DE3148688C2

DE3148688C2 -

Info

Publication number: DE3148688C2
Application number: DE3148688A
Authority: DE
Inventors: Anton 7250 Leonberg De Karle; Helmut 7000 Stuttgart De Laufer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-12-09
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1991-01-17
Also published as: JPS58104334A; DE3148688A1; US4462361A; JPH0359263B2; GB2112469A; GB2112469B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Eine solche Einrichtung ist durch die DE-OS 19 19 707 bekannt. Dort wird mit Hilfe eines Magnetventils mit Beginn des Saughubes dem Pum penarbeitsraum Kraftstoff zugeführt und zwar über einen mehr oder we niger großen Teil des Saughubes des Pumpenkolbens. Mit Schließen des Magnetventils ist die Zumessung von Kraftstoff unterbunden und das bis dahin angesaugte Kraftstoffvolumen wird beim folgenden Förderhub des Pumpenkolbens vollständig über in in dem Pumpenarbeitsraum nachgeschaltetes Kraftstoffeinspritzventil in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.

Für eine elektronische Mengenregelung bei einer Kraft stoffeinspritzanlage, insbesondere für eine Brennkraft maschine eines Kraftfarzeuges, ist es erforderlich, sowohl eine Mengenzumeßeinrichtung, bestehend aus Steller und Steuerorgan sowie eine Mengenerkennung als Rückmeldung vorzusehen. Diese Rückmeldung über die ein gespritzte Kraftstoffmenge ist überdies für eine elek tronische Spritzverstellregelung erforderlich.

Es ist hierzu vorgeschlagen worden, die zugemessene Kraftstoffmenge aus der Spritzdauer, der Dauer eines in der Kraftstoffeinspritzanlage herrschenden Druckes oder der Schaltdauer eines für die Kraftstoffzumessung vorgesehenen Magnetventils abzuleiten. Diese vorge schlagenen Möglichkeiten zur Erzeugung eines Kraftstoff mengensignales haben jedoch unter bestimmten Betriebs bedingungen Nachteile.

Durch die DE-OS 30 09 627 ist ferner eine Einrichtung zur Steuerung von Einspritzmengen bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Einspritzventile aus einem Hochdruck-Speicher, der wiederum von einer Hochdruck-Förderpumpe auf ein durch einen Druckfühler geregel ten Druck gebracht wird, mit Kraftstoff versorgt werden. Die Ein richtung arbeitet dabei mit einem elektronischen Drehzahlregler, der die Einspritzventile elektrisch ansteuert und dabei die jeweiligen Einspritzvorgänge auslöst.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kraftstoffein spritzpumpe so weiterzubilden, daß in einfacher und zuverlässiger Weise die dem Pumpenarbeitsraum zu einer Hochdruck-Förderung zuge führte Kraftstoffmenge zur Steuerung derselben erfaßt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnende Merkma le des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei ergibt sich der Vorteil, daß ein Kraftstoffeinspritzmengensignal einfach und zuverlässig erzeugt wird, wobei insbesondere ein Verschleiß an der Einspritzpumpe, der ein axiales Verschieben des Pumpenkolbens bewirken würde, bei den Teilen eliminiert wird, deren Bewegung für die Erzeugung des Signa les ausgewertet wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

So kann ein der Auslenkung des Pumpenkolbens entspre chendes Signal in einfacher Weise durch einen als Torroid ausgebildeten induktiven Sensor gewonnen werden. An dererseits kann aus der Unstetigkeit der am Magnet ventil anliegenden Spannung durch einfache elektro nische Schaltmittel ein das Zumeßende darstellendes Si gnal gewonnen werden.

Schließlich ist es mit der erfindungsgemäßen Einrich tung in besonders einfacher Weise möglich, aus den den Zumeßbeginn und das Zumeßende darstellenden Signalen durch einfache Auswahl bzw. Umformung solche Signale zu gewinnen, die den Förderbeginn bzw. das Förderende darstellen, wodurch mit geringem Mehraufwand auch eine lastabhängige Regelung des Förderbeginnes möglich wird.

