EP0800620B1 - Einspritzpumpeneinheit mit steuerung und verfahren zu deren justieren - Google Patents

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EP0800620B1
EP0800620B1 EP95940913A EP95940913A EP0800620B1 EP 0800620 B1 EP0800620 B1 EP 0800620B1 EP 95940913 A EP95940913 A EP 95940913A EP 95940913 A EP95940913 A EP 95940913A EP 0800620 B1 EP0800620 B1 EP 0800620B1
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injection pump
control rod
pump unit
stop
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Steyr Daimler Puch AG
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Definitions

  • the invention relates to an injection pump unit, consisting of from an injection pump with a control rod adjusted by an actuator and its position by one Position sensor is detected, and from a control unit, which calculates an injection quantity, from this on the basis of stored Characteristic values a target position signal for the quantity-determining link determined and in a position controller by comparing the target position signal with a Actual position signal of the position sensor is a control signal generated for the actuator, with the control path limiting Stops are provided which interact with counter surfaces, at least one of which is arranged such that the corresponding stop outside of the dynamic Adjustment range of the injection quantity touched.
  • the saved Characteristic values give the allocation of injection quantity and path of the control rod depending on engine parameters (for example, the speed of the engine) usually, but not necessarily as a map.
  • From DE-PS 38 30 534 is a method for readjustment a series of actuated by a common operating rod Pump nozzles known to correct the measurement error the position sensor known two fixed stops Distance and the measured values corresponding to these used to correct the following measurements.
  • the position controller to form the Control variable for the control rod determined from the map Target paths always with corrected, i.e. correct, Actual values of the path of the control rod are compared.
  • the map itself based on which from the target injection quantity The target control rod path is calculated, remains entirely untouched.
  • the accuracy of the given setpoint of the position of the quantity-determining link depends on the agreement the map of the injection pump with its actual Delivery behavior, not only from the speed, but also from the back pressure, i.e. from the fuel lines and the resistance in the nozzle, which too scatters, is dependent. Especially with injection pumps for very high injection pressures the influence of the resistance is and the leakage amounts very large and annoying, above all with additional control of the injection rate by temporarily Reduction of injection cross sections.
  • stops are adjustable, and that fixed in the control unit Distances are stored, the counter surfaces at one determined measured injection quantity to corresponding opposite Have attacks.
  • the two stops are not simply used for calibration of the position signal, its effect goes far beyond that.
  • both stops so that they each have the position of the quantity-determining link at one with the associated speed exactly - so already on the pump test bench - correspond to the measured injection quantity (correspond, because the paths around the certain, constant Distances from these), is location and Slope of the individual pump characteristic fully taken into account; that is, through the stops so set the path of the control rod between the two stops of the pump different from pump. That is the individual attitude the pump unit very quickly before installing it and carried out exactly.
  • the control unit can move the control rod at any time the right one for each specified target injection quantity Target position of the control rod and for each signal from the position sensor determine the actual injection quantity.
  • the determined distance between the stops and the appropriate trained counter surfaces ensures that the Movement of the control rod during operation through the stops is not hindered.
  • the control rod must, for example when returning from full load to idle for dynamic reasons below that assigned to idle Can move the injection quantity. It also ensures that the motor is about when the position sensor is short-circuited turns itself off.
  • the one constant distance is previously determined so that the control rod is in a Position for zero funding is when the stops touched.
  • the value of the fixed distances can thus can be selected for an entire pump type. That makes it easier replacing a pump unit because it does is possible without intervention in their control.
  • the certain distance in the setting is easiest by a caliber (one between the stop and the counter surface imported gauge body with the thickness k) fixed; but it could also be by means of a suitable electronic and / or optical device are observed.
  • the determined measured injection quantities are in a first form the idle injection quantity and the maximum Injection quantity (claim 4), in a second it is Injection volumes at two separate part load points (Claim 5).
  • the latter is particularly curved To give preference to the characteristic curves, because in this way the Deviations in the middle part-load range can be minimized.
