batterie 59 über ein Verzögerungsrelais 60 mit elektrischem Strom versorgt wird.

Die Wicklungen 46 der Pump'/Einspritzvorrichtung 10 werden mittels einer Stromversorgungseinheit 61, die ihren Strom von der Batterie 59 bezieht, mit Strom versorgt. Die Stromversorgungseinheit kann dazugehörige Leistungstransistoren oder Thyristoren

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umfassen, und die Leitung der Transistoren oder Thyristoren wird durch eine elektronische Steuereinheit 62 gesteuert. Die Steuereinheit 62 erhält die Ausgangssignale von den Signalumwandlern in der Pump-/Einspritzvorrichtung; ihre Konstruktion wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 näher beschrieben. Die Stromversorgungseinheit 61 wird mit Strom über die normalerweise offenen Kontakte eines Relais 6 3 versorgt. Die Wicklung des Relais 6 3 wird erregt, wenn ein vom Bedienungspersonal zu betätigender Schalter 64 von der gezeigten Aus-Stellung in die Lauf-Stellung gebracht wird. Bei der Lauf-Stellung und auch wenn der Schalter weiter in eine Anlaßstellung gebracht wird, wird der Steuereinheit und auch der Pumpe 54 Strom von der Batterie zugeführt. In der Anlaßstellung wird dem Relais 60 Strom zugeführt, und die Steuereinheit 62 erhält ein Signal. Darüber hinaus wird die Wicklung des normalerweise geschlossenen Relais erregt, wodurch die Nebengeräte 66 des Fahrzeuges von der Batterie getrennt werden, damit die auf der Batterie liegende Last verringert wird.

In Fig. 3, die ein Steuersystem für eine Einspritzvorrichtung mit einer einzigen Pumpe darstellt, ist die Wicklung 46 als Block gezeigt, ebenso wie eine getrennte Wicklung, die mit dem Bezugszeichen 67 versehen ist und dazu dient, den Kolben, wie im folgenden erläutert wird, bei seiner Rückbewegung

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aufgrund der Wirkung der Feder 38 auf einer Stelle zu halten* Die Wicklung 46 wird mit Strom versorgt, wenn das Signal an dem Ausgang eines Kreises 68 erscheint, der zwei Eingänge besitzt, dessen einer mit einem Kreis 69 verbunden ist, der den erwünschten Zeitpunkt der Kraftstoffzufuhr, d.h. die Zeit tD in Fig. 5 bestimmt. Der Kreis 69 wird mit dem Ausgang eines Kreises 70 versorgt, in dem die Information über die Zündeigenschaften des Motors 53 gelagert sind. Der Kreis 7O wird mit einem Signal über die Motorengeschwindigkeit und einem Signal, das die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge anzeigt, versorgt. Der andere Eingang des Kreises 68 ist mit dem Ausgang eines Kreises 71 verbunden, der ein Signal erzeugt, das die Stellung der Drehteile des Motors anzeigt. Bei der erforderlichen Motorstellung wird die Wicklung 46 erregt, um die Zufuhr von Kraftstoff zu bewirken. In Fig. 5 beginnt die Zufuhr bei der Zeit tD, die Erregung der Wicklung muß jedoch etwas vor dieser Zeit erfolgen, um die für das Ansteigen des Stromes und die Zunahme des Magnetflusses auf einen Wert erforderliche Zeit zu schaffen, bei dem die an den Kolben gebrachte Kraft ausreicht, den Druck auf die für die Öffnung des Ventils 15 erforderliche Höhe zu bringen. Die durchschnittliche Menge des Stromflusses in der Wicklung wird verringert, bevor die Kraftstoffzufuhr vollständig ist. Der Kolben bewegt sich weiterhin aufgrund seiner Trägheit und ebenso, weil der Strom Zeit braucht, um abzunehmen. Der

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Stromfluß in der Wicklung 46 wird auf einer niedrigen Ebene für den Zeitraum tD - tF in Fig. 5 durch den Kreis 68 gehalten.

