DE4116644A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents

Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer dieselbrennkraftmaschinen

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DE4116644A1 DE19914116644 DE4116644A DE4116644A1 DE 4116644 A1 DE4116644 A1 DE 4116644A1 DE 19914116644 DE19914116644 DE 19914116644 DE 4116644 A DE4116644 A DE 4116644A DE 4116644 A1 DE4116644 A1 DE 4116644A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.
Es sind Kraftstoffeinspritzvorrichtungen für Dieselbrenn­ kraftmaschinen mit mindestens einem Pumpenelement bekannt, wobei das Pumpenelement aus einem Pumpenzylinder und einem Pumpenkolben mit einer Steuerkante besteht. Über dem Pum­ penkolben ist koaxial ein bewegbarer Steuerschieber ange­ ordnet, mit dem eine Förderbeginnverstellung durchgeführt wird. Die Verstellung erfolgt beispielsweise hydraulisch in Abhängigkeit von einem drehzahlproportionalen Druck. So sind aufgrund der strengen Umweltschutzvorschriften die bei den hydraulischen Spritzverstellern geforderten Ver­ läufe für den Förderbeginn nicht realisierbar. Zusätzliche und komplizierte Eingriffe in die Spritzverstellerfunktion sind darüber hinaus kostenintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff­ einspritzvorrichtung für Dieselbrennkraftmaschinen bereit­ zustellen, mit der eine vorgebbare Kennlinie für die För­ derbeginnverstellung bei niedrigem Aufwand und großer Funktionssicherheit erzielbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.
In vorteilhafter Weise ist der koaxial über dem Pumpenkol­ ben angeordnete Steuerschieber mit der Verstellwelle eines Schrittmotors kraftübertragend verbunden. So ist durch die Bewegung der Verstellwerte des Schrittmotors eine genaue Einstellung des Förderbeginns möglich. Die Verbindung zwi­ schen dem Steuerschieber und dem Schrittmotor erfolgt über zumindest ein Übertragungsmittel, so daß der Schrittmotor leicht an den Steuerschieber anpaßbar und im Falle von Wartungsarbeiten einfach auszutauschen ist. Durch entspre­ chende konstruktive Gestaltung des Übertragungsmittels ist die Verwendung von handelsüblichen Schrittmotoren ohne de­ ren konstruktive Abänderung möglich. Mit dem elektrisch steuerbaren Schrittmotor sind mit Hilfe der entsprechenden Datenverarbeitung vorgebbare Kennlinie für die Förderbe­ ginnverstellung bei niedrigem Aufwand zu realisieren. Bei entsprechender Wahl der Schritte des Schrittmotors ist eine hohe Auflösung des Förderbeginns gegeben und es läßt sich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, bei denen die Förderbe­ ginnverstellung hydraulisch erfolgt, eine hohe Funktions­ sicherheit erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Übertragungsmittel, das zwischen dem Steuerschieber und dem Schrittmotor ange­ ordnet ist, als Welle ausgebildet, die in Abhängigkeit von der Bewegung des Schrittmotors eine Drehbewegung ausführt. Zur Umsetzung der Drehbewegung des Schrittmotors in eine Hubbewegung des Steuerschiebers weist die an der dem Pum­ penkolben zugewandten Stirnseite der Welle eine exzentri­ sche Verlängerung auf, die in eine Ausnehmung in den Steu­ erschieber eingreift. Aufgrund dieser Anordnung ist in vorteilhafter Weise die Umsetzung der Drehbewegung in eine Hubbewegung gegeben und es läßt sich je nach konstruktiver Ausgestaltung der exzentrischen Verlängerung und der Aus­ nehmung im Steuerschieber die Hubbewegung des Steuerschie­ bers einstellen.