  • an according to the invention is particularly advantageous designed injection unit in the context of a pump nozzle, each with its own control rod. (Claim 7). Since the pump nozzle already during calibration is composed, the scatter of the Throttle losses are taken into account precisely. So that goes on ensures that each individual cylinder has optimal emissions operated will also deliver its maximum output can. The same applies in the case of plug-in pumps.
  • the invention is also about a method of adjustment an injection pump unit according to the invention, which in is exercised in two ways. First of all for setting at 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, about every time the engine is started to during the lifetime to compensate for changes that occur, or to after replacing the injection pump unit, the injection pump, the control unit or the sensor carry out automatic calibration.
  • First of all for setting at 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, about every time the engine is started to during the lifetime to compensate for changes that occur, or to after replacing the injection pump unit, the injection pump, the control unit or the sensor carry out automatic calibration.
  • one receives one fully calibrated complete injection pump unit the thanks to the automatic assignment without further settings can be installed in the engine, be it in a new building it as a spare part. This is also the case with a pump nozzle Fine adjustment to the throttling losses of the individual nozzle performed. The workload required for this is limited adjusting the injection quantity on Test bench and the adjustment of the two stops. Of the Command to automatically move to the stops is part of the control program, which is stored in the memory of the control unit is.
  • the injection pump unit shown in Figure 1 exists from an injection pump 1 and a control unit 2.
  • the injection pump 1 becomes a pump piston 3, for example up from a camshaft 4 via a rocker arm 5 moved.
  • the pump piston 3 is by means of a control rod 6, in the example shown it is a in sliding control rod, rotated, whereby by the shape of the in the pump body 7 or on the pump piston 3 arranged control surfaces 8 in a known manner, the injection quantity is adjusted.
  • Injection pump is a pump nozzle that Invention is in the same way but also on an arrangement with injection pump spatially separated from the injection nozzles applicable.
  • the control rod 6 is moved by an actuator 13 which is symbolized by a solenoid coil 14. Furthermore a position sensor 15 is provided, which the control unit 2 a signal ⁇ (arbitrary Dimension, e.g. Voltage, capacitance or frequency).
  • the control unit 2 also receives a load request signal 16, such as from the accelerator pedal of the vehicle, an engine speed signal 17 and various other signals 18 used for the determination of the injection quantity, such as air pressure and temperature.
  • the injection pump 1 is only in plan view pictured.
  • the upper part of the pump piston can be seen 3, the displacement of the control rod 6 for adjustment the injection quantity is rotated.
  • the pump housing 20 are two stops 21.22 arranged adjustable with Interact with counter surfaces 23, 24 on control rod 6.
  • the Stops 21, 22 are preferably provided with threads, so that it is precisely adjusted and then secured against twisting can be what is not shown in detail.
  • Ml idle flow rate
  • the control rod 6 which is approximately the full-load injection quantity M2 is between the stop 22 and the counter surface 24 'a distance k2 (26). This is stated in the functional description come back.
  • the control unit 2 consists of a computer 30, a required injection quantity from load demand signal 16, engine speed signal 17 and the other signals 18 to M calculated, and a control section 31 for the individual injection pump. In the case of individually controllable injection pumps (pump nozzles), there are further such control parts 31 '.
  • 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 controlled accordingly via a line 37.
  • 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 M 1 and the path ⁇ 1 of the control rod
  • 42 is the full load point, corresponding to the full load injection quantity M 2 and the path ⁇ 2 of the control rod.
  • Figures 3 and 4 each show an individual Characteristic curve of an injection pump unit of the same type. The differences in position and slope of the two curves 40 are recognizable, they result from production-related Scattering.
  • 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 element hereinafter referred to as control rod
  • the stop 21 is set while the control rod is held (double arrow 50) until the distance between it and the counter surface 23 has the previously generally determined and stored in the memory at 38 size k 1 , which is selected such that the delivery rate when the stop is approached directly 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 k 2 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 emitted position signal ⁇ 0 is stored . Then the stop 22 is approached directly up to the point of contact and the emitted position signal ⁇ 3 is also stored.
