EP0800620A1 - Einspritzpumpeneinheit mit steuerung und verfahren zu deren justieren - Google Patents

Einspritzpumpeneinheit mit steuerung und verfahren zu deren justieren

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EP0800620A1
EP0800620A1 EP95940913A EP95940913A EP0800620A1 EP 0800620 A1 EP0800620 A1 EP 0800620A1 EP 95940913 A EP95940913 A EP 95940913A EP 95940913 A EP95940913 A EP 95940913A EP 0800620 A1 EP0800620 A1 EP 0800620A1
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EP
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injection
pump unit
stops
injection pump
control rod
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Steyr Daimler Puch AG
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Definitions

  • the invention relates to an injection pump unit, consisting of an injection pump, in which a control rod is adjusted by an actuator and the position of which is detected by a position sensor, and a control unit that calculates an injection quantity, from which a target is calculated based on stored characteristic values Position signal for the quantity-determining element is determined and a control signal for the actuator is generated in a position controller by comparing the desired position signal with an actual position signal of the position sensor, with stops limiting the path of the control rod being provided.
  • the stored characteristic values generally, but not necessarily, provide the assignment of the injection quantity and displacement of the control rod as a function of engine characteristics (for example the speed of the engine) as a map.
  • DE-OS 30 11 595 discloses a correction device for a fuel metering system with drift compensation, in which the relationship between the injection quantity and the position of the control rod is corrected at an operating point in such a way that the signal is equal to that at this point originally owned target signal.
  • the original feedback signal is set to a specific injection quantity.
  • the assignment is adjusted during the speed-controlled operation at idling point until the position controller has reached the value corresponding to the respective operating point, for which purpose an additional adjustment device is needed. This method is time-consuming and requires either a complicated encoder or the connection of an additional error signal.
  • the accuracy of the predetermined setpoint of the position of the quantity-determining member depends on the agreement of the characteristic diagram of the injection pump with its actual delivery behavior, which is not only dependent on the speed, but also on the back pressure, ie on the fuel lines and is dependent on the resistance in the nozzle, which also scatters.
  • the influence of the resistance and the leakage quantities is very large and disruptive, especially when the injection rate is additionally controlled by temporarily reducing the injection cross sections.
  • each pump is measured before installation, a stop is set and a uniform correction value is used.
  • This correction value takes into account the position, but not the slope of the respective pump characteristic.
  • the individual pumps are therefore still within a wide tolerance range that cannot be taken into account.
  • the selected correction values are no longer correct, which leads to problems.
  • stops are adjustable and that fixed distances are stored in the control unit, the counter surfaces having a certain measured injection quantity to corresponding opposite stops, at least one of the counter surfaces being arranged in such a way that that it touches the corresponding stop outside the dynamic adjustment range of the injection quantity.
  • the two stops do not simply serve for the calibration of the position signal, their effect goes far beyond that.
  • both stops are set so that they correspond to the position of the quantity-determining member at an injection quantity measured precisely at the associated speed - that is, already on the pump test bench - because the paths vary by the determined, constant distances therefrom distinguish), the position and slope of the individual pump characteristic is fully taken into account; This means that the stops of the control rod between the two stops differ from pump to pump due to the stops set in this way.
  • the individual setting of the pump unit is carried out very quickly and precisely even before it is installed.
  • the control unit can determine the correct target position of the control rod and for each signal of the position sensor at any given target injection quantity determine the actual injection quantity.
  • the certain distance between the stops and the suitably designed counter surfaces ensures that the movement of the control rod during operation is not hindered by the stops.
  • the control rod must, for example, be able to move below the injection quantity associated with the idle when dynamically returning from full load to idling. In addition, this ensures that the motor switches itself off when the position sensor is short-circuited.
  • the one constant distance is previously determined so that the control rod is in a position for zero delivery when it touches the stop.
  • the value of the fixed distances can therefore be chosen to be the same for an entire pump type. This facilitates the replacement of a pump unit because it is possible without intervention in its control.
  • the assignment between the control and the injection pump takes place automatically when the stops are first routinely scanned.
  • the determined measured injection quantities are the idle injection quantity and the maximum injection quantity (claim 4), in a second it is the injection quantities in two part load points that are distant from one another (claim 5).
  • the latter should be given preference in the case of particularly strongly curved characteristic curves, since this minimizes the deviations in the middle part-load range.
  • the characteristic diagram adapted to an individual injection pump can be replaced by a theoretically determined characteristic curve (claim 6). Since the design and use of the stops in accordance with the invention makes it possible to stretch or compress and twist the characteristic diagram, individual differences can be compensated in this way by calibration. This makes calibration and adjustment particularly easy while maintaining the greatest possible accuracy.
  • the invention also relates to a method for setting an injection pump unit according to the invention, which is carried out in two ways. First to adjust during assembly with subsequent automatic calibration (also called mapping) when combining the injection pump and sensor with the control unit, for example when installing the unit, and subsequently for regular readjustment, for example each time the engine is started, to during to compensate for changes in the service life, or to carry out an automatic calibration after replacing the injection pump unit, the injection pump, the control unit or the sensor.
  • subsequent automatic calibration also called mapping
  • the command to automatically approach the stops is part of the control program which is stored in the memory of the control unit.
  • Such a calibrated pump unit is then readjusted again and again in the vehicle due to the programmed command by moving to the stops (claim 9), in order to compensate for changes in the position sensor (aging, drift), thereby making the pump unit self-adjusting. Since such changes take place slowly adjustment is not necessary every time you start.