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Übertra­ gungsmittel und dem Schrittmotor eine kraftübertragende Einrichtung angeordnet. Diese beispielsweise als Hebel oder Gestänge ausgebildete kraftübertragene Einrichtung hat den Vorteil, daß der Schrittmotor auch in gewisser Entfernung von dem Pumpenelement angeordnet werden kann, so daß bei der Anordnung des Schrittmotors und der Kon­ struktion des Pumpenelementes vielfältige Möglichkeiten bestehen.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Übertragungsmittel von zumindest zwei Pumpenelementen über eine gemeinsame kraftübertragende Einrichtung mit dem Schrittmotor verbun­ den. Neben der Möglichkeit, daß jedes einzelne Pumpenele­ ment mit einem eigenen Schrittmotor verbunden ist, besteht nun auch die Möglichkeit, zwei oder mehr Pumpenelemente über die gemeinsame kraftübertragende Einrichtung mit einem einzigen Schrittmotor zu verbinden. Dadurch ist ein geringer konstruktiver Aufwand gegeben, der jedoch ledig­ lich eine zylinder-einheitliche Verstellung des Förderbe­ ginns zuläßt.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuervorrichtung mit einem Speicher vorhanden, an die der zumindest eine Schrittmotor angeschlossen ist. Weiterhin weist die Steuereinrichtung Sensoreingänge zur Erfassung von Be­ triebsgrößen der Brennkraftmaschine auf und steuert jeden Schrittmotor in Abhängigkeit von einer in dem Speicher ab­ gelegten Kennlinie oder in Abhängigkeit von einer Be­ triebsgröße der Brennkraftmaschine an. Die Ansteuerung des Schrittmotors in Abhängigkeit von einer Kennlinie hat den Vorteil, daß eine sichere und schnelle Ansteuerung des Schrittmotors gewährleistet ist. Die Ansteuerung des Schrittmotors in Abhängigkeit von zumindest einer Be­ triebsgröße der Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß anhand der vorliegenden Betriebsgrößen die Förderbeginn­ verstellung aktuell berechnet und über den Schrittmotor eingestellt werden kann. In besonders vorteilhafter Weise ist der Steuervorrichtung eine separate Ansteuereinheit für den Schrittmotor zugeordnet, so daß bei der Verwendung von verschiedenen Schrittmotoren und den dazu passenden Ansteuereinheiten ein und dieselbe Steuervorrichtung ver­ wendet werden kann. In ebenso vorteilhafter Weise erfolgt die Ansteuerung des Schrittmotors in Abhängigkeit von einer Kennlinie und einer Betriebsgröße der Brennkraftma­ schine. Damit wird in Abhängigkeit von einer aktuellen Be­ triebsgröße eine Kennlinie ausgewählt, die die Förderbe­ ginnverstellung in Abhängigkeit der erfaßten oder einer weiteren Betriebsgröße darstellt, so daß neben einer schnellen und sicheren Einstellung auch eine genaue Posi­ tionierung des Schrittmotors möglich ist. Da jedem einzel­ nen Pumpenelement ein Schrittmotor zugeordnet ist, können neben der grundsätzlichen Einstellung des Förderbeginns auch Unförmigkeiten der Pumpenelemente ausgeglichen wer­ den. Diese Unförmigkeiten sind bedingt beispielsweise durch Fertigungstoleranzen oder Alterungserscheinungen. Besonders vorteilhaft kann darüber hinaus der Ausgleich in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine er­ folgen.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Steuervorrichtung eine Datenschnittstelle und Mittel zur Berechnung der För­ derbeginnverstellung auf. In der Steuervorrichtung ist ein Rechner integriert, der die Förderbeginnverstellung in Ab­ hängigkeit von erfaßten Daten berechnet. Bei diesen Daten kann es sich um Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine oder um Werte handeln, die in den Speicher der Steuervorrich­ tung enthalten sind. Bei den in dem Speicher der Steuer­ vorrichtung eingebbaren Werte kann es sich um solche han­ deln, die fest im Speicher