Das Signal über die Stellung des Motors wird durch den Kreis 71 erzeugt, der ein Signal über die Motorgeschwindigkeit von einem Entschlüsselungskreis 72 erhält, der wiederum einen Impulseingang von einem Signalumformer 73 erhält. Der Signalumformer 73 befindet sich neben einem Drehteil des Motors, so daß in diesem Beispiel pro Umdrehung des Motors vier Impulse erzeugt werden. In Fig. 1 befindet sich der Signalumformer neben dem Schwungrad des Motors; er spricht jedoch auf vier Markierungen auf dem Schwungrad an. Die Impulse werden dem Kreis 71 zugeführt, ebenso wie ein Impulssignal von einem Formkreis 74, dessen Eingang mit einem Signalumformer verbunden ist. Dieser Signalumformer erzeugt ein Signal bei allen zwei Umdrehungen des Motors, und von diesen Signalen wird ein Signal über die Motorstellung erzeugt.

Wenn der Punkt tF erreicht ist, wird die Wicklung 46 entregt, und der Kolben 26 beginnt sich unter der Federwirkung zu bewegen, um Kraftstoff zurück in die Pumpenkammer zu fördern. Eine Anzeige der Kolbenbewegung wird durch den Signalumformer, der sich innerhalb der Pump-/Einspritzvorrichtung befindet, erzeugt. Das Signal von dem Signalumformer, das mit 50 bezeichnet ist, wird einem Entschlüsselungskreis 76 und dann einem Eingang

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eines Vergleichers 77 zugeführt. Der andere Eingang des Vergleichers wird mit einem Signal versorgt, das den angeforderten Kraftstoff anzeigt; die Herkunft dieses Signals wird später erläutert. Wenn das an dem Ausgang des Entschlüsselungskreises erhaltene tatsächliche Kraftstoffsignal dem Kraftstoffanforderungssignal entspricht, wird ein Kreis 78 mit einem Signal versorgt, der dann die Wicklung 67 mit einem elektrischen Strom versorgt, worauf eine weitere Kolbenbewegung verhindert wird. In Fig. 5 wird die Wicklung 67 bei der Zeit tPE erregt. Es ist offensichtlich, daß die Wicklung 46 teilweise erregt werden kann, anstatt daß eine zusätzliche Wicklung 67 vorgesehen wird. Falls die Wicklung 67 vorgesehen wird, wird sie bei der Zeit tD entregt und die Wicklung 46 erregt, wahlweise die Wicklung 46 vollständig erregt.

Fig. 4 zeigt einen Kreis, der das Kraftstoffanforderungssignal für den Vergleicher 77 und den Kreis 70 erzeugt. Der Kreis in Fig. 4 erzeugt eine Zwei-Geschwindigkeits-Reglerwirkung und umfaßt einen Wins-Kreis 79, dessen Ausgang das Kraftstoffanforderungssignal bildet. Der Kreis 79 hat drei Eingänge, dessen niedrigster vom Kreis zur Zufuhr als Kraftstoffanforderungssignal gewählt wird. Ein Eingang des Kreises 79 ist mit dem Ausgang eines offenen Verstärkers 80 verbunden, der mit Rückkopplung versehen ist. Ein Eingang des Verstärkers wird mit einem Bezugssignal versorgt, das die größtmögliche

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Motorgeschwindigkeit wiedergibt, während der andere Eingang mit dem Signal der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit versorgt wird, das von einem Entschlüsselungskreis stammt, der als der Entschlüsselungskreis 72 der Fig. 3 gezeigt wird.

Der zweite Eingang des Kreises 79 ist mit einem Kreis 81 verbunden, der ebenfalls das Geschwindigkeitssignal erhält und ein Signal erzeugt, das das Signal der größtmöglichen Kraftstoffmenge über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Motors wiedergibt. Der dritte Eingang des Kreises 79 ist mit dem Ausgang des Wins-Kreises 82 verbunden, der zwei Eingänge besitzt. Der erste Eingang ist mit dem Ausgang eines offenen Verstärkers 83 verbunden, der mit Rückkopplung versehen ist und zwei Eingänge besitzt, deren einer ein Bezugssignal empfängt, das die erwünschte Leerlaufgeschwindigkeit des Motors wiedergibt, und deren anderer das Motorgeschwindigkeitssignal empfängt. Der zweite Eingang des Kreises 82 ist mit dem Ausgang eines Formkreises 84 verbunden, der das Motorgeschwindigkeitssignal und auch ein Signal von einem Entschlüsselungskreis 85 empfängt, der wiederum ein Signal von einem Signalumformer 86 empfängt, der einer von dem Bedienungspersonal regelbaren Steuerung beigeordnet ist, d.h. bei einem Straßenfahrzeug, dem Gaspedal.