  • Fig.2 The same pump unit as in Fig.l in plan view, designed according to the invention
  • Fig. 3 A characteristic curve from the characteristic diagram of an individual pump
  • Fig. 4 A characteristic curve from the characteristic map of a similar but different individual pump during calibration before installation.
  • the injection pump unit shown in FIG. 1 consists of an injection pump 1 and a control unit 2.
  • a pump piston 3 is moved up and down, for example from a camshaft 4, via a rocker arm 5.
  • the pump piston 3 is set in rotation by means of a control rod 6, in the example shown it is a control rod which is displaceable in itself, the injection quantity being adjusted in a known manner by the shape of the control surfaces 8 arranged in the pump body 7 or on the pump piston 3 .
  • an injection nozzle 9 immediately adjoins the pump body 7; the throttle points which influence the course of the injection are designated by 10.
  • the injection pump shown is a pump nozzle, but the invention can also be applied in the same way to an arrangement with an injection pump that is spatially separated from the injection nozzles.
  • the control rod 6 is moved by an actuator 13, which is symbolized by a solenoid coil 14.
  • a position sensor 15 is provided, which supplies the control unit 2 with a signal ⁇ (of any dimension, for example voltage, capacitance or frequency) describing the actuating path.
  • the control unit 2 also receives a load request signal 16, for example from the accelerator pedal of the vehicle, an engine speed signal 17 and various other signals 18 which are required to determine the injection quantity, such as air pressure and temperature.
  • the injection pump 1 is only shown in plan view.
  • the upper part of the pump piston 3 can be seen, which is rotated by moving the control rod 6 to adjust the injection quantity.
  • two stops 21, 22 are adjustably arranged, which interact with counter surfaces 23, 24 on the control rod 6.
  • the stops 21, 22 are preferably provided with threads so that they can be adjusted precisely and then secured against rotation, which is not shown in detail.
  • k2 In the position 6 'of the control rod 6 shown in broken lines, which corresponds approximately to the full-load injection quantity M2, there is a distance k2 (26) between the stop 22 and the counter surface 24'. This is dealt with in the functional description.
  • the control unit 2 consists of a computer 30, the injection pump from load demand signal 16, engine speed signal 17 and the other signals 18, a required injection amount M S oll berech ⁇ net, and a control section 31 for the individual Ein ⁇ .
  • a control section 31 for the individual Ein ⁇ In the case of individually controllable injection pumps (pump nozzles), there are further such control parts 31 '.
  • the determined in the computer 30 Ein ⁇ required injection quantity M S oll is fed via line 32 to the unit 33 communicated to the control part 31, which, using a pump characteristic curve 40 (which can be a general or only expressed by a few points), determines a desired signal ⁇ soll for the path of the control rod 6 and communicates it to the position controller 35 via the line 34.
  • the actual position signal coming from the position sensor 15 via the line 36 is compared with the desired position signal and the solenoid 14 is correspondingly controlled via a line 37.
  • a memory which has access to the signal coming from the position sensor 15 and which is also connected to the unit 33 via the data line 39 in order to compare the pump characteristic curve 40 to the conditions determined when both stops were approached push and twist to assign them to the control.
  • the memory contained in 38 transmits the command for moving to the stops to the position controller 35 via the line 46.
  • the blocks 33, 35, 38 shown are not necessarily to be understood as separate functional units; they can also be program modules of a programmable logic controller.
  • the control rod path ⁇ is entered on the ordinate and the injection quantity M on the abscissa.
  • the pump characteristic curve which has two characteristic points 41, 42, is designated by 40. 41 is the idle point, corresponding to the idle injection quantity Mi and the path ⁇ i of the control rod, and 42 is the full load point, corresponding to the full load injection quantity M2 and the path ⁇ 2 of the control rod.
  • FIGS. 3 and 4 each show an individual characteristic of an injection pump unit of the same type.
  • the differences in position and slope of the two curves 40 can be seen, they result from production-related variations. These differences are recognized in the unit according to the invention and by the method according to the invention and fully compensated for. This is now described with reference to FIGS. 4 and 5:
  • the individual pump is located on the pump test bench for calibration ( Figure 4).
  • the idle point 41 is approached at idle speed.
  • the quantity-determining member hereinafter referred to as the control rod
  • the stop 21 is set (double arrow 50) until the distance between it and the counter surface 23 has the previously determined and stored value ki in the memory at 38, which is selected such that the delivery rate when the vehicle is started directly Stop is equal to or almost zero.
  • the stop 21 is locked.
  • the full load point 42 is approached at a speed suitable for the full load, the stop 22 is adjusted to the distance k2 and locked.
  • the injection pump itself is now set in a purely mechanical way and is ready for installation.
  • the stop 21 is first approached directly up to the point of contact and the dispensed one Position signal ßo ge stored. Then the stop 22 is approached directly up to the point of contact and the position signal ⁇ 3 emitted is also stored.
  • the predetermined distances ki and k2 are already or are also saved. This completes the setting of the pump unit.
  • the distances ki and k2 defined in advance are easiest to set using a distance gauge.
  • the control unit can determine the sensor signals ßi and ß2 assigned to the injection quantities Mi and M2 and at any time for each injection quantity M So ll the correct target position signal ßsoll the control rod, or vice versa to determine the actual injection quantity for each sensor signal.
  • the setting of the characteristic curve 40 in FIG. 33 has thus been made taking into account the position signal, which may have errors, so that a separate correction of the sensor signal ⁇ is unnecessary.