abgelegt sind oder über die Da­ tenschnittstelle eingegeben werden können. Die Eingabe der Werte über die Datenschnittstelle hat den Vorteil, daß je nach Brennkraftmaschinentyp und Einsatzbedingung die Werte individuell angepaßt und eingegeben werden können. Die eingebbaren Werte können eine gesamte Kennlinie darstel­ len, alternativ ist die Eingabe von Stützwerten einer Kennlinie möglich, so daß der in der Steuervorrichtung in­ tegrierter Rechner die weiter erforderlichen Werte zwi­ schen den Stützpunkten selbständig berechnet (z. B. linear interpoliert). Zur Eingabe der Werte in den Speicher ist die Steuervorrichtung in vorteilhafter Weise mit einer Eingabeeinheit über die Datenschnittstelle verbunden. So­ mit ist bei entsprechender Gestaltung der Eingabeeinheit (beispielsweise alphanumerisch Tastatur) eine schnelle Neueingabe der Werte und eine schnelle Änderung von schon eingegebenen Werten möglich.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen sowie der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1 Pumpenelement mit Schrittmotor zur Förderbeginnver­ stellung,
Fig. 2 Ansteuerung des Steuerschiebers mit einem Hebel,
Fig. 3 Förderbeginnverstellung von einem Pumpenelement,
Fig. 4 Förderbeginnverstellung an mehr als einem Pumpen­ element,
Fig. 5 eine Steuervorrichtung und deren Komponenten,
Fig. 6 Kennlinien für die Förderbeginnverstellung.
Fig. 1 zeigt ein mit 1 bezeichnetes Pumpenelement, das aus einem Pumpenzylinder 2 besteht, in dem ein von einem Nocken bewegbarer Pumpenkolben 3 angeordnet ist. Koaxial über dem Pumpenkolben 3 ist ein bewegbarer Steuerschieber 4 angeordnet. Zur Mengensteuerung ist der Pumpenkolben 3 mit einer Ausnehmung, insbesondere mit einer Steuerkante 5 versehen. Erfindungsgemäß ist der Steuerschieber 4 des Pumpenelementes 1 über ein Übertragungsmittel 6.1, das auf einer Stirnseite eine exzentrische Verlängerung 7 auf­ weist, mit einer Verstellwelle 8.1 eines Schrittmotors 8 verbunden. Die exzentrische Verlängerung 7 greift in eine Ausnehmung des Steuerschiebers 4 ein, so daß bei einer Drehbewegung der Welle 6.1 der Steuerschieber 4 in axialer Richtung des Pumpenkolbens 3 bewegt wird, so daß je nach Stellung des Steuerschiebers 4 zu der Schrägkantenausneh­ mung 5 der Förderbeginn verstellt wird.
Fig. 2 zeigt eine Ansteuerung des Steuerschiebers mit einem Hebel, wobei zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Komponenten des Pumpenelementes 1 die Welle 6.1 mit einem Hebel 6.2 verse­ hen ist. Die Anbringung des Hebels 6.2 auf der Welle 6.1 hat den Vorteil, daß der Schrittmotor 8 an beliebiger Stelle angeordnet werden kann, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Neben der Verwendung des Hebels 6.2 sind auch andere Ansteuerungsmöglichkeiten des Steuerschiebers 4 gegeben, so z. B. durch Anbringung von Zahnrädern, Riementrieben oder ähnlichem, die die Drehbewegung des Schrittmotors 8 auf die Welle 6.1 gewährleisten. Damit ist für eine hoch­ genaue Ansteuerung die Möglichkeit gegeben, die Übertra­ gung zwischen Verstellwelle 8.1 und Steuerschieber 4 be­ ziehungsweise Welle 6.1 zu untersetzen.
Fig. 3 zeigt die Förderbeginnverstellung von einem einzigen Pumpenelement 1 mit einem einzelnen Schrittmotor 8. Das ausschnittsweise gezeigte Pumpenelement 1 weist in der Verlängerung der Welle 6.1 den Hebel 6.2 auf, der über eine kraftübertragende Einrichtung, hier dargestellt als Hebel 9, mit dem Schrittmotor 8 verbunden ist. Bei ent­ sprechender konstruktiver Wahl der kraftübertragenden Ein­ richtung 9 ist eine beliebige Platzierung des Schrittmo­ tors 8 möglich.