Das Förderende oder der Förderbeginn können gleichzeitig als Rückmeldesignal für einen elektrischen Spritzverstel ler verwendet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschalt bild einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer erfin dungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2a und b Detail darstellungen im Querschnitt von bei der erfindungs gemäßen Einrichtung verwendeten Lagesensoren;

Fig. 3a bis e Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungs weise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem Pumpengehäuse 1 eine Bohrung 2 vorgesehen, in der Pumpenkolben 3 einen Pumpenarbeitsraum 4 einschließt. Der Pumpenkolben 3 wird über eine Nockenscheibe 5, die auf einem Rollenring 6 läuft, durch nicht weiter dargestellte Mittel angetrieben und führt dabei bei seiner Drehbewegung eine hin- und hergehende Pumpen bewegung mit einem Ansaughub (Zumessung) und einem Förderhub aus. Die Kraftstoffversorgung des Pumpen arbeitsraum erfolgt über einen Kraftstoffeinlaßkanal 8, der zu einem Pumpensaugraum 9 führt. Dieser Saug raum 9 wird mittels einer Kraftförderpumpe aus einem Kraftstoffbehälter 12 mit Kraftstoff versorgt, wobei der Druck im Pumpenraum 9 mit Hilfe eines Drucksteuerventils 14 eingestellt wird, das parallel zur Kraftstofförderpumpe 11 geschaltet ist.

In dem Kraftstoffeinlaßkanal 8 ist ein über eine Leitung 13 von einem Steuergerät 15 elektrisch betätigbares Ventil 16, vorzugsweise ein Magnetventil, als Kraft stoffmengendosiereinrichtung eingesetzt. Stromabwärts dieses Ventils ist ferner ein in Richtung Kraftstoff zuflußrichtung in den Pumpenarbeitsraum 4 öffnendes Rückschlagventil 17 vorgesehen. Vom Pumpenarbeitsraum 4 führt ein im Pumpenkolben 3 angeordneter Entlastungs kanal 18 ab, von dessen Ende eine Radialbohrung 19 nach außen führt. Eine weitere Radialbohrung 20 verbindet den Entlastungskanal 18 mit einer Verteilernut 21, durch die bei der Drehung des Pumpenkolbens 3 und dessen Förder hub nacheinander Förderleitungen 22 mit dem Pumpen arbeitsraum 4 verbunden werden. Die Förderleitungen sind entsprechend der Zahl der zu versorgenden Zylinder der zugehörigen Brennkraftmaschine am Umfang der Boh rung 2 verteilt und enthalten je ein Entlastungsven til 23 und sind mit je einem Einspritzventil 24 verbunden. In der Wand der Bohrung 2 ist weiterhin eine Ringnut 26 vorgesehen, die über wenigstens eine Bohrung 27 mit dem Pumpensaugraum 9 verbunden ist. Die Ringnut 26 ist dabei so angeordnet, daß die Ra dialbohrung 19 im Pumpenkolben 3 ab einem maximalen Förderhub aufgesteuert wird, so daß der ab diesem Punkt bei der weiteren Hubbewegung des Pumpenkolbens 2 geförderte Kraftstoff über den Entlastungskanal 18, die Radialbohrung 19 und die Bohrung 27 in den Saugraum 9 abströmen kann und somit die Druckförderung in die Förderleitung 22 unterbrochen wird.

Der Pumpenkolben 3 steht schließlich mit einer Sensor anordnung 25, die die relative Lage des Pumpenkol bens 3 erfaßt, in Wirkungsverbindung, wie dies in Fig. 2a, b dargestellt ist.

