DE3433423C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Mit den zunehmenden An­ forderungen an die Verbrennungsqualität bei Diesel­ brennkraftmaschinen, nämlich einerseits an den Kraft­ stoffverbrauch und andererseits an die Qualität der Ab­ gase werden zunehmend elektrische Drehzahlregler ein­ gesetzt, da mit einem elektronischen Steuergerät Kenn­ größen von Motor und Umgebung sehr viel genauer und schneller zu Sollwerten umgesetzt werden können, als dies bei mechanischen Reglern der Fall ist. Problema­ tisch bleibt die Erzeugung der verhältnismäßig großen Stellkräfte und die Abregelung bei Erreichen der zu­ lässigen Maximaldrehzahl, um zu verhindern, daß eine Brennkraftmaschine "durchgeht", wobei vor allem auch beim Start und kalter Brennkraftmaschine eine Einspritz­ mehrmenge gesteuert werden muß, um überhaupt ein Rund­ laufen des Motors zu erreichen.

Bei einem bekannten Drehzahlregler der gattungsgemäßen Art GB-PS 20 73 448, wird die jeweilige Stellung des Mengensteuergliedes über einen im Stellmotor angeordne­ ten Geber gemessen, der in Art eines Potentiometers ar­ beitet und die Iststellung des Stellmotorstellgliedes an das elektrische Steuergerät weitergibt. Zwischen Stellmotor und Mengensteuerglied ist ein um eine ein­ stellbare Achse schwenkbarer zweiteiliger Hebel ange­ ordnet, mit einem Schleppgliedteil, so daß, wenn der mit dem Mengensteuerglied verbundene Schleppgliedteil an die Wegbegrenzung stößt, zwar das Mengensteuerglied nicht mehr weiter verschoben werden kann, ohne daß des­ halb der Stellmotor stehen bleiben muß. Der Positions­ rückmelder gibt somit keine tatsächliche Information über die Stellung des Mengensteuergliedes an das elektri­ sche Steuergerät weiter, sondern lediglich über die Stellung des Stellgliedes des Stellmotors. Zwar ist bei diesem bekannten Drehzahlregler die Maximaldreh­ zahl wohl durch die Wegbegrenzung bestimmt, es ist aber nicht ersichtlich, wie mit einem derartigen Regler die Startmehrmenge des Kraftstoffes gesteuert werden soll.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraft­ stoffeinspritzpumpe der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß eine einfache elektronische Steuerung der Kraftstoffeinspritzpumpe möglich ist, wobei auf mechanischem Wege sichergestellt ist, daß bei einem Versagen der elektronischen Einspritzsteuerung eine Höchstkraft­ stoffeinspritzmenge nicht überschritten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Diese Lösung hat dabei den Vorteil, daß mit Hilfe des Schrittmotors ohne Rückmeldung eine mit sehr geringem Aufwand zu verwirklichende Steuerung der Kraftstoff­ einspritzmenge bei einer Kraftstoffeinspritzpumpe ermöglicht wird. Die zusätzlich vorgesehene hydraulisch von dem Antrieb der Kraft­ stoffeinspritzpumpe selbst gesteuerte Vollastmenge stellt sicher, daß bei einem Fehlverhalten eines Schrittmotors, ohne Rückmeldung oder bei einem sonstigen Versagen der elektronischen Steuerung die höchste Kraftstoffeinspritzmenge bei Normalbetrieb nicht über­ schritten wird. Zudem wird mit der erfindungsgemäßen Lösung beim Start eine Startübermenge eingestellt, die somit nicht durch einen übergroßen Steuerweg des Schrittmotors eingestellt werden muß. Somit kann der Schrittmotor beschränkt auf einen kürzeren Steuerweg exakter und schneller ausgelegt werden.

Durch die US-PS 38 71 344 ist es zwar bekannt, auf einem elektro­ mechanischen Wege die Vollasteinspritzmenge nach zuvor freigegebener Startübermenge zu begrenzen. Doch bei dieser bekannten Einrichtung erfolgt im übrigen die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge in üblicher Weise durch einen mechanischen Regler. Solche Regler arbeiten in der Regel sicher und bedürfen keiner zusätzlichen Sicherungsmaßnahmen. Im übrigen arbeitet die Einrichtung gemäß dieser US-Patentschrift nicht mechanisch sondern auf elektrischem Wege, wobei sie in beabsichtigter Weise durch einen Startschalter aktiviert wird. Ein Versagen der Elektrik macht es unmöglich, die Brennkraftmaschine mit einer Übermenge zu starten.