Fig. 4 zeigt die Förderbeginnverstellung an mehr als einem Pumpenelement 1 mit einem einzigen Schrittmotor 8. Die ebenfalls ausschnittsweise gezeigten Pumpenelemente 1, auf deren Wellen 6.1 Hebel 6.2 angeordnet sind, sind über die kraftübertragende Einrichtung 9 mit dem Schrittmotor 8 verbunden. Auch hier sind, wie in Fig. 3, beliebige kon­ struktive Ausgestaltungen der kraftübertragenden Einrich­ tung 9 möglich. Bei der kraftübertragenden Einrichtung 9 kann es sich ebenfalls auch um einen Riementrieb, einem Zahnradantrieb oder auch um eine Kombination der genannten und auch andersartigen kraftübertragenden Einrichtungen handeln.
Fig. 5 zeigt eine Steuervorrichtung und deren Komponenten. Eine den einzelnen Schrittmotoren 8 zugeordnete Steuervor­ richtung 10 weist einen Speicher 11, vorzugsweise einen Kennfeldspeicher, eine Ansteuereinheit 12 sowie eine Re­ cheneinheit 13 auf. Weiterhin sind der Steuervorrichtung 10 Sensoreingänge 14 zur Erfassung von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine zugeordnet. In Abhängigkeit von den mit den Sensoreingängen 14 erfaßten Betriebsgrößen erfolgt die Berechnung der Förderbeginnverstellung in der Recheneinheit 13 oder die Auswahl von abgespeicherten Kennlinien aus dem Speicher 11. Zur Eingabe von Werten in den Speicher 11 ist die Steuervorrichtung 10 mit einer Datenschnittstelle 15 verbunden, an die eine Eingabeeinheit 16 angeschlossen werden kann. Mit der Eingabeeinheit 16 ist es möglich, Werte für mindestens eine genannte Kennlinie oder Werte (Stützpunkte) zur Berechnung einer Kennlinie in den Spei­ cher 11 einzugeben.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind den einzelnen Schrittmotoren 8 auch einzelne Ansteuereinheiten 12 zugeordnet, so daß die Steuervorrichtung 10 die einzel­ nen Ansteuereinheiten 12 ansteuert, die wiederum die Schrittmotoren 8 betätigen. Unförmigkeiten der Pumpenele­ mente, die beispielsweise durch Fertigungstoleranzen oder Alterungserscheinungen gegeben sind, werden dadurch ausge­ glichen, daß jedem einzelnen Pumpenelement ein einzelner Schrittmotor zugeordnet ist. Dieser Ausgleich kann bei­ spielsweise dergestalt erfolgen, daß der Schrittmotor 8 den Steuerschieber 4 in die Endpositionen bewegt (kleinster beziehungsweise größter Förderbeginn), und die­ se Positionen von der Steuervorrichtung 10 gespeichert werden. Diese neue Abspeicherung der Endpositionen kann in bestimmten Zeitintervallen oder jedesmal bei Inbetrieb­ setzen der Dieselbrennkraftmaschine durchgeführt werden. Durch die Erfassung und Abspeicherung der Endpositionen des Steuerschiebers 4 jedesmal dann, wenn die Brennkraft­ maschine in Betrieb gesetzt wird, sind in vorteilhafter Weise Alterungserscheinungen des Pumpenelementes 1 erfaß­ bar und ausgleichbar.