  • the predetermined distances k 1 and k 2 are already or are also stored. This completes the pump unit setting. The predetermined distances k 1 and k 2 are most easily set using a distance gauge.
  • the curve 40 is thus corrected and the injected quantities M 1 , M 2 again correspond to a corrected control rod position ⁇ 1 ', ⁇ 2 '.
  • the intermediate values are then obtained again during operation by linear interpolation.
  • An injection quantity M will then corresponds to a load point 43 on the curve 40, from this is derived by interpolation, as indicated by box 44, a ⁇ to be formed, which can be directly transferred to the position controller 35th 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 (less far) Partial load points separated from each other can be defined. 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 Value M o , which is zero funding, has reached. 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

Die Erfindung handelt von einer Einspritzpumpeneinheit, bestehend aus einer Einspritzpumpe, bei der eine Regelstange von einem Aktuator verstellt und dessen Stellung von einem Positionssensor erfaßt wird, und aus einer Steuereinheit, die eine Einspritzmenge errechnet, aus dieser anhand gespeicherter Kennwerte einen Soll-Stellungssignal für das mengenbestimmende Glied ermittelt und in einem Positionsregler durch Vergleich des Soll-Stellungssignales mit einem Ist-Stellungssignal des Positionssensors ein Steuersignal für den Aktuator erzeugt, wobei den Regelweg begrenzende Anschläge vorgesehen sind, die mit Gegenflächen zusammenwirken, von denen mindestens eine so angeordnet ist, daß sie den entsprechenden Anschlag ausserhalb des dynamischen Verstellbereiches der Einspritzmenge berührt. 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 betätigter Pumpedüsen bekannt, bei dem zur Korrektur des Meßfehlers 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 ermittelten Sollwege immer mit korrigierten, also richtigen, Istwerten des Weges der Regelstange verglichen. Das Kennfeld 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 Korrektureinrichtung für ein Kraftstoffzumeßsystem mit Driftkompensation bekannt, bei der der Zusammenhang zwischen Einspritzmenge und Position der Regelstange in einem Betriebspunkt so korrigiert wird, daß das Signal gleich dem zu diesem Punkt ursprünglich gehörenden Sollsignal ist. Im konkreten Fall wird dazu das ursprüngliche Rückmeldesignal auf eine bestimmte Einspritzmenge eingestellt. Der Aufwand ist allerdings erheblich: Die Zuordnung wird während des drehzahlgeregelten Betriebes im Leerlaufpunkt so lange verstellt, bis am Positionsregler der dem jeweiligen Betriebspunkt entsprechende Wert erreicht ist, wozu eine zusätzliche Verstelleinrichtung gebraucht wird. Diese Methode ist zeitaufwendig 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 Fertigungstoleranzen ja von jeder anderen einzelnen Pumpe unterscheidet) ist für eine genaue Positionierung der Regelstange mindestens ebenso wichtig. Diese Unterschiede bleiben hier jedoch unberücksichtigt. 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 Einzeleinspritzpumpen die eines jeden Zylinders, voll auszuschöpfen. 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 Einspritzmengenregelung 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 Übereinstimmung des Kennfeldes der Einspritzpumpe mit deren tatsächlichem Förderverhalten ab, das nicht nur von der Drehzahl, sondern auch vom Gegendruck, also von den Brennstoffleitungen und vom Widerstand in der Düse, der ebenfalls streut, abhängig ist. Vor allem bei Einspritzpumpen für sehr hohe Einspritzdrücke ist der Einfluß des Widerstandes und der Leckmengen sehr groß und störend, vor allem bei zusätzlicher Steuerung der Einspritzrate durch zeitweise Reduktion der Einspritzquerschnitte.
Normalerweise wird daher vor dem Einbau jede Pumpe durchgemessen, ein Anschlag eingestellt und ein einheitlicher Korrekturwert verwendet. Dieser Korrekturwert berücksichtigt 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 Korrekturwerte 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 Methoden sind daher zu ungenau zur Minimierung der Emissionen und verursachen Probleme beim Austausch einzelner Pumpeneinheiten.
