DE4130379C2

DE4130379C2 - Treibstoffeinspritzeinrichtung

Info

Publication number: DE4130379C2
Application number: DE4130379A
Authority: DE
Inventors: Toru Kawatani; Hiroshi Kamikubo; Katsuyuki Sugawara; Kazutoshi Mori
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2011-09-13
Also published as: JP2543729Y2; GB2247918B; US5259350A; GB2247918A; GB9119640D0; JPH0454948U; KR920006634A; KR940004360B1; DE4130379A1

Description

Eine Treibstoffeinspritzeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus DE 35 22 414 A1 bekannt. Dort werden Einspritzzeitpunkt und -geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Kühlwassertemperatur gesteuert, um anhand diese Parameter die Einspritzmenge zu verändern.

Aus DE 31 51 889 C2 ist ferner ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, in der ein die zugeführte Brennstoffmenge begrenzendes Ventil in Abhängigkeit von dem Betrieb der Brennkraftmaschine beeinflussenden Parametern gesteuert wird. Als derartige Parameter sind insbesondere die Abgastemperatur, die Ladelufttemperatur, das Motordrehmoment und die Motordrehzahl genannt.

Bei den bekannten Systemen besteht die Schwierigkeit, daß sie bei gewissen Betriebszuständen zu ungünstigen Abgaswerten, insbesondere hohen NO_x-Anteilen, führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Treibstoffeinspritzeinrichtung anzugeben, mit der sich die Abgasemission bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors verbessern läßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Danach wird der Einspritzzeitpunkt in Abhängigkeit von drei Parametern gesteuert, nämlich der Motordrehzahl, der Kühlwassertemperatur und der Ansauglufttemperatur. Die Relationen zwischen diesen Parametern und dem danach einzustellenden Früheinspritzwinkel sind in Diagrammen gespeichert, auf die die Steuervorrichtung zugreift, wobei bei höherer Motordrehzahl ein höherer Früheinspritzwinkel eingestellt wird.

Durch die erfindungsgemäße Verstellung des Früheinspritzwinkels in Abhängigkeit von den genannten drei Parametern wird eine geringere Abgasemission, insbesondere bezüglich des NO_x- Anteils, erzielt. Beim Kaltstart eines Dieselmotors wirkt sich dies besonders stark aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Treibstoffeinspritzeinrichtung eines Dieselmotors,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Treibstoffeinspritzpumpe,

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Betriebs der Treibstoffeinspritzpumpe nach Fig. 2,

Fig. 4 bis 7 Diagramme, wie sie in der in der Anordnung nach Fig. 1 enthaltenen Steuervorrichtung gespeichert sind, und

Fig. 8 ein Flußdiagramm der Arbeitsweise der Treibstoffeinspritzeinrichtung.

In Fig. 1 ist ein Dieselmotor 1 (nachfolgend als Motor bezeichnet) mit einem Wassertemperaturfühler 2 versehen, um die Temperatur des Kühlwassers zu ermitteln, sowie mit einem Ansauggas-Temperaturfühler 3 zum Messen der Ansauggastemperatur. Die Kühlwassertemperatur T_w, die vom Wassertemperaturfühler 2 gemessen wird, und die Ansauglufttemperatur Ta, die vom Ansaugluft-Temperaturfühler 3 gemessen wird, werden in eine Steuervorrichtung 4 eingegeben, in die auch die Drehzahl N_E eingegeben wird, die vom Fühler 5 zum Ermitteln der Drehzahl des Motors 1 ermittelt wird, sowie die Motorlast oder dergleichen eingegeben werden.

Treibstoff wird von der Treibstoffeinspritzpumpe 6 gefördert. Der Einspritzzeitpunkt wird in Abhängigkeit von einem Zeitsteuersignal gesteuert, das von der Steuervorrichtung 4 erhalten wird.