Der erfindungsgemäße Drehzahlregler mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sich ein Stellungsgeber am Stellmotor erübrigt und die Reglerfunktion vom elektrischen Steuergerät und dem Stellmotor unter Auswertung von Kenngrößen erfolgt und daß zusätzlich eine mechanische Sicherheit vorgesehen ist, durch die bei Versagen der elektronischen Steuerung eine Höchstkraftstoffeinspritzmenge nicht überschritten wird. Hier­ bei wird vorteilhaft der in der Kraftstoffeinspritzpumpe zur Ver­ fügung stehende Kraftstoffdruck verwendet, um den die Vollastein­ spritzmenge und die Starteinspritzmenge begrenzenden Anschlag zu steuern.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritz­ anlage mit einem erfindungsgemäßen Drehzahlregler in schematischer Darstellung; Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Verteilereinspritzpumpe mit erfindungsgemäßem Drehzahlregler; Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 2; Fig. 5 ein Detail aus Fig. 4 mit anderer Schieberstellung; Fig. 6 ein Menge-Drehzahl-Funktions­ diagramm des Ausführungsbeispiels; Fig. 7 eine Variante des in Fig. 2 dargestellten Reglers und Fig. 8 eine andere Variante des in Fig. 2 dargestellten Reglers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Einspritz­ anlage ist ein erfindungsgemäßer Drehzahlregler 1 zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge integriert. Dieser Drehzahlregler weist einen Stellmotor 2 auf, der von einem elektronischen Steuergerät 3 angesteuert wird und auf einen Regelhebel 4 wirkt, der um eine Achse 5 schwenkbar ist und an seinem einen Ende durch eine Feder 6 in Richtung Stellmotor 2 belastet ist und mit seinem anderen Ende ein Mengensteuerglied 7 einer Einspritzpumpe 8 betätigt. Der Schwenkbereich des Regelhebels 4 und damit die maximale Einspritzmenge ist durch einen Wegbegrenzer 9 bestimmt.

Als Einspritzpumpe 8 arbeitet in einem Gehäuse 10 ein Pumpenkolben 11, der durch einen Nockenantrieb 12 mit einer Nockenscheibe 13 und einen Rollenring 14 in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Bewe­ gung versetzt wird. Der in der Draufsicht dargestellte Rollenring 14 ist gegenüber der Nockenscheibe 13 zum besseren Verständnis um 90° in die Ebene hineingeklappt. Während die Hubbewegung der eigentlichen Pumpbewegung dient, wobei der Pumpenkolben 11 in einem Pumpenar­ beitsraum 15 hin- und herbewegt wird, dient die Dreh­ bewegung dazu, den Kraftstoff aus dem Pumpenarbeits­ raum 15 über Druckleitungen 16 nacheinander zu den ein­ zelnen Motorzylindern zu fördern, deren Anzahl der An­ zahl der Druckhübe pro Umdrehung des Pumpenkolbens 11 und der Anzahl der Druckleitungen 16 entspricht, von denen nur eine dargestellt ist. Im Pumpenkolben ist eine Sackbohrung 17 angeordnet, die mit dem Pumpenarbeits­ raum 15 verbunden ist und von der eine Verteilerbohrung 18 abzweigt, die nacheinander während einer Umdrehung und eines jeweiligen Druckhubes den Pumpenarbeitsraum 15 mit jeweils einer der Druckleitungen 16 verbindet. Außerdem wird diese Sackbohrung 17 von einer Steuer­ bohrung 19 gekreuzt, deren Enden durch das als Ring­ schieber ausgebildete Mengensteuerglied 7 gesteuert werden. Je nach durch den Regler bestimmter axialer Lage des Mengensteuergliedes 7 wird diese Steuerbohrung 19 während des Druckhubes früher oder später aufge­ steuert, was einer kleineren bzw. größeren Einspritz­ menge entspricht. Je länger die Steuerbohrung während, des Druckhubes gesperrt bleibt, desto größer ist die vom Pumpenarbeitsraum 15 zu dem gerade zugeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine geförderte Einspritz­ menge. Die Auffüllung des Pumpenarbeitsraums 15 wäh­ rend des Saughubes des Pumpenkolbens 11 erfolgt über eine Saugbohrung 20 und Füllnuten 21, deren Anzahl der Anzahl der Saughübe pro Umdrehung des Pumpenkolbens 11 entspricht.