Es ist somit Ziel der Erfindung, eine Einspritzpumpeneinheit so auszubilden und zu betreiben, daß mit geringstem Aufwand eine einfache und genaue Kalibrierung der Pumpeneinheit beim Einbau sowie deren selbsttätige Justierung bzw spätere Nachjustierung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß die Anschläge einstellbar sind, und daß in der Steuereinheit feste Abstände gespeichert sind, die Gegenflächen bei einer bestimmten gemessenen Einspritzmenge zu entsprechenden gegenüberliegenden Anschlägen haben.
Die beiden Anschläge dienen nicht einfach der Kalibrierung des Positionssignales, ihre Wirkung geht weit darüber hinaus. Dadurch, daß beide Anschläge so eingestellt werden, daß sie jeweils der Stellung des mengenbestimmenden Gliedes bei einer bei der zugehörigen Drehzahl genau - also bereits am Pumpenprüfstand - gemessenen Einspritzmenge entsprechen (entsprechen, weil sich die Wege um die bestimmten, konstanten Abstände von diesen unterscheiden), ist Lage und Steigung der individuellen Pumpenkennlinie voll berücksichtigt; das heisst, durch die so eingestellten Anschläge ist der Weg der Regelstange zwischen beiden Anschlägen von Pumpe zu Pumpe verschieden. So ist die individuelle Einstellung der Pumpeneinheit noch vor deren Einbau sehr schnell und genau vollzogen.
Da weiters die Zuordnung zwischen der Differenz der Ausgangssignale des Positionssensors und dem Weg des mengenbestimmenden Gliedes bekannt ist, ist auch bekannt, welche Signaldifferenz dem konstanten Abstand entspricht. Da dieser viel kleiner als der gesamte Weg des mengenbestimmenden Gliedes ist, braucht die Zuordnung zwischen der Differenz 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 Pumpeneinheit vollendet. Aus den beiden letzteren Signalen, aus den konstanten Abständen und aus der Zuordnung Signaldifferenz zu Weg der Regelstange kann das Steuergerät jederzeit zu jeder vorgegebenen Soll-Einspritzmenge die richtige Soll-Lage der Regelstange und zu jedem Signal des Positionssensors die tatsächliche Einspritzmenge ermitteln.
Der bestimmte Abstand zwischen den Anschlägen und den geeignet ausgebildeten Gegenflächen stellt sicher, daß die Bewegung der Regelstange im Betrieb durch die Anschläge nicht behindert wird. Die Regelstange muß sich ja beispielsweise beim Zurückgehen von Vollast in den Leerlauf aus dynamischen Gründen unter die dem Leerlauf zugeordnete Einspritzmenge bewegen können. Außerdem ist dadurch sichergestellt, daß sich der Motor etwa bei Kurzschluß des Positionssensors selbst abstellt. Der eine konstante Abstand wird vorher so festgelegt, daß die Regelstange sich in einer Stellung für Nullförderung befindet, wenn sie die Anschläge berührt. Der Wert der festen Abstände kann somit für einen ganzen Pumpentyp gleich gewählt werden. Das erleichtert den Austausch einer Pumpeneinheit, weil er dadurch ohne Eingriff in deren Steuerung möglich ist. Die Zuordnung zwischen Steuerung und Einspritzpumpe erfolgt beim ersten routinemäßigen Abtasten der Anschläge von selbst.
Der bestimmte Abstand bei der Einstellung wird am einfachsten durch ein Kaliber (einen zwischen Anschlag und Gegenfläche eingeführten Lehrenkörper mit der Dicke k) festgelegt; er könnte aber auch mittels einer geeigneten elektronischen und/oder optischen Vorrichtung eingehalten werden.