Das Magnetventil 16 wird, wie erwähnt, über die Leitung 13 mit einer Spannung U, die in Fig. 1 schematisch ange deutet ist und nachstehend zu Fig. 3a näher erläutert wird, von dem Steuergerät 15 gesteuert. Das Steuerge rät 15 arbeitet dazu in Abhängigkeit von Parametern, die für die Bemessung und die Zeitsteuerung der Kraftstoff einspritzmenge zu berücksichtigen sind. Das Steuer gerät 15 kann dabei z. B. wenigstens ein Kennfeld ent halten, in dem Sollwerte für die zu einspritzende Kraftstoffmenge in mittlerer oder unmittelbarer Form enthalten sind. In an sich bekannter Weise können hierbei als Parameter die Drehzahl, die Temperatur, der Luftdruck und die Last berücksichtigt werden.

Zur Rückmeldung über die tatsächlich zugemessene Kraft stoffmenge ist die erfindungsgemäße Einrichtung vorge sehen, die aus dem auf der Leitung 13 anstehenden Spannungsverlauf U und dem Signal der Sensoranordnung 25 ein Kraftstoffmengensignal bildet.

In Fig. 2a und b sind Ausführungsformen der Sensoran ordnung 25 dargestellt. Bei der in Fig. 2a darge stellten Sensoranordnung ist eine toroidförmige Spule 50 vorgesehen, die den Pumpenkolben 3, der in der Bohrung 2 des Pumpengehäuses 1 läuft, umschließt. Die Spule 50 ist dabei in einer Kunststoffhalterung 51 angeordnet, die vom Pumpenkolben 3, dem Gehäuse 1 sowie einem Leitstück 52 umgeben wird. Der Pumpen kolben 3 weist an seinem, beim hin- und herbewegen an der Spule 50 vorbeibewegten Abschnitt eine Steuerkante 55 auf. Wie leicht zu ersehen ist, schließt sich in der in Fig. 2a eingezeichneten Stellung des Pumpen kolbens 3 der magnetische Fluß über den Pumpenkolben 3, das Gehäuse 1 und das Leitstück 52. In Abhängigkeit von der Stellung des Pumpengehäuses 3 ist damit an der Spule 50 ein Signal abnehmbar, das mit dem hin- und herbewegen des Pumpenkolbens 3 einen an- bzw. abfallenden Verlauf aufweist, so daß über eine nachgeschaltete Schwellwert stufe eine definierte Lageerkennung des Pumpenkolbens 3 möglich ist.

Eine Variante der in Fig. 2a dargestellten Anordnung zeigt Fig. 2b. Dabei ist wiederum die Spule 50 in einer Kunststoffhalterung 51 vorgesehen, die den Pumpenkolben 3 umgibt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a ist diesmal das Leitstück 53 U-förmig ausge bildet und seinerseits in einem Kunststoffhalteteil 54 angeordnet, das in das Pumpengehäuse 1 eingefügt wird. Der magnetische Fluß wird in diesem Fall in Abhängigkeit von einer an der Spule 50 und dem Leitstück 53 vor beibewegten Ringnut 56 des Pumpenkolbens 3 verändert. Hierdurch ergibt sich ein bipolares Signal, bei dem in schaltungstechnisch einfacher Weise der Nulldurch gang als repräsentativ für eine bestimmte Stellung des Pumpenkolbens 3 ausgewertet werden kann. Hier durch können sich schaltungstechnisch Vereinfachungen ergeben, da ein Nulldurchgang mit elektronischen Mit teln leichter und präziser zu erfassen ist als das Über- bzw. Unterschreiten eines endlichen Spannungs wertes.

Die Arbeitsweise der in den Fig. 1 und 2 darge stellten Vorrichtungen soll nun anhand der Diagramme in Fig. 3a bis e erläutert werden.