  • the curve 40 is thus corrected and the injected quantities Mi, M2 correspond to a corrected control valve position ⁇ 1 ', ⁇ 2'.
  • the intermediate values are then obtained again in operation by linear interpolation.
  • a load point 43 on the characteristic curve 40 then corresponds to an injection quantity Msoll, from which an ßsoll is formed by interpolation, which is indicated by the box 44, that can be passed directly to the position controller 35. There it is compared with the signal ⁇ coming directly from the position sensor 15 and the control rod 6 is adjusted accordingly.
  • the load points 41, 42 can also be defined as (less far) distant part load points. The linear interpolation then causes fewer deviations.
  • the constants k 1, k 2 are set such that the stops 21, 22 are so far from the operating points 41, 42 (idling and full load) that the curve 40 there has the value Mo , that is zero funding. All in all, a system that is easy to calibrate and self-aligning is created, in which full safety and intrinsic safety is guaranteed in all cases.

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Description

EINSPRITZPUMPENEINHEIT MIT STEUERUNG
UND VERFAHREN ZU DEREN JUSTIEREN
Die Erfindung handelt von einer Einspritzpumpeneinheit, bestehend aus einer Einspritzpumpe, bei der eine Regel- Stange von einem Aktuator verstellt und dessen Stellung von einem Positionssensor erfaßt wird, und aus einer Steuerein- heit, die eine Einspritzmenge errechnet, aus dieser anhand gespeicherter Kennwerte einen Soll-Stellungssignal für das mengenbestimmende Glied ermittelt und in einem Positions¬ regler durch Vergleich des Soll-Stellungssignales mit einem Ist-Stellungssignal des Positionssensors ein Steuersignal für den Aktuator erzeugt, wobei den Weg der Regelstange be¬ grenzende Anschläge vorgesehen sind. Die gespeicherten Kennwerte geben die Zuordnung von Einspritzmenge und Weg der Regelstange in Abhängigkeit von Motorkennzahlen (zum Beispiel der Drehzahl des Motors) in der Regel, aber nicht notwendigerweise, als Kennfeld.
Aus der DE-PS 38 30 534 ist ein Verfahren zum Nachjustieren einer Reihe von über eine gemeinsame Betätigungsstange be¬ tätigter Pumpedüsen bekannt, bei dem zur Korrektur des Meß- fehlers des Positionssensors zwei feste Anschläge bekannten Abstandes angefahren und die diesen entsprechenden Meßwerte zur Korrektur der folgenden Meßwerte verwendet werden. Auf diese Weise werden im Positionsregler zur Bildung der Stellgröße für die Regelstange die aus dem Kennfeld ermit- telten Sollwege immer mit korrigierten, also richtigen, Istwerten des Weges der Regelstange verglichen. Das Kenn¬ feld selbst, anhand dessen aus der Soll-Einspritzmenge der Soll-Regelstangenweg berechnet wird, bleibt davon gänzlich unberührt.
Weiters ist aus der DE-OS 30 11 595 eine Korrektureinrich¬ tung für ein Kraftstoffzumeßsystem mit Driftkompensation bekannt, bei der der Zusammenhang zwischen Einspritzmenge und Position der Regelstange in einem Betriebspunkt so kor¬ rigiert wird, daß das Signal gleich dem zu diesem Punkt ur¬ sprünglich gehörenden Sollsignal ist. Im konkreten Fall wird dazu das ursprüngliche Rückmeldesignal auf eine be¬ stimmte Einspritzmenge eingestellt. Der Aufwand ist aller- dings erheblich: Die Zuordnung wird während des drehzahlge¬ regelten Betriebes im Leerlaufpunkt so lange verstellt, bis am Positionsregler der dem jeweiligen Betriebspunkt ent¬ sprechende Wert erreicht ist, wozu eine zusätzliche Ver¬ steileinrichtung gebraucht wird. Diese Methode ist zeitauf- wendig und erfordert entweder einen komplizierten Geber oder die AufSchaltung eines zusätzlichen Fehlersignales.
Damit wird zwar ein recht genaues Rückmeldesignal erhalten, aber die pumpenspezifische Genauigkeit des Sollwertes für jede einzelne Pumpe (die sich wegen der Fertigungstoleran¬ zen ja von jeder anderen einzelnen Pumpe unterscheidet) ist für eine genaue Positionierung der Regelstange mindestens ebenso wichtig. Diese Unterschiede bleiben hier jedoch un¬ berücksichtigt. Erst ein genaues Rückmeldesignal und ein genauer Sollwert zusammen sichern eine genaue Einstellung der Einspritzmenge. An die zylinderindividuelle Genauigkeit der Einspritzmenge werden bei modernen Dieselmotoren höchste Ansprüche gestellt. Sie ist vor allem erforderlich, um die Luftzahl und damit die Emissionen in engen Grenzen zu halten, und um die maximal zulässige Leistung, bei Ein¬ zeleinspritzpumpen die eines jeden Zylinders, voll aus¬ zuschöpfen. Da es für die Minimierung der Emission von NOX und von Rauch entgegengesetzter Maßnahmen bedarf und da das Optimum nur in einem sehr engen Luftzahlbereich erreicht wird, ist die Bedeutung einer genauen Einspritzmengenrege¬ lung für die Minimierung von Emissionen, bei der ggf auch die Auspuffgasrückführung (EGR) richtig und genau gesteuert werden muß, besonders groß.