Bei Einspritzpumpen, bei denen konstruktionsbedingt der Einspritzdruck bereits vor Erreichen der maximalen Einspritzmenge abfällt, braucht nur der Anschlag für die kleinere gemessene Einspritzmenge ausserhalb des dynamischen Verstellbereiches seiner Gegenfläche zu liegen (Anspruch 2).
Es ist bei der Bauweise der üblichen Einspritzpumpeneinheiten vorteilhaft, weil einfacher und praktischer, die verstellbaren Anschläge ortsfest und die mit ihnen zusammenwirkenden Gegenflächen am mengenbestimmenden Glied auszubilden (Anspruch 3).
In einer ersten Form sind die bestimmten gemessenen Einspritzmengen die Leerlaufeinspritzmenge und die maximale Einspritzmenge (Anspruch 4), in einer zweiten sind es die Einspritzmengen in zwei voneinander entfernten Teillastpunkten (Anspruch 5). Letzterem ist bei besonders stark gekrümmten 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 Wahrung der Genauigkeit besonders einfach.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Einspritzeinheit im Rahmen einer Pumpedüse, 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 weiter sichergestellt, daß jeder einzelne Zylinder emissionsoptimal betrieben wird auch seine maximale Leistung abgeben kann. Dasselbe gilt im Falle von Einsteckpumpen.
Die Erfindung handelt auch von einem Verfahren zum Einstellen 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 Einheit, und in der Folge zur regelmäßigen Nachjustierung, etwa bei jedem neuen Start des Motors, um während der Lebensdauer auftretende Veränderungen auszugleichen, oder um nach dem Auswechseln der Einspritzpumpeneinheit, der Einspritzpumpe, 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 beschränkt 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 abgelegt 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 vollziehen, ist die Nachjustierung nicht bei jedem Startvorgang nötig.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erklärt. Es stellen dar:
Fig.1:
Schematisch eine für die Anwendung der Erfindung geeignete Pumpeneinheit;
Fig.2:
Dieselbe Pumpeneinheit wie in Fig.1 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 Kalibrierung vor dem Einbau; und
Fig.5:
Dieselbe Kennlinie wie in Fig.4, jedoch bei der späteren 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 Einspritzmenge verstellt wird. An den Pumpenkörper 7 schließt im gezeigten Ausführungsbeispiel unten gleich eine Einspritzdüse 9 an, die den Einspritzverlauf beeinflußenden Drosselstellen sind mit 10 bezeichnet. Bei der dargestellten Einspritzpumpe handelt es sich um eine Pumpedüse, die Erfindung ist in derselben Weise aber auch auf eine Anordnung mit von den Einspritzdüsen räumlich getrennter Einspritzpumpe 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 Steuereinheit 2 ein den Stellweg beschreibendes Signal β (beliebiger Dimension, z.B. Spannung, Kapazität oder Frequenz) liefert. Die Steuereinheit 2 erhält weiters ein Lastanforderungssignal 16, etwa vom Gaspedal des Fahrzeuges, ein Motordrehzahlsignal 17 und diverse andere Signale 18, die zur Ermittlung 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 gesichert werden können, was im Detail nicht dargestellt ist. In der in Vollinie gezeichneten Stellung, sie entspricht etwa der Leerlauffördermenge Ml, besteht zwischen der Gegenfläche 23 der Regelstange 6 und dem Anschlag 21 ein Abstand k1 (25). In der strichliert eingezeichneten Stellung 6' der Regelstange 6, die etwa der Vollasteinspritzmenge M2 entspricht, ist zwischen dem Anschlag 22 und der Gegenfläche 24' ein Abstand k2 (26). Darauf wird in der Funktionsbeschreibung zurückgekommen.
Die Steuereinheit 2 besteht aus einem Rechner 30, der aus Lastanforderungsignal 16, Drehzahlsignal 17 und den anderen Signalen 18 eine erforderliche Einspritzmenge Msoll berechnet, und aus einem Steuerteil 31 für die einzelne Einspritzpumpe. Im Falle von einzeln ansteuerbaren Einspritzpumpen (Pumpedüsen) sind noch weitere solche Steuerteile 31' vorhanden. Die im Rechner 30 ermittelte benötigte Einspritzmenge 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 βsoll 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 gesteuert.
