DE3101266C2 - Regeleinrichtung für eine Verteiler-Treibstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ein Elektromotor steuert die Bewegung eines Gleitstücks, welches mittels eines Gewindes auf der mit einem Gewinde versehenen Welle des Motors angeordnet ist. Ein Meßfühler mißt die Lage des Gleitstücks längs der Gewindewelle, um die Bewegung des Elektromotors zu steuern, welcher ebenfalls durch den Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Das Gleitstück steuert die Lage einer Steuerhülse, welche über einen Treibstoff-Verteilungs-Kolbenstößel relativ verschieblich zum Kolbenstößel derart aufgebracht ist, daß die Hülse eine Überlauföffnung öffnet und schließt, welche in der Seitenfläche des Kolbenstößels vorgesehen ist, um die Treibstoffmenge zu steuern, welche dem Motorzylinder zugeführt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 3 genannten Art

ίο Bei einer solchen, aus der US-PS 36 30 643 bekannten Regeleinrichtung ist der Elektromotor eine elektromagnetische Einrichtung, deren Anker eine Drehbewegung ausführt, die kleiner als eine vollständige Umdrehung ist Der Anker ist mit einer Welle verbunden, die an ihrem freien Stirnende einen Exzenterteil aufweist, das bei der Drehung der Welle auch eine bestimmte Verlagerung in Längsrichtung erfährt und in üblicher Weise mit der Steuerhülse des Verteilungsmechanismus zu deren Längsverschiebung gekoppelt ist Die Welle und das Exzenterteil bilden daher das mechanische Übertragungsglied. Die jeweilige Drehung bzw. Drehstellung des Ankers wird von einem Signalgenerator erfaßt und als Rückkopplungssignal an eine elektrische Steuerschaltung gegeben, die den Befehl zum Einstellen des Ankers nach Maßgabe eines jeweils gewünschten Sollsignals und nach Maßgabe des rückgekoppelten Istsignals abgibt Die Verstellung der Steuerhülse mit Hilfe des maximal nur bis zu einer Umdrehung drehbaren Ankers des Elektromotors ist hinsichtlich ihrer Auflösung relativ ungenau und durch die Kopplung der verschiebbaren Steuerhülse über das Exzenterteil mit dem Anker konstruktiv und fertigungstechnisch relativ aufwendig.
Aus der US-PS 41 92 398 ist ein Mechanismus zum Betätigen der Zahnstange einer Einspritzpumpe oder der Drosselklappe eines Vergasers einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem Mechanismus ein reversibler Elektromotor als Antrieb benutzt wird. Die Ausgangswelle des Elektromotors ist über zwei Zahnräder mit einer drehbaren, axial jedoch nicht verschieblichen Mutter verbunden, die mit einer drehfesten, jedoch axial verschiebbaren Gewindespindel zusammenwirkt. Die Gewindespindel ist ihrerseits über eine Stange, ein Kabel oder ein anderes Übertragungsglied mit der Drosseiklappe eines Vergasers oder der Zahnstange einer Treibstoffeinspritzpumpe verbunden.

Aus der GB-PS 10 75 445 ist eine Einrichtung zum Ändern der einer Brennkraftmaschine zugeführten Treibstoffmenge bekannt, die als Antrieb einen reversi-

5C- blen Elektromotor benutzt, dessen Ausgangswelle über eine Zahnradübertragung eine Gewindespindel dreht, auf der eine Mutter angeordnet ist, die einstückig mit einem axial verschieblichen Einstellhebel ausgebildet ist.

Würde bei der bekannten Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Verschiebung des Übertragungsg'iedes ein nach gegebenem Vorbild mehrere Umdrehungen ausführender Elektromotor vorgesehen, so könnte die Steuerhülse zwar mit einer hohen Auflösung sehr genau nach Maßgabe des an den Elektromotor gegebenen Befehls eingestellt werden, ohne daß dazu relativ aufwendige mechanische Kopplungseinrichtungen zwischen der Ausgangswelle des Elektromotors und der Steuerhülse vorgesehen werden müßten. Wenn jedoch nur kleine Verstellwege des Übertragungsgliedes mit Hilfe des Elektromotors ausgeführt werden sollen, würde das Übertragungsglied bei Einschalten des Elektromotors zu ei-