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Beim Betrieb und Leerlaufgeschwindigkeit dient der Verstärker 83 zur Bestimmung des Kraftstoffanforderungssignals am Ausgang des Kreises 79, da, wenn vom Bedienungspersonal keine Anforderung erfolgt, der Ausgang von dem Verstärker größer sein wird als der Ausgang von dem Formkreis, jedoch kleiner als der Ausgang des Kreises 81 und des Verstärkers Wenn durch Herunterdrücken des Gaspedals von dem Motor Leistung verlangt wird, wird der Ausgang des Formkreises höher sein als der Ausgang des Verstärkers. Wenn die Anforderung nur gering ist, ist das Signal von dem Kreis 82 immer noch kleiner als die von dem Kreis 81 erzeugten Signale, und der Verstärker und der Fahrer steuern unmittelbar die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge, wobei der Motor bei einem erhöhten Kraftstoffluß beschleunigen wird. Wenn von dem Motor eine hohe Leistung verlangt wird, wird wahrscheinlich der Ausgang des Kreises 82 größer sein als der Ausgang des Kreises 81, so daß die zugeführte Kraftstoffmenge durch den Kreis 81 gesteuert wird, bis der Ausgang des Kreises 82 kleiner wird und dadurch die Steuerung der Kraftstoffzufuhr wieder dem Bedienenden zufällt.

Wenn die höchstmögliche Motorgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Ausgang des Verstärkers 80 kleiner, und die Kraftstoffzufuhr zum Motor wird verringert und steuert die Motorgeschwindigkeit. Der Formkreis 84 ist so angeordnet, daß er

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die offensichtlich angeforderte Kraftstoffmenge der Motorgeschwindigkeit anpaßt, um den Fahrer zu informieren. Darüber hinaus kann die Leerlaufgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einer niedrigen Anforderung durch den Fahrer modifiziert werden. Dies schafft einen weichen Übergang von der Steuerung durch den Verstärker 83 zur Steuerung durch den Kreis 82 und vermeidet "Spiel" bei der vom Fahrer einstellbaren Steuerung.

Der Reglerkreis kann vielfältig abgewandelt werden, so z.B. um eine Veränderung der Leerlaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Motortemperatur zu schaffen, um die größtmögliche Kraftstoffzufuhr in Übereinstimmung mit dem Umgebungsluftdruck und/oder -temperatur abzustimmen und um die größtmögliche Kraftstoffzufuhr auf den Druck in dem Lufteinsaugkrümmer des Motors einzustellen. Die Steuereinheit 62 umfaßt die Kreise in Fig. 3 und Fig. 4. Der in Fig. 4 gezeigte Kreis ist allen vier Einspritzvorrichtungen gemeinsam, was auch für eine Anzahl der in Fig. 3 gezeigten Teile gilt.

Beim Start eines kalten Motors ist der anfängliche Stromfluß zum Anlaßmotor so groß, daß die Klemmenspannung der Batterie auf einen sehr niedrigen Wert fallen kann. Beim Drehen des Motors und Anwachsen der Geschwindigkeit auf die Anlaßgeschwindigkeit wächst die Klemmenspannung der Batterie auf einen Wert

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an, der immer noch wesentlich unter der nominalen Klemmenspannung liegt. Es ist des weiteren bekannt, daß es beim Anlassen eines kalten Motors erforderlich ist, eine über der normalen Höchstmenge liegende Kraftstoffmenge zuzuführen. Es ist erforderlich, daß der Kolben, um die größtmögliche Kraftstoffmenge zu fördern, unter der Wirkung der Feder 38 sich über die größte Strecke bewegt; das bedeutet, daß die Zwischenräume zwischen den Rippen 44 und 45 so groß wie möglich sind. Für einen gegebenen Stromfluß in den Wicklungen wird die Kraft minimal sein. Um sicherzustellen, daß die Einspritzung der zusätzlichen Kraftstoffmenge auch dann erfolgt, wenn der Motor seine Anlaßgeschwindigkeit erreicht hat, wäre es notwendig, die Wicklungen so zu bilden, daß der Magnetfluß ausreichend wäre, die Bewegung des Kolbens zu bewirken; dies würde einen hohen Stromfluß in den Wicklungen bedingen und damit eine Zunahme der Größe der elektromagnetischen Vorrichtung. Als Alternative könnte die Größe der Batterie vergrößert werden, dazu wäre jedoch eine beträchtliche Vergrößerung erforderlich.