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 Anfahren beider Anschläge festgestellten Gegebenheiten zu verschieben 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 Ordinate der Regelstangenweg β und auf der Abszisse die Einspritzmenge M eingetragen. Mit 40 ist die Pumpenkennlinie bezeichnet, die zwei charakteristische Punkte 41,42 aufweist. 41 ist der Leerlaufpunkt, entsprechend der Leerlaufeinspritzmenge M1 und dem Weg β1 der Regelstange und 42 ist der Vollastpunkt, entsprechend der Vollasteinspritzmenge M2 und dem Weg β2 der Regelstange.
Die Figuren 3 und 4 zeigen zunächst jeweils eine individuelle 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 beschrieben:
Die individuelle Pumpe befindet sich zum Kalibrieren am Pumpenprüfstand (Figur 4). Zuerst wird der Leerlaufpunkt 41 bei Leerlaufdrehzahl angefahren. Dazu wird das mengenbestimmende Glied (im folgenden Regelstange genannt) verschoben, bis die Leerlaufeinspritzmenge M1 erreicht ist. Sodann wird bei festgehaltener Regelstange der Anschlag 21 eingestellt (Doppelpfeil 50), bis der Abstand zwischen ihm und der Gegenfläche 23 die vorher allgemein ermittelte und im Speicher bei 38 abgelegte Größe k1 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 Einspritzpumpe selbst ist nun auf rein mechanischem Weg eingestellt 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 Nachjustieren sein, wird zuerst der Anschlag 21 direkt bis zur Berührung angefahren und das abgegebene Positionssignal β0 gespeichert. Dann wird der Anschlag 22 direkt bis zur Berührung angefahren und das abgegebene Positionssignal β3 ebenfalls gespeichert. Die im voraus festgelegten Abstände k1 und k2 sind bereits oder werden ebenfalls gespeichert. Damit ist die Einstellung der Pumpeneinheit vollendet. Die im voraus festgelegten Abstände k1 und k2 werden am einfachsten mittels einer Abstandslehre eingestellt.
Aus den beiden Positionssignalen β0, β3, aus den konstanten Abständen k1,k2 und aus der Zuordnung zwischen Differenz der Sensorsignale und tatsächlichem Weg der Regelstange kann das Steuergerät die den Einspritzmengen M1 und M2 zugeordneten Sensorsignale β1 und β2 und jederzeit zu jeder Einspritzmenge Msoll das richtige Soll-Positionssignal βsoll 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 β erübrigt.
Anhand der Figur 5 wird jetzt das später immer wieder durchgeführte Nachjustieren der Einspritzpumpeneinheit erläutert, 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 Kontaktfläche 23,24 den entsprechenden Anschlag 21,22 berührt. Die Signale des Positionssensors 15 bei Berührung der beiden Anschläge 21,22, (β0', β3') unterscheiden sich nun von den bei der ursprünglichen Kalibrierung gemessenen und im Speicher 38 abgelegten, wenn sich seit der Kalibrierung bzw seit einer früheren Nachjustierung beispielsweise das Verhalten des Sensors 15 geändert hat. Da sich der entsprechende Anschlag nicht verstellt hat, wird dem Leerlaufpunkt 41 ein neues Positionssignal β1' und dem Vollastpunkt 42 ein neues Positionssignal β2" zugeordnet.
Damit ist die Kurve 40 korrigiert und es entspricht den Einspritzmengen M1, M2 wieder eine korrigierte Regelstangenstellung β1',β2'. Die Zwischenwerte werden dann im Betrieb 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 βsoll gebildet, das direkt an den Positionsregler 35 weitergegeben werden kann. Dort wird es mit dem direkt vom Positionssensor 15 kommenden Signal β verglichen und die Regelstange 6 entsprechend 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 Abweichungen.