Der Aufbau der Treibstoffeinspritzpumpe 6 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Ein Kolbenstößel 12 wird innerhalb eines Kolbenstößelzylinders 13 mit bestimmtem Hub durch die Drehung einer Nockenwelle 11 auf- und abwärtsbewegt, die synchron mit der Kurbelwelle des Motors 1 gedreht wird, um den Treibstoff einem Treibstoffeinspritzventil (nicht gezeigt) zuzuführen. Die Einstellung der Einspritzmenge erfolgt durch Bewegen einer Steuerzahnstange bzw. Steuerklinke 14, die mit einem Gaspedal (nicht gezeigt) zusammenwirkt, und Drehung einer Zeitsteuerhülse 20. Der Kolbenstößel 12, der mit der Zeitsteuerhülse 20 in Eingriff steht, wird also durch die Drehung der Zeitsteuerhülse 20 verdreht, wobei eine fluchtende Lage zwischen der Steuernut 16 im Kolbenstößel 12 und einer Treibstoff-Abgabebohrung 17 in der Zeitsteuerhülse 20 und dadurch der wirksame Hub des Kolbenstößels 12 verändert wird. Dadurch wird auch die Einspritzmenge verändert.

Das Bezugszeichen 18 in Fig. 2 bezeichnet ein Abgabeventil zum Konstanthalten des Treibstoffdrucks, wenn der Treibstoff von der Pumpe her zwangsweise weitergefördert wird.

Die Zeitsteuerhülse 20 steht über einen Zapfen 21 mit einer Zeitsteuerstange 22 in Eingriff, die ihrerseits durch einen Dreh-Elektromagneten (nicht gezeigt) gedreht wird. Durch die Drehung der Zeitsteuerstange 22 relativ zu dem Kolbenstößel 12 wird die Zeitsteuerhülse 20 auf- und abwärtsbewegt und die Hubposition (Einspritzzeitpunkt) verändert, wobei die Steuernut 16 des Kolbenstößels 12 durch eine Lageänderung der Zeitsteuerhülse 20 versperrt wird.

Wie in den Fig. 3(a) und (c) gezeigt, wird dann, wenn die Zeitsteuerhülse 20 nach unten bewegt wird (mit einem niedrigen Vorhub), der Kolbenstößel 12 in eine niedrige Lage versetzt, die Steuernut 16 geschlossen und der Einspritzzeitpunkt vorverlegt. Wie in den Fig. 3(b) und (c) gezeigt, ist dann, wenn die Zeitsteuerhülse 20 sich nach oben bewegt (der Vorhub hoch ist), die Steuernut 16 nicht geschlossen, bis der Kolbenstößel 12 in eine hohe Lage bewegt wird, wobei dann der Einspritzzeitpunkt zurückverlegt wird. Der Unterschied im Einspritzzeitpunkt wird als Früheinspritzwinkel bezeichnet.

Wie in Fig. 4 gezeigt, wird ein Referenzwinkel Θ_o der Einspritzzeitpunkt- Vorverstelluung in Abhängigkeit von der Drehzahl N_E des Motors 1 festgelegt (Diagramm 1).

Das heißt, wenn die Drehzahl N_E hoch ist, dann wird der Früheinspritzwinkel hoch eingestellt. Dann wird der Treibstoff-Einspritzvorgang zu einem Zeitpunkt gestartet, der früher liegt als bei niedriger Drehzahl.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird ein Früheinspritz-Zusatzwinkel Θ_w, der zum Referenzwinkel Θ_o addiert wird, in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur T_w für die jeweilige Drehzahl N_E des Motors 1 festgesetzt (Diagramm 2). Die Kühlwassertemperatur T_w wird verglichen mit drei vorbestimmten Werten T₁, T₂ und T₃ (T₃<T₂<T₁) und ausgewertet.

Liegt die Kühlwassertemperatur T_w über der ersten festgesetzten Wassertemperatur T₁, dann wird der Früheinspritz-Zusatzwinkel auf 0° festgesetzt; liegt sie bei der zweiten vorbestimmten Wassertemperatur T₂, so wird der Früheinspritz- Zusatzwinkel erhöht; liegt sie umgekehrt bei oder unter der dritten vorbestimmten Wassertemperatur T₃, die größer ist als T₂, dann hat der Früheinspritz-Zusatzwinkel den höchsten Wert.