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nem Oberschießen über die jeweils gewünschte Stellung hinaus neigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung der jeweils im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3 genannten Art so weiterzubilden, daß ein Oberschießen des Übertragungsgliedes über eine gewünschte Stellung hinaus auch dann nur relativ gering ist, wenn ein üblicher Elektromotor benutzt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die jeweils im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 3 angegebenen Merkmale gelöst

Gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Lösungsvorschlag muß bei der Drehung der Ausgangswelle des Elektromotors die Schaufel gegen den Widerstand des sie umgebenden Treibstoffs gedreht werden, wodurch ein schnelles Hochlaufen des Elektromotors verhindert bzw. die Drehzahl des Elektromotors begrenzt wird. Gemäß dem anderen Lösungsvorschlag mit im Treibstoff laufendem Anker wird dieser unmittelbar durch den Strömungswiderstand des Treibstoffes hinsichtlich des Beschleunigungsverhaltens und der Höchstdrehzahl gedämpft.

Ausführungsbeispiele der Erfindung wercisn anhand der Zeichnung erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 schematisch einen Schnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung versehenen Treibstoffeinspritzpumpe,

Fi g. 2 eine grafische Darstellung der ZeitVDrehzahlcharakteristik des Elektromotors,

Fig.3 eine grafische Darstellung der Steuereigenschaften eines Elektromotors,

F i g. 4 einen Teilschnitt durch den Elektromotor bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig.5 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 4.

In Fig.! ist eine Regeleinrichtung einer Treibstoffeinspritzpumpe 10 gezeigt, die ein Gehäuse 12 mit einem Treibstoffeinlaß 14 und einem mit diesem verbundenen Treibstoffkanal 16 aufweist Eine Treibstoff-Förderpumpe \i ist innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet und von einer Antriebswelle 20 angetrieben, um Treibstoff vom Einlaß 14 durch den Kanal 16 undoinen weiteren Kanal 22 dem Gehäuse 12 zuzuführen. Eine Scheibe 26 ist am einen Ende der Antriebswelle 20 befestigt und trägt ein zylindrisches Teil 28 derart, daß dieses zylindrische Teil um die Achse der Antriebswelle 20 relativ zur Scheibe 26 rotieren kann. Eine Nockenscheibe 30, welche die Zeitsteuerung durchführt, mit welcher der Treibstoff in die Zylinder eingespritzt wird, ist mittels Nut und Federn 31 mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Nockenscheibe weist mehrere Nockenflächen 32 auf, deren Anzahl mit der Anzahl der Zylinder übereinstimmt Die Nockenscheibe wird gegen das zylindrische Teil 28 durch eine Spannplatte 36 und die Kolbenstößelfeder 34 gedrückt. Die Nockenscheibe bewegt sich axial hin und her, wenn jede Nockenfläche über eine Rolle 38 hinwegläuft, die über eine Verbindungsstange 122 schwenkbar am zylindrischen Teil 28 angelenkt ist, während die Nockenscheibe durch die Antriebswelle 20 gedreht wird.

Ein Pumpenkolben 40, der an der Nockenscheibe 30 befestigt ist, bewegt sich in Drehrichtung und axial zur Antriebswelle 20 in einem Zylinder 42, der am treibstoffgefüllten Gehäuse 12 befestigt ist. Der Zylinder 42 ist mit einer Einlaßöffnung 46 versehen, die mit dem Vorratsbehälter 24 über einen Zuführungskanal 44 verbunden ist. Der Pumpenkolben 40 ist mit einem zentrischen axialen Kanal 48 und daran anschließend mit einem diametralen Kanal versehen, der sich quer zum Pumpenkolben 40 erstreckt und über Entlastungsöffnungeit 50 in das Gehäuse 12 mündet, um den Treibstoffdruck in einer Pumpenarbeitskammer 52 abzubauen, die vom Pumpenkolben 40 und dem Zylinder 42 gebildet ist Der Pumpenkolben 40 weist eine Einlaßnut 54 auf, über welche die Einlaßöffnung 46 und die Pumpenarbeitskammer 52 in der Stellung des Pumpenkolbens 40 gemäß F i g. 1 in Verbindung stehen, und eine Verteileröffnung 56, welche mit dem zentrischen Kanal 48 verbunden ist und an der Mantelfläche des Pumpenkolbens mündet Treibstoff wird unter Druck aus der Verteileröffnung 56 durch einen einer Vielzahl von Auslaßkanälen 58 verteilt welche im Gehäuse 12 vorgesehen sind, und zwar zu einem entsprechenden Abgabeventil 60 hin. In diesem überwindet der Treibstoff die Rückstellkraft einer Feder 61 in dem Gehäuse 12 und strömt durch einen Treibstoffauslaß 62 zu einer Einspritzdüse (nicht ge-

