DE3722263C2 - Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptan­ spruchs.

Bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzanlage dieser Art (DE-OS 29 42 010) ist in dem Entlastungskanal eine im Querschnitt über einen Stellmotor änderbare Steuerdros­ sel vorhanden, die in Verbindung mit einem in einem parallelen Entlastungskanal angeordneten Magnetventil und durch Ansteuerung durch das elektronische Steuergerät das Einspritzgesetz bestimmt. Während durch das Magnetven­ til der Förderanfang und das Förderende bestimmbar ist, kann durch die Steuerdrossel, die bis zur Menge 0 herun­ terdrosseln kann, eine Spritzdauerverlängerung und damit ein Leiselauf des Motors erzielt werden. Durch das Abströmenlas­ sen einer Teilmenge während des Einspritzvorgangs, wird diese Abströmmenge durch eine entsprechende Verlängerung der Einspritzdauer ausgeglichen. Für die Drehzahlregelung dient hier die Motordrehzahl als Regelgröße, da eine tatsächliche Kraftstoffeinspritzmengenmessung nicht stattfindet. Eine solche Regelung hat jedoch den Nachteil, daß sie verhältnismäßig träge ist, da erst über den Ist-Soll-Wert-Vergleich der Drehzahl innerhalb des elek­ tronischen Steuergerätes eine Änderung der Einspritzmenge möglich ist, wobei in dem elektronischen Steuergerät natürlich noch weitere Motorkenngrößen wie Last, Tempera­ tur usw. verarbeitet werden müssen. Eine derartige mittel­ bare Messung ist besonders dann nachteilig, wenn die Steuerdrossel nur eine spezielle Aufgabe wie beispiels­ weise die Spritzdauerverlängerung hat und dadurch eine erhebliche Verkomplizierung der gesamten Regelung verbun­ den ist.

Bei dieser bekannten Einspritzanlage besteht auch die Möglichkeit, die Rücklaufmenge aus der jeweiligen Stell­ größe des die verstellbare Drossel betätigenden Stellmo­ tors herzuleiten. Bei einer solchen, auf Basis von Rück­ meldegrößen des Stellmotors erfolgenden, im elektronischen Steuergerät durchgeführten Kompensationsrechnung handelt es sich jedoch um komplizierte mathematische Funktionen, da der Stellweg des Stellmotors einen entsprechend kompli­ zierten Zusammenhang zu der die Drossel durchströmenden Entlastungsmenge hat. Es handelt sich hierbei um Funktio­ nen höheren Grades, da durch die Drosselquerschnittsände­ rung bzw. auch den Förderverlauf der Einspritzpumpe Änderungen des Kraftstoffdruckes im Entlastungskanal auftreten.

Es ist weiterhin durch die DE-A1-35 04 083 bekannt, den aus dem Pumpenarbeitsraum über den Entlastungskanal abströmenden Kraftstoff in einem Kraftstoffspeicher aufzufangen, der eine bewegliche Wand aufweist, die entgegen der Kraft einer Feder verschiebbar ist. Dabei erfolgt eine Messung des im Speicher aufgenommenen Kraftstoffs durch Erfassung der Stellung der beweglichen Wand. Durch diese Meßeinrichtung wird die Entlastungsmenge über den die Verschiebung der beweglichen Wand verursachenden im Entlastungskanal und damit im Speicher herrschenden Druck erfaßt. Diese Einrichtung ist aufwendig, und es muß nach erfolgter Messung über einen zusätzlichen Kanal der Speicher jeweils vor jedem Meßvorgang wieder entleert werden. Diese Einrichtung ist aufwendig. Dabei muß der Speicher auf die größtmögliche Entlastungsmenge abgestimmt sein und baut entsprechend groß. Weiterhin ist das Meßergebnis in starkem Maße abhängig von einer jeweils vollständigen Entleerung des Speichers und einer Gasfreiheit des Speichers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffeinspritzanlage gemäß der Gattung zu schaffen, bei der mit geringem Aufwand sehr genau die über den Entlastungskanal abströmende Entlastungsmenge des Pumpenarbeitsraumes gemessen werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegen­ über den Vorteil, daß eine unmittelbare Mengenmessung der den Entlastungskanal durchströmenden Entlastungsmenge erfolgt, die dann dem elektronischen Steuergerät eingege­ ben zu einer schnellen gezielten Steuerung der Einspritz­ menge führen kann. Aufgrund des bestimmten Querschnittes der Steuerdrossel kann zudem eine Linearisierung der Steuerfunktionen erfolgen, bzw. eine Vergleichbarkeit der Regelgrößen, so daß mit einfachen Mitteln eine exakte Einspritzmengenbestimmung bzw. Drehzahlregelung erreichbar ist.