Die Genauigkeit des vorgegebenen Sollwertes der Stellung des mengenbestimmenden Gliedes hängt aber von der Überein- Stimmung des Kennfeldes der Einspritzpumpe mit deren tat¬ sächlichem Förderverhalten ab, das nicht nur von der Dreh¬ zahl, sondern auch vom Gegendruck, also von den Brenn¬ stoffleitungen und vom Widerstand in der Düse, der eben¬ falls streut, abhängig ist. Vor allem bei Einspritzpumpen für sehr hohe Einspritzdrücke ist der Einfluß des Wider¬ standes und der Leckmengen sehr groß und störend, vor allem bei zusätzlicher Steuerung der Einspritzrate durch zeit¬ weise Reduktion der Einspritzquerschnitte.
Normalerweise wird daher vor dem Einbau jede Pumpe durch¬ gemessen, ein Anschlag eingestellt und ein einheitlicher Korrekturwert verwendet. Dieser Korrekturwert berücksich¬ tigt zwar die Lage, nicht aber die Steigung der jeweiligen Pumpenkennlinie. Die einzelnen Pumpen liegen somit immer noch in einem weiten Toleranzfeld, das nicht berücksichtigt werden kann. Man kann zwar noch nach Kategorien sortieren und für die einzelnen Kategorien einheitliche Korrektur¬ werte verwenden. Letzteres bringt bei erhöhtem Aufwand aber nur eine graduelle Verbesserung. Beim Austausch einzelner Pumpen bzw Düsen stimmen dann die gewählten Korrekturwerte nicht mehr, was zu Problemen führt. Diese bekannten Metho¬ den sind daher zu ungenau zur Minimierung der Emissionen und verursachen Probleme beim Austausch einzelner Pumpen¬ einheiten.
Es ist somit Ziel der Erfindung, eine Einspritzpumpenein¬ heit so zu auszubilden und zu betreiben, daß mit geringstem Aufwand eine einfache und genaue Kalibrierung der Pumpen¬ einheit beim Einbau sowie deren selbsttätige Justierung bzw spätere NachJustierung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die An¬ schläge einstellbar sind, und daß in der Steuereinheit fe¬ ste Abstände gespeichert sind, die Gegenflächen bei einer bestimmten gemessenen Einspritzmenge zu entsprechenden ge¬ genüberliegenden Anschlägen haben, wobei mindestens eine der Gegenflächen so angeordnet ist, daß sie den entspre¬ chenden Anschlag außerhalb des dynamischen Verstellberei¬ ches der Einspritzmenge berührt.
Die beiden Anschläge dienen nicht einfach der Kalibrierung des Positionssignales, ihre Wirkung geht weit darüber hin¬ aus. Dadurch, daß beide Anschläge so eingestellt werden, daß sie jeweils der Stellung des mengenbestiπtmenden Gliedes bei einer bei der zugehörigen Drehzahl genau - also bereits am Pumpenprüfstand - gemessenen Einspritzmenge entsprechen (entsprechen, weil sich die Wege um die bestimmten, kon¬ stanten Abstände von diesen unterscheiden), ist Lage und Steigung der individuellen Pumpenkennlinie voll berücksich¬ tigt; das heisst, durch die so eingestellten Anschläge ist der Weg der Regelstange zwischen beiden Anschlägen von Pum- pe zu Pumpe verschieden. So ist die individuelle Einstel¬ lung der Pumpeneinheit noch vor deren Einbau sehr schnell und genau vollzogen.
Da weiters die Zuordnung zwischen der Differenz der Aus- gangssignale des Positionssensors und dem Weg des men¬ genbestimmenden Gliedes bekannt ist, ist auch bekannt, wel¬ che Signaldifferenz dem konstanten Abstand entspricht. Da dieser viel kleiner als der gesamte Weg des mengenbestim¬ menden Gliedes ist, braucht die Zuordnung zwischen der Dif- ferenz der Ausgangssignale des Positionssensors und dem Weg des mengenbestimmenden Gliedes nicht sehr genau sein bzw braucht der Sensor selbst nicht sehr genau sein. Wenn die solcherart eingestellte Pumpeneinheit nun in den Motor eingebaut wird, brauchen nur mehr die den beiden Anschlägen entsprechenden Signale des Positionssensors und die konstanten Abstände dem Steuergerät mitgeteilt und dort gespeichert zu werden. Damit ist die Einstellung der Pum¬ peneinheit vollendet. Aus den beiden letzteren Signalen, aus den konstanten Abständen und aus der Zuordnung Signal- differenz zu Weg der Regelstange kann das Steuergerät je- derzeit zu jeder vorgegebenen Soll-Einspritzmenge die rich¬ tige Soll-Lage der Regelstange und zu jedem Signal des Po¬ sitionssensors die tatsächliche Einspritzmenge ermitteln.
Der bestimmte Abstand zwischen den Anschlägen und den ge- eignet ausgebildeten Gegenflächen stellt sicher, daß die Bewegung der Regelstange im Betrieb durch die Anschläge nicht behindert wird. Die Regelstange muß sich ja bei¬ spielsweise beim Zurückgehen von Vollast in den Leerlauf aus dynamischen Gründen unter die dem Leerlauf zugeordnete Einspritzmenge bewegen können. Außerdem ist dadurch sicher¬ gestellt, daß sich der Motor etwa bei Kurzschluß des Posi¬ tionssensors selbst abstellt. Der eine konstante Abstand wird vorher so festgelegt, daß die Regelstange sich in ei¬ ner Stellung für Nullförderung befindet, wenn sie die An- schlage berührt. Der Wert der festen Abstände kann somit für einen ganzen Pumpentyp gleich gewählt werden. Das er¬ leichtert den Austausch einer Pumpeneinheit, weil er da¬ durch ohne Eingriff in deren Steuerung möglich ist. Die Zu¬ ordnung zwischen Steuerung und Einspritzpumpe erfolgt beim ersten routinemäßigen Abtasten der Anschläge von selbst.