zeigt). Eine Steuerhülse 64 steuert Öffnungsdauer und Zeitpunkt der Öffnung 50.

Ein reversibler Elektromotor 68, -beispielsweise ein Gleichstrommotor, ist schwenkbar an einem Lagerpunkt 70 an jeder Seite des Elektromotors mittels eines Bügelarms 66 befestigt, der an der Innenwandfläche des Gehäuses 12 befestigt ist Der Elektromotor weist eine Gewindespindel 72 als Ausgangswelle auf, auf die eine Mutter 74 aufgeschraubt ist Wenn der Elektromotor läuft bewegt sich die Mutter 74 in axialer Richtung längs der Gewindespindel 72, um ein~n Hebel 80 zum Einstellen der Steuerhülse 64 relativ zur Entlastungsöffnung 50 zu bewegen, wodurch die Beendigung des Treibstoffeinspritzvorganges und somit die Menge des eingespritzten Treibstoffes gesteuert werden, wenn der Elektromotor 68 ein Befehlssignal über Leitungen 78 von einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) erhält welche außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet ist Auf der Gewindespindel 72 ist ein Zahnrad 96 befestigt, das mit einem Zahnrad 98 kämmt, das auf der WsIIe 102 eines Potentiometers 100 befestigt ist. Die Drehung des Zahnrades 98 ändert kontinuierlich den Widerstand des Potentiometers 100, um die Lage der Mutter 74 längs der Gewindespindel 72 festzustellen und ein diesbezügliches Signal abzugeben, das als Rückkopplungssignal in die Regelung der Treibstoffeinspritzpumpe eingeht.

Der Hebel 80 ist an einer Lagerstelle 82 gelenkig an der Mutter 74 und an einer Lagerstelle 84 an einer Einstellplatte 86 gelagert und mit einem Kugelteil 88 versehen, das in die Steuerhülse 64 eingreift. Die Einstellplatte 86 wird an ihrem unteren Ende in Richtung auf die Nockenscheibe 30 durch eine Feder 90 beaufschlagt, welche in einer Ausnehmung in der Wand des Gehäuses 12 aufgenommen ist, wobei die maximale Treibstoffemsprit?roenge mittels einer Schraube 92 einstellbar ist, welche in das Gehäuse 12 eingeschraubt und mit einem Ende an einem Arm 93 befestigt ist, dessen anderes Ende an der Einstellplatte 86 befestigt ist

Ein Treibstoff-Sperrventil 124 schließt den Kanal 44, wenn die Brennkraftmaschine stillsteht, um die Treibstoffzufuhr zur Pumpenarbeitskammer 52 zu unterbrechen. Ein Drucksteuerventil 126 steuert den Druck des Treibstoffs, der von der Pumpe 18 dem Gehäuse 12 zugeführt wird.

Die Gewindespindel 72 ist mit einander gegenüberliegenden Anschlägen 106 und 108 Zum Begrenzen der Bewegung der Mutier 74 versehen. Diese Anschläge weisen Puffer 110 und 112 auf, die beispielsweise aus Gummi hergestellt sind und einen Bereich L begrenzen,

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über den die Steuerhülse 64 bewegt werden muß, um den erforderlichen Bereich an Treibstoffeinspritzmengen abzudecken. Die Anzahl der Umdrehungen des Elektromotors 68, die für die Bewegung der Mutter 74 erforderlich sind, wird durch die Steigung des Gewindes der Spindel 72 bestimmt.

Eine Treibstoff-Einspritz-Zeitsteuervorrichtung 114 weist einen Kolben 116 auf, der vom Druck des Treibstoffes betätigt wird, der durch den Kanal 16 zugeführt wird, und in eine Ausgangslage mittels eines Paares von Federn 118, 120 gedrückt wird, welche an jeder Seite des Kolbens 116 vorgesehen sind.

