DE4116644A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents
Kraftstoffeinspritzvorrichtung fuer dieselbrennkraftmaschinenInfo
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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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