Der bestimmte Abstand bei der Einstellung wird am einfach¬ sten durch ein Kaliber (einen zwischen Anschlag und Gegen¬ fläche eingeführten Lehrenkörper mit der Dicke k) festge- legt; er könnte aber auch mittels einer geeigneten elektro¬ nischen und/oder optischen Vorrichtung eingehalten werden. Bei Einspritzpumpen, bei denen konstruktionsbedingt der Einspritzdruck bereits vor Erreichen der maximalen Ein¬ spritzmenge abfällt, braucht nur der Anschlag für die klei¬ nere gemessene Einspritzmenge ausserhalb des dynamischen Verstellbereiches seiner Gegenfläche zu liegen (Anspruch 2).
Es ist bei der Bauweise der üblichen Einspritzpumpeneinhei¬ ten vorteilhaft, weil einfacher und praktischer, die ver- stellbaren Anschläge ortsfest und die mit ihnen zusammen¬ wirkenden Gegenflächen am mengenbestimmenden Glied auszu¬ bilden (Anspruch 3) .
In einer ersten Form sind die bestimmten gemessenen Ein- spritzmengen die Leerlaufeinspritzmenge und die maximale Einspritzmenge (Anspruch 4), in einer zweiten sind es die Einspritzmengen in zwei voneinander entfernten Teillast¬ punkten (Anspruch 5). Letzterem ist bei besonders stark ge¬ krümmten Kennlinien der Vorzug zu geben, weil dadurch die Abweichungen im mittleren Teillastbereich minimiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung kann das einer individuellen Einspritzpumpe angepaßte Kennfeld durch eine theoretisch ermittelte Kennlinie ersetzt sein (Anspruch 6). Da durch die erfindungsgemäße Gestaltung und Anwendung der Anschläge ein Strecken bzw. Stauchen und Verdrehen des Kennfeldes möglich ist, können individuelle Unterschiede auf diese Weise im Wege der Kalibrierung ausgeglichen werden. Dadurch wird Kalibrierung und Justierung bei weitestgehender Wah- rung der Genauigkeit besonders einfach.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung einer erfindungsge¬ mäß ausgestalteten Einspritzeinheit im Rahmen einer Pumpe¬ düse, wobei jede über ihre eigene Regelstange verfügt. (Anspruch 7). Da bei der Kalibrierung die Pumpedüse bereits zusammengesetzt ist, kann so auch gleich die Streuung der Drosselverluste genau berücksichtigt werden. Damit ist wei- ter sichergestellt, daß jeder einzelne Zylinder emissions¬ optimal betrieben wird auch seine maximale Leistung abgeben kann. Dasselbe gilt im Falle von Einsteckpumpen.
Die Erfindung handelt auch von einem Verfahren zum Einstel¬ len einer erfindungsgemäßen Einspritzpumpeneinheit, das in zweierlei Weise ausgeübt wird. Zuerst zum Einstellen beim Zusammenbau mit nachfolgendem selbsttätigem Kalibrieren (auch Zuordnen genannt) beim Vereinigen von Einspritzpumpe und Sensor mit dem Steuergerät, etwa beim Einbau der Ein¬ heit, und in der Folge zur regelmäßigen Nachjustierung, etwa bei jedem neuen Start des Motors, um während der Le¬ bensdauer auftretende Veränderungen auszugleichen, oder um nach dem Auswechseln der Einspritzpumpeneinheit, der Ein- spritzpumpe, der Steuereinheit oder des Sensors eine selbsttätige Eichung vorzunehmen.
Wenn gemäß Anspruch 8 vorgegangen wird, erhält man eine fertig kalibrierte komplette Einspritzpumpeneinheit, die dank der selbsttätigen Zuordnung ohne weitere Einstellungen in den Motor eingebaut werden kann, sei es beim Neubau, sei es als Ersatzteil. Bei einer Pumpedüse ist damit auch die Feinanpassung an die Drosselverluste der individuellen Düse vorgenommen. Der dazu erforderliche Arbeitsaufwand be- schränkt sich auf das Einstellen der Einspritzmenge am
Prüfstand und auf die Verstellung der beiden Anschläge. Der Befehl zum selbsttätigen Anfahren der Anschläge ist Teil des Steuerprogrammes, das im Speicher der Steuereinheit ab¬ gelegt ist.
Eine derartig kalibrierte Pumpeneinheit wird dann auch im Fahrzeug auf Grund des einprogrammierten Befehles immer wieder durch Anfahren der Anschläge nachjustiert (Anspruch 9), um vor allem Änderungen des Positionssensors (Alterung, Drift) auszugleichen, dadurch wird die Pumpeneinheit selbsteichend. Da sich solche Änderungen nur langsam voll- ziehen, ist die NachJustierung nicht bei jedem Startvorgang nötig.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be- schrieben und erklärt. Es stellen dar:
Fig.1: Schematisch eine für die Anwendung der Erfindung ge¬ eignete Pumpeneinheit;
Fig.2: Dieselbe Pumpeneinheit wie in Fig.l in Draufsicht, gemäß der Erfindung ausgebildet;
Fig.3: Eine Kennlinie aus dem Kennfeld einer individuellen Pumpe;
Fig.4: Eine Kennlinie aus dem Kennfeld einer gleichartigen, aber anderen individuellen Pumpe bei der Kalibrie- rung vor dem Einbau; und
Fig.5: Dieselbe Kennlinie wie in Fig.4, jedoch bei der spä¬ teren Nachjustierung.