Die Saugbohrung 20 sowie die Steuerbohrung 19, sofern sie gerade aufgesteuert ist, münden in einen Saugraum 22 der Einspritzpumpe, der durch eine Förderpumpe 23 mit Kraftstoff versorgt wird, der durch ein Druck­ steuerventil 24 unter einem bestimmten Oberdruck ge­ halten wird, der sich mit der Drehzahl ändert. Die Förderpumpe 23 wird entsprechend mit einspritzpumpen-, synchroner Drehzahl angetrieben.

Der an sich ortsfest im Gehäuse angeordnete Rollenring 14 kann durch einen Spritzverstellkolben 25 relativ verdreht werden, so daß die relative Lage der Rollen 26 des Rollenrings 14 zu den Nocken 27 der Nocken­ scheibe 13 änderbar ist, so daß sich entsprechend der Druckhubbeginn des Pumpenkolbens 11 und damit der Spritz­ beginn des Kraftstoffs in die Motorzylinder ändert. Der Spritzverstellkolben 25 wird durch Kraftstoff aus dem Saugraum 22 her auf seiner Stirnseite 28 beauf­ schlagt und entgegen einer Rückstellfeder 29 verscho­ ben, sobald sich die Kräftebilanz zwischen Flüssig­ keitsdruck und Federkraft ändert. Dieser Druck kann zusätzlich durch ein Magnetventil 30 gesteuert werden, das in der Zulaufleitung 31 vom Saugraum 22 her ange­ ordnet ist und in dem außerdem ein Rückschlagventil 32 vorgesehen ist. Das Magnetventil 30 ist als 3/2-Ventil ausgebildet mit einem Anschluß zur Saugseite der För­ derpumpe 23 hin, so daß der Druck vor der Stirnseite 28 bei entsprechender Stellung des Magnetventils 30 sehr schnell abgebaut werden kann.

Die Drehzahl der Einspritzpumpe wird über einen Dreh­ zahlgeber 33 erfaßt und über eine elektrische Leitung 34 dem elektionischen Steuergerät 3 eingegeben. Die Drehlage des Rollenringes 14 wird über einen Spritzver­ stellgeber 35 erfaßt und über eine elektrische Leitung 36 ebenfalls an das elektronische Steuergerät 3 ver­ mittelt. Außerdem werden dem elektronischen Steuerge­ rät 3 zusätzliche Motorkenngrößen wie beispielsweise die Temperatur T, der Luftdruck P_L, die Last G_p ein­ gegeben, programmgemäß verarbeitet und als Sollwerte über eine elektrische Leitung 37 dem Stellmotor 2 und einer elektrischen Leitung 38 dem Magnetventil 30 ein­ gegeben. Unter Auswertung der durch die Geber 33, 35 T, P_L und G_p ermittelten Istgrößen rechnet das elektro­ nische Steuergerät die Sollgrößen, die dann einerseits durch Umsetzung über den Stellmotor 2 eine Verschiebung des Mengensteuergliedes 7 und über das Magnetventil 30 des Spritzverstellkolbens 25 bewirken. Die Verstel­ lung in Richtung größerer Einspritzmenge und damit die maximale Einspritzmenge wird durch den Wegbegrenzer 9 bestimmt. Dieser Wegbegrenzer 9 ist wie weiter unten näher ausgeführt in seiner Lage änderbar, so daß dreh­ zahlabhängig bei Startdrehzahlen eine größere Menge einspritzbar ist als bei Normalbetrieb, da für Start­ drehzahlen und erforderlichenfalls auch bei kalter Ma­ schine eine größere Einspritzmenge erforderlich ist, um einen Rundlauf der Brennkraftmaschine zu erreichen.

Natürlich kann statt der hier beschriebenen Verteiler­ einspritzpumpe auch eine andere Art von Einspritzpumpe wie beispielsweise eine Reihenpumpe oder Schieber­ hochdruckeinspritzpumpe dienen, sofern dort der Einsatz des erfindungsgemäßen Drehzahlreglers möglich ist.