Fig. 3b zeigt dabei die Erhebungskure h der Nocken der Nockenscheibe 5 über dem Drehwinkel α. Durch ent sprechende Ausgestaltung der Nockenscheibe 5 ist hier bei erzielt worden, daß die Hubänderung pro Drehwinkel α beim Förderhub des Pumpenkolbens wesentlich größer ist als die Hubänderung während des Zumeßhubs des Pum penkolbens 3. Dieser letztere Kurventeil B der Erhe bungskurve verläuft sehr flach und bis auf den Grenz bereich bei den Umkehrpunkten des Pumpenkolbens 3 linear. Der Förderteil A der Kurve in Fig. 3b teilt sich auf in drei Streckenabschnitte. Zwischen dem unteren Totpunkt UT des Pumpenkolbens 3 bei Beginn des För derhubs bis zu dem Punkt FB (Förderbeginn) wird der im Pumpenarbeitsraum 4 vorhandene Kraftstoff soweit komprimiert, bis der Förderdruck, der ein Öffnen des Einspritzventils 24 bewirkt, erreicht ist. Der zweite Teil der Kurve erstreckt sich nun zwischen FB und FE (Förderende). In diesem Bereich wird Kraftstoff in den Förderkanal 22 befördert. Durch den Förderdruck wird weiterhin das Rückschlagventil 17, gegebenenfalls unterstützt durch die dort eingebaute Feder, geschlos sen. Damit ist das elektrisch betätigbare Ventil 16, das hier z. B. als Schieberventil ausgebildet ist, druckentlastet.

Bei Erreichen des Punktes FE der Erhebungskurve wird die Radialbohrung 19 in Verbindung mit der Ringnut 26 gebracht, so daß der Druckraum 4 in den Saugraum 26 entlastet wird. Die restliche, vom Pumpenkolben 3 verdrängte Kraftstoffmenge fließt dorthin ab. Dies erfolgt im Bereich zwischen dem Öffnen des Entlastungs kanals, entsprechend dem Förderende FE und dem oberen Totpunkt OT. Spätestens bei Erreichen des Punktes OT wird das Magnetventil 16 geöffnet. Das Öffnen kann bereits früher geschehen, da während des Förderhubs der Kraftstoffeinlaßkanal 8 durch das Rückschlagventil 17 verschlossen ist. Im Bereich zwischen OT und dem Schließpunkt des Entlastungskanals, entsprechend dem Zumeßbeginn ZB wird nun über den großen Öffnungs querschnitt des Ventil 16 Kraftstoff angesaugt. Der Druckausgleich im Pumpenarbeitsraum kann ferner auch über den Entlastungskanal 18, in Radialbohrung 19 und die Bohrung 27 erfolgen. Im Bereich zwischen FE und ZB ist gewährleistet, daß der Druck im Arbeits raum 4 ausgeglichen und der Arbeitsraum 4 ständig ge füllt und gespült ist. Ab ZB beginnt der wirksame Saug hub des Pumpenkolbens 3. Bis zum Schließen des Magnet ventils ZE (Zumeßende) wird Kraftstoff angesaugt. Die wirksame Saughublänge α₂ wird somit einerseits durch die geometrische Gestaltung der Kraftstoffeinspritz pumpe (Saughub h_N der Nocken der Nockenscheibe 5) bzw. durch die Lage der die Ringnut 26 begrenzenden Steuer kante bestimmt und andererseits durch die Schaltzeit des Magnetventils 16. In Fig. 3a sind die Schalt zeiten des Magnetventils 16 aufgezeichnet, wobei α₁ die gesamte Öffnungszeit des Magnetventils 16 ist und α₂ die für die Zumessung wirksame Zeit bezeichnet.

Dabei ist in Fig. 3a mit 40 ein Spannungsverlauf für die am Magnetventil 16 wirksame Spannung bezeichnet. Der Span nungsverlauf besteht am Ende aus einem Überschwinger 41, der über einen Spannungsknick 42 ausläuft. Dieser Spannungsknick 42 wird dadurch verursacht, daß die Nadel des Magnetventils 16 auf den Sitz des Magnet ventils auftrifft, so daß sich hier die Diskontinui tät des Weges der Nadel in einer Spannungsdiskontinui tät niederschlägt. Dieser Spannungsknick 42 läßt sich aus der auf der Leitung 13 herrschenden Spannung in an sich bekannter Weise ableiten, beispielsweise durch mehrmaliges Differenzieren des Verlaufes 40. Es ver steht sich jedoch, daß auch andere bekannte Methoden zum Nachweis von Unstetigkeiten in Funktionsverläufen verwendet werden können.