In Fig. 6 (a und b) ist beispielhaft eine Kennlinie 17, be­ ziehungsweise eine Kennlinie 18 angegeben, die die Förder­ beginnverstellung (Winkel) in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine darstellt. Die in Fig. 6a ge­ zeigte Kennlinie stellt beispielhaft die Förderbeginnver­ stellung in Abhängigkeit von der Drehzahl für eine kalte Brennkraftmaschine dar, während die zweite Kennlinie 18 den beispielhaften Verlauf dieser Kennlinie für eine be­ triebswarme Brennkraftmaschine darstellt. Diese beiden Kennlinien 17 und 18 sind vorzugsweise in dem Speicher 11 abgelegt und werden in Abhängigkeit einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, die über einen Sensoreingang 14 der Steuervorrichtung 10 erfaßt worden ist, auswählt. In alternativer Ausgestaltung ist es möglich, mehr als zwei Kennlinien in dem Speicher 11 abzurufen, die in Abhängig­ keit von einer oder mehreren Betriebsgrößen der Brenn­ kraftmaschine aufgerufen werden, so daß in Abhängigkeit von der jeweils aufgerufenen Kennlinie die Ansteuereinheit 12 den Schrittmotor 8 dergestalt ansteuert, daß der von der aufgerufenen Kennlinie geforderte Förderbeginn (Win­ kel) eingestellt wird. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, über die Datenschnittstelle 15 mit der Eingabeeinheit 16 Werte 17.1 bis 17.4 bzw. 18.1 bis 18.4 in den Speicher 11 einzugeben, aus denen die Re­ cheneinheit 13 die erforderliche Kennlinie berechnet. Die Anzahl und die Lage der Stützpunkte zur Berechnung einer Kennlinie kann in weiten Bereichen variieren, so daß je nach Brennkraftmaschinentyp und Einsatz der Brennkraftma­ schinen spezielle Kennlinien vorgebbar sind.

Claims (10)

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Dieselbrenn­ kraftmaschinen mit mindestens einem Pumpenelement (1), be­ stehend aus einem Pumpenzylinder (2) und einem von einem Nocken bewegbaren Pumpenkolben (3) mit einer Schrägkante (5), wobei koaxial über dem Pumpenkolben (3) ein bewegba­ rer Steuerschieber (4) zur Förderbeginnverstellung ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (4) des Pumpenelementes (1) mit einer Verstellwelle (8.1) eines Schrittmotors (8) kraftübertragend verbunden ist.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerschieber (4) und der Verstellwelle (8.1) zumindest ein Übertra­ gungsmittel angeordnet ist.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel als eine im Pumpenzylinder (2) angeordnete Welle (6.1) ausge­ bildet ist, die an der dem Pumpenkolben (3) zugewandten Stirnseite eine exzentrische Verlängerung (7) aufweist, die in eine Ausnehmung im Steuerschieber (4) eingreift.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel eine zwischen der Welle (6.1) und der Verstellwelle (8.1) ange­ ordnete kraftübertragende Einrichtung (9) aufweist.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel von zu­ mindest zwei Pumpenelementen (1) über eine gemeinsame kraftübertragende Einrichtung (9) mit der Verstellwelle (8.1) verbunden sind.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (10) mit einem Speicher (11), insbesondere einem Kennfeldspei­ cher vorhanden ist, an der der zumindest eine Schrittmotor (8) angeschlossen ist, wobei die Steuervorrichtung (10) Sensoreingänge (13) zur Erfassung von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine aufweist und eine Ansteuereinheit (12) den zumindest einen Schrittmotor (8) in Abhängigkeit einer Kennlinie und/oder von zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ansteuert.
7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (10) eine Datenschnittstelle (14) und Mittel zur Berechnung der Förderbeginnverstellung, insbesondere in Abhängigkeit von in den Speicher (11) eingebaren Werten, aufweist.
8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingabeeinheit (15) über die Datenschnittstelle (14) mit der Steuervorrichtung (10) verbindbar ist.
9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebbaren Werte im Spei­ cher (11) abgelegt sind.
10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einem einzelnen Pumpen­ element (1) zugeordnete Schrittmotor (8) Unförmigkeiten der Pumpenelemente ausgleicht.
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