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird ein Früheinspritz-Zusatzwinkel Θ_b, der zu dem Referenzwinkel Θ_o zu addieren ist, in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur Tb entsprechend der Drehzahl N_E des Motors 1 festgesetzt (Diagramm 3). Die Ansauglufttemperatur Tb wird verglichen mit drei vorbestimmten Temperaturwerten T₁′, T₂′ und T₃′ (T₃′<T₂′<T₁′) und ausgewertet.

Liegt die Ansauglufttemperatur Tb über der ersten vorbestimmten Ansauglufttemperatur T₁′, dann wid ein Früheinspritz-Zusatzwinkel von 0° eingestellt; liegt sie bei der zweiten festgesetzten Ansauglufttemperatur T₂′, so wird der Früheinspritz- Zusatzwinkel groß gemacht; liegt sie über der ersten vorbestimmten Ansauglufttemperatur T₁′ und über der zweiten festgesetzten Ansauglufttemperatur T₂′, dann ist der Früheinspritz-Zusatzwinkel ein interpolierter Wert, der in Abhängigkeit von der Lufttemperatur proportional ermittelt wird.

Wie in Fig. 7 gezeigt, ist der Maximalwert Θ_m des Früheinspritzwinkels in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 1 als oberer Grenzwert festgesetzt (Diagramm 4). Er ist bei hoher Drehzahl etwas größer als bei niedriger Drehzahl des Motors.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Treibstoffeinspritzvorrichtung wird nun in bezug auf das Flußdiagramm beschrieben, das in Fig. 8 gezeigt ist.

Die Drehzahl N_E des Motors 1 wird von dem Drehzahlfühler 5 ermittelt, die Kühlwassertemperatur T_w wird durch den Wassertemperaturfühler 2, und die Ansauglufttemperatur Ta wird durch den Ansaugluft-Temperaturfühler 3; jeder der gemessenen Werte wird in die Steuervorrichtung 4 eingegeben.

In der Steuervorrichtung 4 werden der Früheinspritz-Referenzwinkel Θ_o und die Früheinspritz-Zusatzwinkel Θ_w, Θ_b anhand der Diagramme 1, 2 und 3 errechnet. Ferner wird der maximale Früheinspritzwinkel Θ_m im Hinblick auf die Drehzahl N_E anhand des Diagramms 4 errechnet.

Die Früheinspritz-Zusatzwinkel Θ_w, Θ_b werden zum Referenzwinkel Θ_o addiert, um einen Gesamt- Früheinspritzwinkel Θ_a festzusetzen, der mit dem maximalen Früheinspritzwinkel Θ_m verglichen wird. Als Ergebnis des Vergleiches wird, solange der Gesamt- Früheinspritzwinkel Θ_a höher ist, der angestrebte Früheinspritzwinkel Θ_Inj als Gesamt-Früheinspritzwinkel Θ_a als Sollwert für den Zeitpunkt der erzwungenen Treibstofförderung der Treibstoffeinspritzpumpe 6 verwendet; ist umgekehrt der maximale Früheinspritzwinkel Θ_m höher, dann wird der angestrebte Früheinspritzwinkel Θ_Inj als maximaler Früheinspritzwinkel Θ_m benutzt, und als Sollwert für den Zeitpunkt der erzwungenen Treibstofförderung in die Treibstoffeinspritzpumpe 6 eingegeben.

Wenn der angestrebte Früheinspritzwinkel Θ_Inj als Sollwert abgegeben wird, dann wird die Zeitsteuerhülse 20 in Abhängigkeit davon aufwärts- und abwärtsbewegt und der Einspritz- Zeitpunkt geändert.

Somit wird der Einspritz-Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur T_w und der Ansauglufttemperatur Ta verändert. Dies führt dazu, daß bei niedriger Temperatur eine frühe Einspritzung innerhalb des Bereiches des maximalen Früheinspritzwinkels Θ_m erreicht wird. Da die Kühlwassertemperatur T_w und die Ansauglufttemperatur Ta in bezug auf die drei vorbestimmten Temperaturwerte T₁, T₂, T₃, T₁′, T₂′ und T₃′ ausgewertet werden, erfolgt der Übergang von einer Steuerung bei niedriger Wassertemperatur oder niedriger Ansauggastemperatur auf die normale Steuerung nicht abrupt. Somit treten beim Fahren keine Stöße auf. Ferner wird der obere Grenzwert des Früheinspritzwinkels durch den maximalen Früheinspritzwinkel Θ_m definiert, und die Einspritzung erfolgt nicht zu früh.