Die Verbindungsstange 122 verbindet den Kolben 116 und das zylindrische Teil 28 derart, daß das zylindrische Teil 28 um die Achse der Antriebswelle 20 unabhängig von der Scheibe 26 durch die Bewegung des Kolbens 116 geschwenkt wird. Der Kolben 116 wird axial im Gehäuse entsprechend dem Druck des Treibstoffs aus der Förderpumpe 18 bewegt, um die Verbindungsstange 122 um die Achse der Antriebswelle 20 um einen entsprechenden Winkel zu schwenken und damit die Zeitsteuerung der Axialbewegung des Pumpenkolbens 40 einzustellen.

Wenn beim Betrieb die Belastung der Brennkraftmaschine zunimmt, dreht der Elektromotor 68 in einer ersten Richtung entsprechend einem Befehlssignal von der Steuervorrichtung. Die Mutter 74 wird zum Elektromotor 68 hin verschoben, so daß der Hebel 80 um die Lagerstelle 84 schwenkt, um die Steuerhülse 64 zum Zylinder 42 hin zu verschieben. Somit nimmt die Zeitdauer, während der die Entlastungsöffnung 50 von der Steuerhülse 64 verschlossen ist, zu, so daß sich die Menge des eingespritzten Treibstoffes erhöht. Wenn andererseits die Belastung abnimmt, ist die Drehrichtung des Elektromotors 68 umgekehrt, wodurch die Steuerhülse 64 zur Nockenscheibe 30 hin verschoben wird, um die Öffnungszeit der Entlastungsöffnung 50 zu verlängern und somit die Menge des eingespritzten Treibstoffes zu Verringern.

Wenn der Abstand zwischen der Lagerstelle 84 des Hebels 80 und dem Kugelteil 88 ein Viertel bis ein Sechstel und vorzugsweise ein Fünftel des Abstandes zwischen den Lagerstellen 82 und 84 beträgt, ist der Axialbewegungsbereich der Mutter 74 etwa fünfmal so groß wie jener der Steuerhülse 64, so daß eine präzise Einstellung der Steuerhülse erreicht wird.

Die Lasten, die auf den Elektromotor 68 aufgebracht werden, ergeben sich als Summe aus dem Widerstand gegenüber der Bewegung des Potentiometers 100, dem Widerstand gegenüber der Bewegung der Mutter 74, dem Trägheitsmoment des Antriebssystems und dem Widerstand gegenüber einem Verwirbeln von Treibstoff durch den Elektromotor 68. Diese Lasten sind jedoch verschwindend klein, so daß die Drehzahl des Elektromotors von 2000 bis auf 10 000 min-' ansteigen würde, was aber zu hoch wäre. Ein Beispiel einer charakteristischen Kurve der Motordrehzahl, aufgetragen über der Zeit, ist durch (a) in F i g. 2 gezeigt Beispielsweise kann die Motordrehzahl ihren höchsten Wert zum Zeitpunkt t erreichen, wenn die Mutter 74 ihren gesamten Bewegungsbereich durchlaufen hat und anhalten muß, so daß der Bewegungsüberschuß und die Last, die beim Auftreffen an einem Anschlag aufgebracht werden, ein Maximum erreichen, wie dies durch die gestrichelte Linie Y in F i g. 3 gezeigt ist, und zwar für ein Befehtssignal, das durch die ausgezogene Linie X dargestellt ist Dabei ist eine Verzögerung T im Ansprechverhalten, eine Oberbewegung O und eine Pendelschwingung H bei der tatsächlichen Ansprechcharakteristik der Mutter zu erkennen.