Weiters ist in den Figuren 4 und 5 zu erkennen, daß die Konstanten k1,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 (9)

  1. Einspritzpumpeneinheit, bestehend aus einer Einspritzpumpe (1), bei der eine Regelstange (6) von einem Aktuator (13) verstellt und dessen Stellung von einem Positionssensor (15) erfaßt wird, und aus einer Steuereinheit (2), die eine Einspritzmenge (Msoll) errechnet, aus dieser anhand gespeicherter Kennwerte (33) einen Soll-Stellungssignal (βsoll) für die Regelstange (6) ermittelt und in einem Positionsregler (35) durch Vergleich des Soll-Stellungssignales (βsoll) mit einem Ist-Stellungssignal (β) des Positionssensors (15) ein Steuersignal für den Aktuator (13) erzeugt, wobei den Regelweg begrenzende Anschläge (21,22) vorgesehen sind, die mit Gegenflächen zusammenwirken, von denen mindestens eine so angeordnet ist, daß sie den entsprechenden Anschlag ausserhalb des dynamischen Verstellbereiches der Einspritzmenge berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (21,22) einstellbar sind, und daß in der Steuereinheit (2) feste Abstände (k1,k2) gespeichert sind, die Gegenflächen (23,24) bei einer bestimmten gemessenen Einspritzmenge (M1,M2) zu entsprechenden gegenüberliegenden Anschlägen (21,22) haben.
  2. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (21), an dem die Gegenfläche (23) außerhalb ihres dynamischen Verstellbereiches anschlägt, der Anschlag (21) für die kleinere gemessenen Einspritzmenge ist.
  3. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (21,22) ortsfest und die Gegenflächen (23,24) an der Regelstange (6) ausgebildet sind.
  4. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten gemessenen Einspritzmengen (M1,M2) die Leerlaufeinspritzmenge (M1) und die maximale Einspritzmenge (M2)sind.
  5. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Einspritzmengen (M1,M2) die Einspritzmengen in zwei voneinander entfernten Teillastpunkten sind.
  6. Einspritzpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennwerte aus einem Kennfeld (33) oder aus einer theoretisch ermittelten Kennlinie (40) abgeleitet sind.
  7. Einspritzpumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil einer Pumpedüse ist und daß jede Einspritzpumpeneinheit über eine eigene Regelstange (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 werden, daß sie bei bestimmten gemessenen Einspritzmengen (M1,M2) bestimmte Abstände (k1, k2) von ihren Gegenflächen (23,24) haben,
    b) dann die beiden Anschläge (21,22) angefahren und die entsprechenden Sensorsignale (β0, β3) der Stellungen der Regelstange (6), in denen sich die Anschläge (21,22) und die entsprechenden Gegenflächen (23,24) berühren, in der Steuereinheit (2) gespeichert werden, und
    c) und dann mittels der Steuereinheit (2) aus den Abständen (k1,k2) und den Sensorsignalen (β0, β3) die den bei stimmten Einspritzmengen (M1,M2) entsprechenden Sensorsignale (β1, β2) ermittelt werden, aus denen dann im Betrieb durch Interpolation die der Soll-Einspritzmenge (Msoll) entsprechende Position (βsoll) der Regelstange (6) bestimmt wird.
  9. Verfahren zum Nacheinstellen einer beim Einbau nach Anspruch 8 eingestellten Einspritzpumpeneinheit, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Starten eines mit der (den) Einspritzpumpeneinheit(en) versehenen Motors die beiden Anschläge (21,22) angefahren werden und die Sensorsignale (β0', β3') der Stellungen der Regelstange (6) gespeichert werden, an denen die Gegenflächen (23,24) und die entsprechenden Anschläge (21,22) einander berühren und mittels der Steuereinheit (2) aus den festen Abständen (k1, k2) und den neuen Stellungssignalen (β0', β3') die den bestimmten Einspritzmengen (M1,M2) entsprechenden Ausgangssignale des Positionssensors (β1', β2') korrigiert werden.
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