Damit die elektromagnetische Vorrichtung nicht im Hinblick auf das Problem des Motoranlassens besonders geformt werden muß, ist die Steuereinheit 62 so angeordnet, daß der Betrieb des Systems für das Anlassen des Motors modifiziert wird. Als Erstes wird vorgeschlagen, unter Verwendung des Relais 60 den Betrieb des Startermotors für ein kurzes Zeitintervall,

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nachdem der Fahrer den Anlasserschalter 64 in die Anlaßstellung gedreht hat, bei der der Anlaßmotor des Motors mit Strom versorgt wird, zu verzögern. In diesem Zeitintervall werden alle Wicklungen 46 mit elektrischem Strom versorgt. Da die Klemmenspannung der Batterie mehr oder weniger ihren Nominalwert besitzt, und obwohl die Luftzwischenräume zwischen den Rippen 4 4 und 4 5 aufgrund der Wirkung der dazugehörigen Federn 38 größtmöglich sind, werden die Kolben bewegt und der gesamte Inhalt der dazugehörigen Zylinder 2 5 in die dazugehörigen Verbrennungsräume des Motors abgegeben. Der so abgegebene Kraftstoff hat, wenn überhaupt, nur geringe Auswirkungen auf das Anlassen des Motors, obwohl er zum Abdichten und Schmieren der Motorenkolben dient. Die Wicklungen bleiben bei verringerter Stromstärke erregt und halten dadurch die Kolben in der innersten Hubstellung. Am Ende des Zeitintervalls wird der Startermotor mit Strom versorgt.

Dem Motor wird erst dann Kraftstoff zugeführt, wenn die Anlaßgeschwindigkeit des Motors einen vorbestimmten Wert, z.B. 60 UpM, erreicht hat. Wie schon erläutert wurde, liegt die Klemmenspannung der Batterie immer noch wesentlich unter ihrem Nominalwert, so daß die Kolben nicht über ihren größten Hubweg bewegt werden können. Daher wird vorgeschlagen, daß die zusätzliche Kraftstoffmenge in zwei oder mehr getrennten Mengen zugeführt wird, die zusammen die erforderliche Menge ergeben. Der Grund dafür liegt darin, daß die Luftzwischenräume zwischen

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den Rippen 44 und 45, wenn die Kolben z.B. nur zu ihrem halben größtmöglichen Hub zurückkehren können, nur halb so groß sein würden, wie wenn die Kolben ihren größtmöglichen Hub durchführen könnten. Die zur Bewegung der Kolben vorhandene Kraft reicht daher aus, die Kolben zu bewegen, obwohl die Größe der Stromflüsse aufgrund der niedrigen Klemmenspannung der Batterie verringert ist.

Es ist offensichtlich, daß beim Anlassen des Motors aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit für die Betätigung der Pump-/ Einspritzvorrichtung eine wesentlich längere Zeit vorhanden ist und daß, während die erste Kraftstoffzufuhr etwas vor dem normalen Zeitpunkt für den Motor erfolgen kann, die zweite und die weiteren Zufuhren von Kraftstoff sehr schnell folgen können, so daß gesagt werden kann, daß die Kraftstoffeinspritzung mehr oder weniger zum richtigen Zeitpunkt stattfindet.

Nach dem Anlaufen des Motors dauert es gewöhnlich etwas, bis das Ladesystem der Batterie, gewöhnlich eine Wechselstrommaschine, anspringt, und daher wird dafür gesorgt, daß z.B. nur die Hälfte der größtmöglichen Kraftstoffmenge dem Motor für einen kurzen Zeitraum zugeführt werden kann. Dieser Zeitraum ermöglicht es dem Ladesystem, die Klemmenspannung der Batterie auf einen Wert anzuheben, der den Nominalwert erreicht, so daß das Kraftstoffsystem am Ende des Zeitraumes zuverlässig die