In Fig. 2 sind der Drehzahlregler 1 (ohne elektronisches Steuergerät 3) und die Einspritzpumpe 8 im Teilschnitt durch eine Verteilereinspritzpumpe dargestellt. Ergän­ zend zu Fig. 1 ist die Schwenkachse 5 an einem Ein­ stellhebel 41 angeordnet, der um eine vom Gehäuse 10 getragene Einstellachse 42 über eine Justierschraube 43 einstellbar ist. Der Einstellhebel 41 weist einen abge­ kanteten Abschnitt 44 auf, an dem ein Lappen 45 vorge­ sehen ist, der als Widerlager der Feder 6 dient, die sich andererseits am Regelhebel 4 abstützt.

Der Stellmotor 2 weist ein Betätigungsglied 46 auf, das mit dem Regelhebel 4 derart zusammenwirkt, daß bei Einziehen des Betätigungsgliedes 46 in den Stellmotor 2 der Regelhebel 4 gegen die Feder 6 gezogen wird. Hier­ für ist am Betätigungsglied 46 ein Mitnahmeteller 47 angeordnet, dessen relative Lage auf dem Betätigungs­ glied 46 zur Justierung änderbar ist. Sobald der Re­ gelhebel 4 bei Ausfahren des Betätigungsgliedes 46 am Wegbegrenzer 9 anliegt, kann das Betätigungsglied 46 über die Stellung hinausfahren, ohne durch den Regel­ hebel gehindert zu werden. Gestrichelt ist eine zweite Endstellung des Regelhebels 4 dargestellt, die der Startdrehzahl entspricht und für die der Hebel um den Weg x in Richtung Mehrkraftstoffmenge verschoben ist.

In Fig. 4 ist der Wegbegrenzer 9 im einzelnen darge­ stellt. Als Wegbegrenzer dient hier ein verstellbarer Anschlagskolben 49, der auf seiner Oberfläche zum Re­ gelhebel 4 hin eine Kontur 50 aufweist, die von einer Anschlagskante 51 des Regelhebels 4 abgetastet wird. Der Kolben 49 nimmt in der dargestellten Lage gerade die Stellung für Normalbetrieb ein, strichpunktiert ist die Startstellung gezeigt, in der die Anschlags­ kante 51 entsprechend weiter nach innen geschwenkt ist. Der Anschlagskolben 49 wird auf seiner Stirnfläche 52 von dem im Saugraum 22 herrschenden Flüssigkeits­ druck beaufschlagt, der über einen im Anschlagskolben 49 verlaufenden Kanal 53 eingeleitet wird und der gegen eine andererseits am Anschlagskolben 49 angreifende Rückstellfeder 54 wirkt. Bei Startdrehzahlen, also niederem Saugraumdruck wird der Anschlagskolben 49 in seine Ausgangsstellung geschoben, um dann bei Er­ reichen eines der Normaldrehzahl entsprechenden Druckes im Saugraum 22 den Anschlagskolben 49 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 54 in die dargestellte Lage zu verschieben.

Da ohnehin mit einem elektronischen Steuergerät gearbei­ tet wird, kann die Abstellung des Motors, d. h. die Un­ terbrechung der Kraftstoffzuführung ebenfalls elektrisch gesteuert werden. Hierfür kann im Gehäuse 10 ein Mag­ netventil 55 vorgesehen sein, das die Saugbohrung 20 steuert und diese zum Abstellen des Motors sperrt.

In dem in Fig. 6 dargestellten Diagramm ist über der Ordinate die Einspritzmenge Q und über der Abszisse die Drehzahl n aufgetragen. Die Kennlinie a gibt dabei die durch den Wegbegrenzer 9 bestimmte Maximalmenge an, nämlich als Q_A für Startmenge und Q_V für Vollastmenge. Mit b ist der Regelbereich beschrieben, der vom elektrischen Drehzahlregler gefahren wird und der von der Vollastkennlinie des Wegbegrenzers durch­ schnitten wird. Die Mengendifferenz Q_X entspricht da­ bei dem Weg X in Fig. 2 und ist lediglich bei Start­ drehzahlen und auch dort nur teilweise wirksam.