Aus diesem Grunde wird das Zahnrad % der Gewindespindel 72 mit mehreren Schaufeln 104 versehen, die sich gemeinsam mit diesem Zahnrad drehen. Die Anbringung der Schaufeln 104 an dem Zahnrad 96 bringt auf den Elektromotor 68 eine Widerstandsbelastung auf, welche proportional zur Λ-ten Leistung seiner Drehzahl ist, wobei λ durch die Viskosität des Treibstoffes bestimmt ist. Dadurch wird die Motordrehzahl verringert, wie dies durch (b) in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar im wesentlichen ohne Beeinträchtigung der Anstiegcharakteristik des Elektromotors bei niedrigen Drehzahlen.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine Alternativlösung zu den Schaufeln 104, die in F i g. 1 gezeigt sind. Die Alternativlösung umfaßt den Anker 136 des Elektromotors 68 und Treibstofföffnungen 140 und 142, welche im Motorgehäuse 138 vorgesehen sind. Bei diesem Elektromotor ändert sich somit die Belastung entsprechend der Treibstoffmenge, die aus dem Motorgehäuse ausgetragen wird, wie bei einer herkömmlichen Pumpe. Der Widerstand des Ankers gegenüber Drehung ändert sich dementsprechend mit der Drehzahl, um damit die maximale Drehzahl des Elektromotors 68 zu begrenzen. Somit verbessert dieses Ausführungsbeispiel das Abstoppen des Elektromotors, ohne daß seine Drehzahl-Anstiegscharakteristik wesentlich beeinträchtigt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

31 Ol 266 Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für eine Verteiler-Treibstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, wobei einer dem Verteilungsmechanismus der Einspritzpumpe zugeordneten, auf dem Pumpenkolben gleitenden Steuerhülse zum Steuern der Treibstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine ein Elektromotor zugeordnet ist, der die Steuerhülse auf dem Pumpenkolben über ein mechanisches Glied einer Übertragungseinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern, der Brennkraftmaschine in eine entsprechende Stellung verschiebt, in der die Steuerhülse eine Entlastungsöffnung im Pumpenkolben zur Beendigung der Treibstoffzufuhr aufsteuert, und wobei der Elektromotor, der Verteilungsmechanismus und die Übertragungseinrichtung im treibstoffgefüllten Gehäuse der Einspritzpumpe angeordnet sind, und mit einer Einrichtung zum Erfassen der jeweiligen Stellung des mechanischen Übertragungsgliedes und zum Erzeugen eines diese Stellung angebenden elektrischen Signals zum Bewirken einer Regelung mit geschlossener Regelschleife, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Ausgangswelle des als reversibler Antrieb arbeitenden Elektromotors (68) eine Gewindespindel (72) mit darauf verschiebbarer Mutter (74) als mechanisches Übertragungsglied ist und daß mindestens eine in Antriebsverbindung mit der Ausgangswelle des Elektromotors (68) stehende Schaufel (104) im treibstoffgefüllten Gehäuse (12) der Einspritzpumpe (10) angeordnet ist

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgang welle des Elektromotors (68) über ein Zahnradgetriebe (96, 98) mit der Einrichtung zum Erfassen der Stellung der Mutter (74) gekoppelt ist und daß die Schaufel (104) auf dem auf der Ausgangswelle des Elektromotors (6S) sitzenden Zahnrad (96) angeordnet ist.

3. Regeleinrichtung für eine Verteiler-Treibstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine, wobei einer dem Verteilungsmechanismus der Einspritzpumpe zugeordneten, auf dem Pumpenkolben gleitenden Steuerhülse zum Steuern der Treibstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine ein Elektromotor zugeordnet ist, der die Steuerhülse auf dem Pumpenkolben über ein mechanisches Glied einer Übertragungseinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine in eine entsprechende Stellung verschiebt, in der die Steuerhülse eine Entlastungsöffnung im Pumpenkolben zur Beendigung der Treibstoffzufuhr aufsteuert, und wobei der Elektromotor, der Verteüungsmechanismus und die Übertragungseinrichtung im treibstoffgefüllten Gehäuse der Einspritzpumpe angeordnet sind, und mit einer Einrichtung zum Erfassen der jeweiligen Stellung des mechanischen Übertragungsgliedes und zum Erzeugen eines diese Stellung angebenden elektrischen Signals zum Bewirken einer Regelung mit geschlossener Regelschleife, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Ausgangswelle des als reversibler Antrieb arbeitenden Elektromotors (68) eine Gewindespindel (72) mit darauf verschiebbarer Mutter (74) als mechanisches Übertragungsglied ist und daß das Elektromotorgehäuse (138) mit öffnungen (140, 142) für den Durchtritt von Treibstoff versehen ist und der Anker (136) des Elektromotors (68) im Treibstoff läuft