Die in Figur 1 dargestellte Einspritzpumpeneinheit besteht aus einer Einspritzpumpe 1 und einer Steuereinheit 2. In der Einspritzpumpe 1 wird ein Pumpenkolben 3 beispielsweise von einer Nockenwelle 4 aus über einen Kipphebel 5 auf- und abbewegt. Der Pumpenkolben 3 ist mittels einer Regelstange 6, im dargestellten Beispiel handelt es sich um eine in sich verschiebbare Regelstange, in Drehung versetzt, wobei durch die Form der im Pumpenkörper 7 oder am Pumpenkolben 3 angeordneten Steuerflächen 8 in bekannter Weise die Ein¬ spritzmenge verstellt wird. An den Pumpenkörper 7 schließt im gezeigten Ausführungsbeispiel unten gleich eine Ein- spritzdüse 9 an, die den Einspritzverlauf beeinflußenden Drosselstellen sind mit 10 bezeichnet. Bei der dargestell¬ ten Einspritzpumpe handelt es sich um eine Pumpedüse, die Erfindung ist in derselben Weise aber auch auf eine Anord¬ nung mit von den Einspritzdüsen räumlich getrennter Ein- spritzpumpe anwendbar. Die Regelstange 6 wird von einem Aktuator 13 bewegt, der durch eine Solenoidspule 14 versinnbildlicht ist. Weiters ist ein Positionssensor 15 vorgesehen, der der Steuerein¬ heit 2 ein den Stellweg beschreibendes Signal ß (beliebiger Dimension, z.B. Spannung, Kapazität oder Frequenz) liefert. Die Steuereinheit 2 erhält weiters ein Lastanforderungssi¬ gnal 16, etwa vom Gaspedal des Fahrzeuges, ein Motordreh¬ zahlsignal 17 und diverse andere Signale 18, die zur Er¬ mittlung der Einspritzmenge benötigt werden, etwa Luftdruck und Temperatur.
In Figur 2 ist die Einspritzpumpe 1 nur mehr in Draufsicht abgebildet. Erkennbar ist der obere Teil des Pumpenkolbens 3, der durch Verschiebung der Regelstange 6 zur Verstellung der Einspritzmenge verdreht wird. In dem Pumpengehäuse 20 sind zwei Anschläge 21,22 einstellbar angeordnet, die mit Gegenflächen 23,24 an der Regelstange 6 zusammenwirken. Die Anschläge 21,22 sind vorzugsweise mit Gewinden versehen, sodaß sie genau verstellt und dann gegen Verdrehen gesi- chert werden können, was im Detail nicht dargestellt ist. In der in Vollinie gezeichneten Stellung, sie entspricht etwa der Leerlauffördermenge Ml, besteht zwischen der Ge¬ genfläche 23 der Regelstange 6 und dem Anschlag 21 ein Ab¬ stand kl (25). In der strichliert eingezeichneten Stellung 6' der Regelstange 6, die etwa der Vollasteinspritzmenge M2 entspricht, ist zwischen dem Anschlag 22 und der Gegenflä¬ che 24' ein Abstand k2 (26). Darauf wird in der Funktions¬ beschreibung zurückgekommen.
Die Steuereinheit 2 besteht aus einem Rechner 30, der aus Lastanforderungsignal 16, Drehzahlsignal 17 und den anderen Signalen 18 eine erforderliche Einspritzmenge MSoll berech¬ net, und aus einem Steuerteil 31 für die einzelne Ein¬ spritzpumpe. Im Falle von einzeln ansteuerbaren Einspritz- pumpen (Pumpedüsen) sind noch weitere solche Steuerteile 31' vorhanden. Die im Rechner 30 ermittelte benötigte Ein¬ spritzmenge MSoll wird über die Leitung 32 der Einheit 33 des Steuerteiles 31 mitgeteilt, die daraus unter Benutzung einer Pumpenkennlinie 40 (die eine allgemeine oder nur durch wenige Punkte ausgedrückte sein kann) ein Sollsignal ßsoll für den Weg der Regelstange 6 ermittelt und über die Leitung 34 dem Positionsregler 35 mitteilt. In diesem wird das über die Leitung 36 vom Positionssensor 15 kommende Ist-Positionssignal mit dem Soll-Positionssignal verglichen und über eine Leitung 37 das Solenoid 14 entsprechend ge¬ steuert.
Schließlich ist in 38 noch ein Speicher vorhanden, der auf das vom Positionssensor 15 kommende Signal Zugriff hat und der auch mit der Einheit 33 über die Datenleitung 39 in Verbindung steht, um die Pumpenkennlinie 40 den beim Anfah- ren beider Anschläge festgestellten Gegebenheiten zu ver¬ schieben und zu verdrehen, sie der Stuerung zuzuordnen. Den Befehl zum Anfahren der Anschläge übermittelt der in 38 enthaltene Speicher dem Positionsregler 35 über die Leitung 46. Die dargestellten Blöcke 33,35,38 sind nicht unbedingt als getrennte Funktionseinheiten zu verstehen, es kann sich auch um Programmmoduln einer speicherprogrammierbaren Steuerung handeln.