Bei Auswertung des Spannungsknicks 42 ergibt sich ein das Zumeßende charakterisierendes Zumeßende-Signal 61, wie dies in Fig. 3e im gleichen Winkelmaßstab aufge tragen ist. Das den Zumeßbeginn charakterisierende Signal, das in Fig. 3d mit 60 bezeichnet ist, wird erfindungsgemäß über die Sensoranordnung 25 ermittelt, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist und hierzu erläutert wurde. Hierzu muß die Steuerkante 55 bzw. die Ringnut 56 des Pumpenkolbens 3 so angeordnet werden, daß sich dann das Zumeßbeginn-Signal 60 ergibt, wenn die Radialbohrung 19 wieder verschlos sen wird und das Rückschlagventil 17 des Kraftstoff einlaßkanales 8 öffnet.

Demnach stehen zwei Signale 60, 61 für Zumeßbeginn ZB und Zumeßende ZE zur Verfügung, deren Abstand unmittel bar der tatsächlichen Kraftstoffmenge entspricht.

Wie ohne weiteres ersichtlich, erzeugt die Sensoran ordnung 25 während jedes Spiels des Pumpenkolbens 3 zwei Signale, von denen das eine - wie vorstehend erläutert - den Zumeßbeginn ZB, das andere jedoch das Förderende FE darstellt. Andererseits kann über die Signale 60, 61 entsprechend ZB und ZE der Zumeß hub h_N ermittelt werden, so daß über das Signal 60′ des Förderendes FE und den Zumeßhub h_N auch der Förderbeginn FE bestimmt werden kann, wie dies aus Fig. 3b ohne weiteres ersichtlich ist. Hieraus ergibt sich ein Signal 61′, das in an sich bekannter Weise für eine lastabhängige Regelung des Förder beginnes verwendet werden kann. Es versteht sich da bei, daß diese Signale auch zum Darstellen der Spritz verstellerlage α₄ bzw. des Förderendes α₃, bezo gen auf den oberen Totpunkt OT der Brennkraftmaschine, herangezogen werden können.

Claims

1. Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffmengensignales in einer Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem von einer Nocken scheibe (5) ausgelenkten Pumpenkolben (3), der Kraftstoff aus einem mit einem Magnetventil (16) versehenen Kraftstoffeinlaßkanal (8) an saugt und in eine Förderleitung (22) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Kraftstoffmenge aus einem von einer mit dem Pum penkolben (3) zusammenwirkenden Lagesensoranordnung (25) erzeugten Zumeßbeginn-Signal (60) und einem aus der am Magnetventil (16) an liegenden Spannung abgeleiteten Zumeßende-Signal (61) zusammen mit einem Nocken mit im Zumeßbereich linear verlaufender Erhebungskurve bestimmt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (25) einen mit einer magneti schen Diskontinuität, vorzugsweise einer Steuerkante (55) oder einer Ringnut (56) des Pumpenkolbens (3) zusammenwirkenden Induktivgeber aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivgeber eine um den Pumpenkolben (3) herum angeordnete Ringspule (50) aufweist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßende-Signal (61) aus dem beim Auftreffen der Ventilnadel auf den Sitz des Magnetventils (16) entstehenden Spannungsknick (42) im Spannungsverlauf (40) am Magnetventil (16) abgeleitet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßende-Signal (61) durch mehrmaliges Diffe renzieren des Spannungsverlaufes (40) gewonnen wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem von der Sensor anordnung (25) abgegebenes Signal ferner ein Förder ende-Signal (60′) abgeleitet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Förderende-Signal (60′) über den Zumeßhub (h_N) der Nockenscheibe (5) ein Förderbeginn-Signal (61′) gewonnen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Signal (60′) zusammen mit einem Signal, das den oberen Totpunkt (OT) der Brennkraftmaschine dar stellt, gleichzeitig zur Rückmeldung der Spritzversteller lage (α₄) bzw. des Förderendes (α₃) zum oberen Totpunkt (OT) dient.