Wie oben beschrieben, weist die Treibstoffeinspritzvorrichtung eine variable Einspritzzeit für den Treibstoff in Abhängigkeit von der Temperatur des Motors auf, da der Einspritz- Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur und der Ansauglufttemperatur verändert wird. Selbst wenn der Motor kalt gestartet wird, kann die Treibstoffeinspritzung früh eingestellt und das Auftreten unverbrannten Treibstoffes verhindert werden.

Da ferner eine obere Grenze für den Früheinspritzwinkel definiert ist, besteht keine Gefahr, daß die Treibstoffeinspritzung zu früh erfolgt und Betriebsstörungen auftreten.

Claims

1. Treibstoffeinspritzeinrichtung mit
einem Kolbenstößel (12), der mit einem vom Motor (1) angetriebenen Nocken einer Nockenwelle (11) zusammenwirkt und eine Steuernut (16) zur Steuerung der Einspritzung aufweist,
einer axial verschiebbaren Zeitsteuerhülse (20) zur Verschiebung des Einspritzzeitpunktes um einen Früheinspritzwinkel (Θ_INJ), und
einer Steuervorrichtung (4) zur Steuerung der axialen Position der Zeitsteuerhülse (20) und damit des Früheinspritzwinkels (Θ_INJ) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (N_E) und der Kühlwassertemperatur (T_w),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung (4) den Früheinspritzwinkel (Θ_INJ) außerdem in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur (T_b) einstellt,
daß die Relationen zur Einstellung des Früheinspritzwinkels (Θ_INJ) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (N_E), der Kühlwassertemperatur (T_w) und der Ansauglufttemperatur (T_b) in Diagrammen gespeichert sind, auf welche die Steuervorrichtung (4) zugreift, und
daß bei höherer Motordrehzahl (N_E) ein höherer Früheinspritzwinkel (Θ_INJ) eingestellt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (4) die Zeitsteuerhülse (20) mittels eines Dreh-Elektromagneten verschiebt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Früheinspritzwinkel/Wassertemperatur-Diagramm (Fig. 5) einen den Früheinspritzwinkel (Θ_INJ) verändernden Korrekturwert (Θ_w)
dann, wenn die Kühlwassertemperatur (T_w) über einem ersten Vorgabewert (T₁) liegt, auf 0 einstellt,
dann, wenn die Kühlwassertemperatur (T_w) unter einem zweiten Vorgabewert (T₂) liegt, der niedriger ist als der erste Vorgabewert (T₁), bei niedriger Motordrehzahl (N_E) auf einen hohen Wert einstellt, und
dann, wenn die Kühlwassertemperatur (T_w) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorgabewert (T₁, T₂) liegt, durch Interpolation bestimmt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Früheinspritzwinkel/Ansauglufttemperatur- Diagramm (Fig. 6) einen den Früheinspritzwinkel (Θ_INJ) verändernden Korrekturwert (Θ_b)
dann, wenn die Ansauglufttemperatur (T_b) über einem ersten Vorgabewert (T₁′) liegt, auf 0 einstellt,
dann, wenn die Ansauglufttemperatur (T_b) unter einem zweiten Vorgabewert (T₂′) liegt, der niedriger ist als der erste Vorgabewert (T₁′), bei niedriger Motordrehzahl (N_E) auf einen hohen Wert einstellt, und
dann, wenn die Ansauglufttemperatur (T_b) zwischen dem ersten und dem zweiten Vorgabewert (T₁′, T₂′) liegt, durch Interpolation ermittelt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (4) ein Früheinspritzwinkel- Maximalwertdiagramm (Fig. 7) aufweist, das den anhand der Diagramme ermittelten Früheinspritzwinkel (Θ_INJ) auf einen Maximalwert (Θ_m) begrenzt.