In den Diagrammen der Figuren 3,4 und 5 ist auf der Ordi- nate der RegelStangenweg ß und auf der Abszisse die Ein¬ spritzmenge M eingetragen. Mit 40 ist die Pumpenkennlinie bezeichnet, die zwei charakteristische Punkte 41,42 auf¬ weist. 41 ist der Leerlaufpunkt, entsprechend der Leer¬ laufeinspritzmenge Mi und dem Weg ßi der Regelstange und 42 ist der Vollastpunkt, entsprechend der Vollasteinspritz¬ menge M2 und dem Weg ß2 der Regelstange.
Die Figuren 3 und 4 zeigen zunächst jeweils eine individu¬ elle Kennlinie einer Einspritzpumpeneinheit desselben Typs. Die Unterschiede in Lage und Steigung der beiden Kurven 40 sind erkennbar, sie ergeben sich aus fertigungsbedingten Streuungen. Diese Unterschiede werden bei der erfindungsgemäßen Einheit und durch das erfindungsgemäße Verfahren erkannt und voll kompensiert. Das wird nun anhand der Figuren 4 und 5 be- schrieben:
Die individuelle Pumpe befindet sich zum Kalibrieren am Pumpenprüfstand (Figur 4) . Zuerst wird der Leerlaufpunkt 41 bei Leerlaufdrehzahl angefahren. Dazu wird das mengenbe- stimmende Glied (im folgenden Regelstange genannt) verscho¬ ben, bis die Leerlaufeinspritzmenge Mi erreicht ist. Sodann wird bei festgehaltener RegelStange der Anschlag 21 einge¬ stellt (Doppelpfeil 50), bis der Abstand zwischen ihm und der Gegenfläche 23 die vorher allgemein ermittelte und im Speicher bei 38 abgelegte Größe ki hat, die so gewählt ist, daß die Fördermenge bei direkt angefahrenem Anschlag gleich oder beinahe Null ist. In dieser Stellung wird der Anschlag 21 arretiert. In gleicher Weise wird der Vollastpunkt 42 bei zur Vollast passender Drehzahl angefahren, der Anschlag 22 auf den Abstand k2 verstellt und arretiert. Die Ein¬ spritzpumpe selbst ist nun auf rein mechanischem Weg einge¬ stellt und einbaufertig.
Sobald sie mit dem Sensor 15 und Steuergerät 2 vereint ist, das kann in einem späteren Stadium des Zusammenbaues oder erst beim Einbau in den Motor und beim späteren Nachjustie¬ ren sein, wird zuerst der Anschlag 21 direkt bis zur Berüh¬ rung angefahren und das abgegebene Positionssignal ßo ge¬ speichert. Dann wird der Anschlag 22 direkt bis zur Berüh- rung angefahren und das abgegebene Positionssignal ß3 eben¬ falls gespeichert. Die im voraus festgelegten Abstände ki und k2 sind bereits oder werden ebenfalls gespeichert. Da¬ mit ist die Einstellung der Pumpeneinheit vollendet. Die im voraus festgelegten Abstände ki und k2 werden am einfach- sten mittels einer Abstandslehre eingestellt. Aus den beiden Positionssignalen ßo, ß3, aus den konstanten Abständen kι,k2 und aus der Zuordnung zwischen Differenz der Sensorsignale und tatsächlichem Weg der Regelstange kann das Steuergerät die den Einspritzmengen Mi und M2 zu- geordneten Sensorsignale ßi und ß2 und jederzeit zu jeder Einspritzmenge Msoll das richtige Soll-Positionssignal ßsoll der Regelstange, oder umgekehrt zu jedem Sensorsignal die tatsächliche Einspritzmenge ermitteln. Die Einstellung der Kennlinie 40 in 33 ist somit unter Berücksichtigung des gegebenenfalls fehlerbehafteten Positionssignales erfolgt, wodurch sich eine getrennte Korrektur des Sensorsignales ß erübrigt.
Anhand der Figur 5 wird jetzt das später immer wieder durchgeführte Nachjustieren der Einspritzpumpeneinheit er¬ läutert, obwohl es dem Zuordnen bei der Ersteinstellung gleicht. Dazu wird bei Inbetriebnahme vor dem Starten des Motors die Regelstange 6 vom Aktuator 13 nacheinander in beide Richtungen bewegt, jeweils bis sie mit ihrer Kontakt- fläche 23,24 den entsprechenden Anschlag 21,22 berührt. Die Signale des Positionssensors 15 bei Berührung der beiden Anschläge 21,22, (ßo', ß3' ) unterscheiden sich nun von den bei der ursprünglichen Kalibrierung gemessenen und im Spei¬ cher 38 abgelegten, wenn sich seit der Kalibrierung bzw seit einer früheren NachJustierung beispielsweise das Ver¬ halten des Sensors 15 geändert hat. Da sich der entspre¬ chende Anschlag nicht verstellt hat, wird dem Leerlaufpunkt 41 ein neues Positionssignal ßi' und dem Vollastpunkt 42 ein neues Pόsitionssignal ß2" zugeordnet.
Damit ist die Kurve 40 korrigiert und es entspricht den Einspritzmengen Mi, M2 wieder eine korrigierte Regelstan¬ genstellung ßi',ß2'- Die Zwischenwerte werden dann im Be¬ trieb wieder durch lineare Interpolation gewonnen. Einer Einspritzmenge Msoll entspricht dann ein Lastpunkt 43 auf der Kennlinie 40, aus diesem wird durch Interpolation, was durch das Kästchen 44 angedeutet ist, ein ßsoll gebildet, das direkt an den Positionsregler 35 weitergegeben werden kann. Dort wird es mit dem direkt vom Positionssensor 15 kommenden Signal ß verglichen und die Regelstange 6 ent¬ sprechend verstellt.