Es ist zwar bekannt (GB-OS 21 41 787) über ein Magnetven­ til Förderanfang und Förderende einer Kraftstoffeinspritz­ pumpe zu steuern, wobei die Rücklaufmenge durch ein von ihr betätigtes Ausweichglied erfaßt wird und durch die Betätigung dieses Meßgliedes Rückströmanfang und Rückströmende und dadurch Förderanfang und Förderende gemessen werden. Mangels einer bestimmten Drossel und eines den Differenzdruck an dieser Drossel erfassenden Meßgliedes handelt es sich hier aber nur um einen Strö­ mungsmesser - also nicht einen Mengenmesser -.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Mengenmeßeinrichtung ein gegen eine Rückstellkraft nachgiebiges, vom Entlastungskraftstoff beaufschlagtes und durch das Druckgefälle gesteuertes Stellglied auf, wobei der Stellweg dieses Stellgliedes über einen Weggeber, dem elektronischen Steuergerät eingebbar ist. Vorteilhafterweise dient somit die Steuer­ drossel als Differenzdruckgeber des Mengenmessers, wobei verschiedene Ausgestaltungen möglich sind.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, daß sich die Rückstellkraft über dem Stellweg gemäß einer quadra­ tischen Funktion ändert, beispielsweise mit einer Feder entsprechender Kennlinie als Rückstellkraft. Da die Drosselgleichung, also die Funktion zwischen eine Drossel durchströmender Flüssigkeitsmenge und der sich dabei an dieser Drossel ergebenden Druckdifferenz, quadratisch ist, bewirkt ein durch die Änderung der Druckdifferenz betätigtes Stellglied mit ebenfalls quadratischer Funktion eine Linearisierung der Funktionen. Aufgrund des bestimm­ ten Drosselquerschnitts und aufgrund eines mit einer sich über dem Weg quadratisch ändernden Kraft belasteten Stellgliedes entsteht somit durch die Eliminierung der quadratischen Grade, von der Druck, Menge und Weg verbin­ denden Funktion, ein Meßwert, der linear proportional der Entlastungsmenge ist und so dem elektronischen Steuer­ gerät als der Entlastungsmenge proportionaler Wert einge­ geben werden kann. Als Stellglied kann ein Kolben oder auch eine Membran dienen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerdrossel änderbar, wobei allerdings der jeweilig eingestellte Drosselquerschnitt als eine der Steuergrößen des elektronischen Steuergerätes dient, so daß insbesondere bei einer Linearisierung der Funktion lediglich eine Verschiebung der Regelebene stattfindet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in mehreren Varianten in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Schaltplan der erfindungsgemäßen Einspritzanlage und

Fig. 2 und Fig. 3 zwei verschiedene Varianten des in Fig. 1 eingesetzten Mengenmessers.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schaltplan ist sehr vereinfacht eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Pumpenkolben 1 und einem Pumpenarbeitsraum 2 dargestellt, von dem Kraftstoffleitungen 3, von denen nur eine gezeigt ist, zur nicht dargestellten Brennkraftmaschine führen und von dem ein Entlastungskanal 4 abzweigt, der zu einem Raum niederen Drucks führt.

Im Entlastungkanal 4 ist ein Magnetventil 5 angeordnet sowie eine Steuerdrossel 6 bestimmten Querschnitts. Die Stellen 7 vor der Steuerdrossel 6 und 8 nach der Steuer­ drossel 6 sind zur Weitergabe des dort jeweils herrschen­ den Drucks über Leitungen 9 und 11 mit einem Differenz­ druckmeßgerät 12 verbunden.

Ein elektronisches Steuergerät 13 ist durch eine elektri­ sche Leitung 14 mit dem Differenzdruckmeßgerät 12 verbunden und durch eine elektrische Leitung 15 mit dem Magnetventil 5. In das elektronische Steuergerät 13 werden über elek­ trische Leitungen 16 Motorkenngrößen eingegeben, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Temperatur und dergleichen, die dann in diesem Steuergerät zur Regelung der Drehzahl oder überhaupt der Einspritzung verarbeitet werden.