In Fig. 5 und 7 ist eine Variante dieses Ausfüh­ rungsbeispiels dargestellt, bei der im Unterschied zu dem bereits beschriebenen das Betätigungsglied 146 vom Stellmotor 102 für zunehmende Einspritzmenge nach außen geschoben wird. Aus diesem Grund wirkt die Fe­ der 106 entgegen dieser Stellrichtung. Im übrigen ist das Ausführungsbeispiel unverändert.

In Fig. 8 ist eine andere Variante der Erfindung dar­ gestellt, bei der die Wegbegrenzer für Vollast und für Start unabhängig voneinander arbeiten. Der Regel­ hebel ist hier zweiteilig ausgebildet, wobei beide Hebel 57 und 58 um die Schwenkachse 5 schwenkbar sind, wobei das Mengensteuerglied 7 lediglich durch den He­ bel 58 angelenkt wird, hingegen am Hebel 57 das Betä­ tigungsglied 146 und die Feder 106 angreifen. Zwischen den Hebeln 57, 58 ist eine Startfeder 59 vorgesehen, die die Hebel bei Normaldrehzahlen in der darge­ stellten Lage hält. In dieser Lage dient als Wegbe­ grenzung für die Vollastdrehzahlen ein Anschlag 60. Bei Startdrehzahlen und einem entsprechend niederen Druck im Saugraum 22 wird durch eine Feder 61 ein Startkolben 62 gegen den Hebel 58 geschoben, so daß dieser entgegen der Kraft der Feder 59 vom Hebel 57 abgehoben wird, so daß das Mengensteuerglied 7 eine Stellung für Startmehrmenge erhält. Sobald dann der Druck im Saugraum 22 steigt, wird bei Erreichen der Normaldrehzahlen der Startkolben 62 entgegen der Fe­ der 61 verschoben und der Hebel 58 wird durch die Startfeder 59 in die gezeigte Stellung verschoben.

Claims (9)

1. Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraft­ maschinen, mit einem über ein kenngrößenverarbeitendes elektroni­ sches Steuergerät angesteuerten elektrischen Stellmotor zur Betätigung eines Mengensteuergliedes der Einspritzpumpe und mit einer Wegbegrenzung des Mengensteuergliedes zur Bestimmung der maximalen Einspritzmenge, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmotor (2) ein Schrittstellmotor ohne Stellungsrückmeldung zum elektroni­ schen Steuergerät (3) dient und daß die Wegbegrenzung (9) aus einem von einem drehzahlabhängigen Steuerdruck entgegen Federkraft beauf­ schlagbaren, einen Anschlag betätigenden Kolben (49; 62) besteht, der unabhängig vom elektronischen Steuergerät (3) zwischen einer Stellung für Startmenge und einer Stellung für Vollastmenge ver­ schiebbar ist, wobei der Steuerdruck von einer der Einspritzpumpe vorgeschalteten, mit brennkraftmaschinensynchroner Drehzahl ange­ triebenen Förderpumpe (23) erzeugt wird.

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehzahlabhängige Steuerdruck durch ein Magnetventil weiter im Druck beeinflußbar ist.

3. Drehzahlregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegbegrenzung (9) mit einem zwischen Mengensteuerglied (7) und Stellmotor (2; 102) auf einer Schwenkachse (5) gelagerten Regel­ hebel (4) zusammenwirkt.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Schwenkachse (5) in etwa parallel zur Verstellrichtung des Mengensteuergliedes (7) einstellbar ist, indem die Schwenkachse von einem um eine ortsfeste Achse (42) schwenkbaren Einstellhebel (41) getragen wird.

5. Drehzahlregler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Regelhebels (4) in Richtung zunehmender Einspritzmenge durch eine Feder (6) belastet und durch den Stell­ motor (2) begrenzt wird (Fig. 2).

6. Drehzahlregler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Regelhebels (4) in Richtung abnehmender Ein­ spritzmenge durch eine Feder (106) belastet und durch den Stellmotor (102) begrenzt wird (Fig. 7).

7. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben als Anschlagskolben (62) ausgebildet ist und in Betätigungsrichtung des Stellmotors (2) verschiebbar ist (Fig. 8).

8. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolben als Anschlagskolben (49) ausgebildet ist und quer zur Betätigungsrichtung des Stellmotors verschiebbar ist (Fig. 4).

9. Drehzahlregler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagskolben (49) einen stufenförmigen Anschlag (50) aufweist.