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normale größtmögliche Kraftstoffmenge zuführen kann, sollte dies erforderlich sein. Der Zeitraum kann eine bestimmte Zeit, z.B. drei Sekunden, betragen, oder so lang sein, wie es dauert, bis die Klemmenspannung der Batterie so angestiegen ist, daß die Pump-ZEinspritzvorrichtung zuverlässig die normale höchstmögliche Kraftstoffmenge herbeiführen kann. Für diesen Zweck beinhaltet die Steuereinheit 62 Mittel, die die Klemmenspannung der Batterie messen.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das dem in Fig. 5 gezeigten des geänderten Betriebsverfahrens ähnlich ist. Die anfängliche Abgabe der Einspritzvorrichtung wird mit 87 bezeichnet, und dann folgt die erste Kraftstoffzufuhr, wobei das Solenoid bei der Zeit tF entregt, teilweise erregt bei der Zeit TPE und vollständig erregt bei der Zeit tD1 ist. Nach erfolgter Kraftstoffzufuhr wird das Solenoid entregt, und sobald die erforderliche Kraftstoffmenge in die Bohrung 25 geflossen ist, wird es bei der Zeit tD2 wieder erregt. Danach bleibt das Solenoid mindestens teilweise erregt bis zur Zeit tF des nächsten Zyklus. Während das Zeitraumes zwischen der ersten Abgabe und der ersten Kraftstoffzufuhr wird der Motoranlasser betätigt und kann die Motorgeschwindigkeit auf beispielsweise 60 upM ansteigen. Nachdem der Motor angelaufen ist, kann die

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doppelte Kraftstoffmenge durch die Pump-VEinspritzvorrichtung während des obigen Zeitraumes zugeführt werden, damit die Klemmenspannung der Batterie ansteigen kann. Danach wird die gewünschte Kraftstoffmenge von der Pump-ZEinspritzvorrichtung bei jedeir. Förderhub zugeführt.

Zur Erregung der Wicklungen während des Anlassens ist ein Kreis 88 vorgesehen, der einen weiteren Eingang für den Wins-Kreis 79 bildet. Der Kreis 88 wird aktiviert, wenn der von Hand bedienbare Steuerschalter in die Anlaßstellung gebracht wird, und er erzeugt einen Eingang für den Kreis 79, der bei Stillstand des Motors geringer ist als die anderen Eingänge, so daß er den Ausgang des Kreises 79 bestimmt. Das Signal ist so groß, daß eine halbe oder geringere Kolbenbewegung erfolgt.

Des weiteren ist ein Kreis 90 vorgesehen, der dann aktiviert wird, wenn der von Hand bedienbare Steuerschalter in die Anlaßstellung gebracht wird. Der Kreis 90 besitzt einen ersten Ausgang, der mit einem Kreis 91 verbunden ist, der Verbindungen mit jedem der zu der Pump-/Einspritzvorrichtung gehörenden Kreise 68 besitzt. Der Zweck des Kreises 91 liegt darin, sobald eine vollständige Erregung der Wicklungen zu bewirken, wie der Steuerschalter in die Anlaßstellung gebracht wird.

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Der Kreis 90 besitzt einen zweiten Ausgang, der mit einem Eingang eines Kreises 89 verbunden ist, der ebenfalls einen Eingang von dem Kreis 71 erhält und dessen Ausgang mit dem Kreis 68 verbunden ist. Der zweite Ausgang von dem Kreis erscheint nur dann, wenn die Motorengeschwindigkeit beim Anlassen einen vorbestimmten Wert (60 UpM) erreicht und wird an den Kreis 89 geführt. Dieser Kreis bestimmt die zusätzliche Zahl von Kolbenbetätigungen, die bei verringertem Hub erforderlich sind und versorgt den Kreis 6 8 mit der geeigneten Zahl von Signalen. Da es erforderlich ist, daß der Kolben weiterhin mit einem kleineren als dem vollen Hub nach dem Anlassen des Motors arbeitet, damit die Batteriespannung ihren Nominalwert erreichen kann, kann der Kreis mit einem Signal versorgt werden, das die Batteriespannung wiedergibt, so daß das Signal an den Kreis 89 aufrechterhalten wird, bis die Batterie den erforderlichen Wert erreicht.

Wenn der Steuerschalter in die neue Stellung nach dem Anlassen des Motors bewegt wird, wird von den Kreisen 80 oder 83 eine Regelungsmaßnahme geschaffen.