Wenn bei einem Pumpentyp die Kennlinie 40 zu stark gekrümmt ist, die lineare Interpolation also zu Abweichungen führen würde, können die Lastpunkte 41,42 auch als (weniger weit) voneinander entfernte Teillastpunkte definiert werden. Die lineare Interpolation verursacht dann geringere Abweichun¬ gen.
Weiters ist in den Figuren 4 und 5 zu erkennen, daß die Konstanten kι,k2 so gelegt sind, daß die Anschläge 21,22 soweit von den Betriebspunkten 41,42 (Leerlauf und Vollast) entfernt liegen, daß die Kurve 40 dort den Wert Mo, das ist Nullförderung, erreicht hat. Insgesamt ist so ein einfachst zu kalibrierendes und selbstjustierendes System geschaffen, bei dem die volle Sicherheit und Eigensicherheit auf alle Fälle gewahrt bleibt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Einspritzpumpeneinheit, bestehend aus einer Einspritz¬ pumpe (1), bei der eine Regelstange (6) von einem Aktuator (13) verstellt und dessen Stellung von einem Positionssen¬ sor (15) erfaßt wird, und aus einer Steuereinheit (2), die eine Einspritzmenge (Msoll) errechnet, aus dieser anhand gespeicherter Kennwerte (33) einen Soll-Stellungssignal (ßsoll) für die Regelstange (6) ermittelt und in einem Po- sitionsregler (35) durch Vergleich des Soll-Stellungssigna¬ les (ßsoll) mit einem Ist-Stellungssignal (ß) des Positi¬ onssensors (15) ein Steuersignal für den Aktuator (13) er¬ zeugt, wobei den Weg der Regelstange (6) begrenzende Anschläge (21,22) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (21,22) einstellbar sind, und daß in der Steuereinheit (2) feste Abstände (kι,k2) gespeichert sind, die Gegenflächen (23,24) bei einer bestimmten gemessenen Einspritzmenge (Mι,M2) zu entsprechenden gegenüberliegenden Anschlägen (21,22) haben, wobei mindestens eine der Gegen- flächen (23,24) so angeordnet ist, daß sie den entsprechen¬ den Anschlag (21,22) außerhalb des dynamischen Verstellbe¬ reiches der Einspritzmenge berührt.
2. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch geken - zeichnet, daß der Anschlag (21), an dem die Gegenfläche
(23) außerhalb ihres dynamischen Verstellbereiches an¬ schlägt, der Anschlag (21) für die kleinere gemessenen Ein¬ spritzmenge ist.
3. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Anschläge (21,22) ortsfest und die Gegen¬ flächen (23,24) an der Regelstange (6) ausgebildet sind.
I
4. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten gemessenen Einspritzmen¬ gen (Mι,M2) die Leerlaufeinspritzmenge (Mi) und die maxi¬ male Einspritzmenge (M2)sind.
5. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Einspritzmengen (Mι,M2) die Einspritzmengen in zwei voneinander entfernten Teil¬ lastpunkten sind.
6. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Kennfeld (33) durch eine theoretisch er¬ mittelte Kennlinie (40) ersetzt ist.
7. Einspritzpumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil einer Pumpedüse ist und daß jede Einspritzpumpeneinheit über eine eigenes Re¬ gelstange (6) verfügt.
8. Verfahren zum Einstellen einer Einspritzpumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
a) am Prüfstand die Anschläge (21,22) so eingestellt wer¬ den, daß sie bei bestimmten gemessenen Einspritzmengen (Mι,M2) bestimmte Abstände (ki, k2) von ihren Gegenflä¬ chen (23,24) haben, b) dann die beiden Anschläge (21,22) angefahren und die entsprechenden Sensorsignale (ßo. 3) der Stellungen der Regelstange (6), in denen sich die Anschläge (21,22) und die entsprechenden Gegenflächen (23,24) be¬ rühren, in der Steuereinheit (2) gespeichert werden, und c) und dann mittels der Steuereinheit (2) aus den Abstän¬ den (kι,k2) und den Sensorsignalen (ßo, ß3) die den be¬ stimmten Einspritzmengen (Mi, 2) entsprechenden Sensor¬ signale (ßi, ß2) ermittelt werden, aus denen dann im Betrieb durch Interpolation die der Soll-Einspritzmenge (Msoll) entsprechende Position (ßsoll) der Regelstange (6) bestimmt wird.
9. Verfahren zum Nacheinstellen einer beim Einbau nach An- spruch 8 eingestellten Einspritzpumpeneinheit, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß vor dem Starten eines mit der (den) Einspritzpumpeneinheit(en) versehenen Motors die beiden An¬ schläge (21,22) angefahren werden und die Sensorsignale (ßO' , ß3' ) der Stellungen der Regelstange (6) gespeichert werden, an denen die Gegenflächen (23,24) und die entspre¬ chenden Anschläge (21,22) einander berühren und mittels der Steuereinheit (2) aus den festen Abständen (ki, 2) und den neuen Stellungssignalen (ßo'. ß3' ) die den bestimmten Ein¬ spritzmengen (Mι,M2) entsprechenden Ausgangssignale des Po- sitionssensors (ßl', ß2' ) korrigiert werden.
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