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Claims (1)

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   Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, B19 2XF, England

   Titel; Kraftstoffeinspritzsystem
   Patentansprüche

   \1J Kraftstoffeinspritzsystem zur Zuführung von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor mit mindestens einer Einspritzpumpe mit einem Pumpenkolben, einem Solenoid und einem Läufer zur unmittelbaren Betätigung des Pumpenkolbens nach der Erregung des Solenoids, dadurch gekennzeichnet, daß das System versehen ist mit einer Einspritzdüse, durch die von dem Pumpenkolben unter Druck gesetzter Kraftstoff beim Betrieb zu einem Motorzylinder fließen kann, wobei die Einspritzdüse ein auf Kraftstoffdruck ansprechendes Ventil umfaßt, das geöffnet wird, um den Kraftstoffluß zu ermöglichen, wenn der Druck des an die Düse herangeführten Kraftstoffes einen vorbestimmten Wert erreicht, mit Mitteln, die dazu dienen, den Betrieb des Anlaßmotors des Motors nach Schließen eines von dem Bedienungspersonal bedienbaren Steuerschalters zu verzögern, mit zweiten Mitteln, die zur Erregung des Solenoids oder der Solenoide der Pumpe oder Pumpen dienen, während der Anlaßmotor abgeschaltet wird und dadurch bewirken, daß die Luftzwischenräume in den Magnetkreisen auf ein Minimum verringert werden,

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   wobei die Solenoide solange in einem erregten Zustand gehalten werden, bis das Anlassen des Motors stattfindet, worauf die Solenoide in schneller Aufeinanderfolge entregt und erregt werden, um die Zuführung von Kraftstoffladungen, die zusammen die für das Anlassen erforderliche Menge ergeben, an die dazugehörigen Einspritzdüsen in zeitlichem Bezug zu dem Motor zu bewirken.

   2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel umfaßt, die nach dem Anlassen des Motors dazu dienen, die Tätigkeit der Pumpe oder Pumpen so zu steuern, daß durch eine einzige Hubbewegung der Pumpe dem Motor in zeitlichem Bezug zu ihm Kraftstoff zugeführt wird.

   3. System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   es vierte Mittel umfaßt, die dazu dienen, die Tätigkeit der dritten Mittel solange zu verzögern, bis ein Zeitraum vergangen ist, der dafür ausreicht, daß die Klemmenspannung der Batterie auf einen Wert steigt, bei dem ein zuverlässiger Betrieb der Pumpen mit vollem Hub stattfinden kann.

   4. System gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel auf die Klemmenspannung der Batterie ansprechen .

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   5. System gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel das Tätigwerden der dritten Mittel für einen vorbestimmten Zeitraum verzögern.

   6. Motorensystem mit einem Verbrennungsmotor, einer Vielzahl von Einspritzpumpen zur Zuführung von Kraftstoff zu den Verbrennungskammern des Motors zugeordneten Einspritzdüsen, elektromagnetischen Mitteln zur Betätigung der dazugehörigen Pumpen, wobei jedes elektromagnetische Mittel einen Solenoid und einen Läufer umfaßt, einem Anlaßmotor für den Motor, einem Ladesystem für eine Batterie, die dem Anlaßmotor, gesteuert von einem vom Bedienenden steuerbaren Schalter Strom zuführt, ersten Mitteln, die dazu dienen, den Betrieb des Anlaßmotors nach Schließen eines vom Bedienungspersonal betätigbaren Schalters zu verzögern, zweiten Mitteln, die die Erregung der Solenoide bewirken, indem sie elektrischen Strom von der Batterie zuführen, während der Anlaßmotor abgeschaltet wird und dadurch bewirken, daß die Luftzwischenräume in den Magnetkreisen auf ein Minimum verringert werden, wobei die Solenoide solange in einem erregten Zustand gehalten werden, bis das Anlassen des Motors stattfindet, worauf die Solenoide in schneller Aufeinanderfolge entregt und erregt werden, um die Zuführung von Kraftstoffladungen, die zusammen die für das Anlassen erforderliche Menge ergeben, an die dazugehörigen Einspritzdüsen in zeitlichem Bezug zu dem Motor zu bewirken.

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   7. Motorensystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es dritte Mittel umfaßt, die nach dem Anlassen des Motors dazu dienen, die Tätigkeit der Pumpen zu steuern, so daß mittels einer einzigen Hubbewegung der Pumpe dem Motor in zeitlichem Bezug zu ihm Kraftstoff zugeführt wird.

   8. Motorensystem gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es vierte Mittel umfaßt, die dazu dienen, die Tätigkeit der dritten Mittel solange zu verzögern, bis ein Zeitraum vergangen ist, der es dem Ladesystem ermöglicht, die
   Klemmenspannung der Batterie auf einen Wert zu bringen, bei dem ein zuverlässiger Betrieb der Pumpen mit vollem Hub stattfindet.

   9. Motorensystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel auf die Klemmenspannung der
   Batterie ansprechen.

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   G3C0U/0542