Diese Kraftstoffeinspritzanlage arbeitet wie folgt. Der Pumpenkolben 1 fördert aus dem Pumpenarbeitsraum 2 bei seinem durch den Pfeil I dargestellten Druckhub Kraftstoff über die Druckleitung 3 zur Brennkraftmaschine. Außerdem kann Kraftstoff über den Entlastungskanal 4 drucklos abströmen. So wird Förderanfang und Förderende zur Brenn­ kraftmaschine hin durch das Magnetventil 5 im Entlastungs­ kanal 4 gesteuert, indem dieses vor Förderbeginn offen ist, so daß Kraftstoff ungenutzt über den Entlastungskanal 4 abströmen kann und dann für den Förderbeginn schließt, so daß der nun vom Pumpenkolben 1 verdrängte Kraftstoff über die Druckleitung 3 gefördert wird. Sobald dann die gewünschte Kraftstoffmenge in die Brennkraftmaschine eingespritzt ist, bewirkt das elektronische Steuergerät 13 über die elektrische Leitung 15 ein Öffnen des Magnet­ ventils 5, so daß aufgrund des Aufsteuerns des Entlast­ ungskanals 4 der weiterhin vom Pumpenkolben 1 verdrängte Kraftstoff drucklos abströmen kann.

Durch zusätzliche Steuereinrichtungen, beispielsweise unmittelbar vom Pumpenkolben 1 gesteuerte Zufluß- und Abflußöffnungen, kann auch der Entlastungskanal nur dazu verwendet werden, einen Teil der geförderten Kraft­ stoffmenge abfließen zu lassen, so daß der andere Teil über die Druckleitung 3 zur Einspritzung gelangt. In einem solchen Fall kann das Magnetventil 5 für die Spritz­ dauerverlängerung eingesetzt werden, um so im Leerlauf und in niederen Drehzahlen ein Herabsetzen der Verbren­ nungsgeräusche zu erzielen.

Durch die Steuerdrossel 6, durch die die entlastete Kraftstoffmenge strömen muß, bildet sich ein Druckgefälle zwischen den Stellen 7 und 8, das über die Leitungen 9 und 11 im Druckmeßgerät 12 zu einer elektrischen Größe gewandelt wird, die dann über die elektrische Leitung 14 dem elektronischen Steuergerät 13 zugeführt wird. In jedem Fall stellt der Differenzdruck einen Wert für die die Steuerdrossel 6 durchströmende Kraftstoffmenge dar, so daß auch die elektrische Ausgangsgröße des Dif­ ferenzdruckmeßgerätes 12 der die Drossel 6 durchströmenden Kraftstoffmenge entspricht. Diese der Entlastungsmenge entsprechende elektrische Größe wird im elektronischen Steuergerät 13 so verarbeitet, daß das gewünschte Ein­ spritzgesetz gewonnen wird. Natürlich kann die Schaltung auch anders aussehen, maßgebend ist, daß über einen bestimmten Steuerdrosselquerschnitt eine Kraftstoffmenge gemessen wird, die bei der Regelung der Kraftstoffein­ spritzung als Kenngröße berücksichtigt werden muß.

In Fig. 2 ist stark vereinfacht das Differenzdruckmeßgerät 12 im Schnitt dargestellt. Über die Leitungen 9 und 11 wird diesem Gerät der an der Steuerdrossel 6 herrschen­ de Differenzdruck zugeführt. Dieser Differenzdruck beauf­ schlagt einen Meßkolben 17, der durch eine Meßfeder 18 in Richtung Leitung 9 belastet ist und erst bei aus­ reichendem Differenzdruck gegen diese Meßfeder 18 ver­ schiebbar ist. Am Meßkolben 17 ist ein Anker 19 angeord­ net, der in eine Meßspule 21 ragt, die über die elek­ trische Leitung 14 mit dem elektronischen Steuergerät 13 verbunden ist. Je nach dem, wie weit der Anker 19 in die Spule 21 ragt, ändert sich deren elektrischer Fluß, so daß für jede Ankerlage ein bestimmter elekt­ rischer Wert an das elektronische Steuergerät 13 weiterge­ geben wird. Die Querschnittsfläche des Meßkolbens 7 und die Kraft, bzw. die Kennlinie der Meßfeder 18 sind maßgebend für die differenzdruckabhängige Verstellung des Ankers 19. Da das Mengendurchflußgesetz an einer Drossel bestimmten Querschnitts, wie oben ausgeführt, einer quadratischen Funktion folgt, kann somit bei ent­ sprechender quadratischer Funktion der Kennlinie der Meßfeder 29 erzielt werden, daß der die Steuerdrossel 6 durchströmenden Entlastungsmenge im linearen Verhältnis ein entsprechender Weg des Ankers 19 entspricht, so daß der elektrische Wert der Spule 21 unmittelbar der Entlastungsmenge entspricht.

Das in Fig. 3 dargestellte Differenzdruckmeßgerät 112 ist mit dem Magnetventil 5 zusammengebaut, so daß der entlastete Kraftstoff zuerst am beweglichen Ventilglied 22 vorbei strömen muß, um zur Steuerdrossel 106 zu ge­ langen, die in einer Membran 20 angeordnet ist. Das bewegliche Ventilglied 22 ist durch eine Schließfeder 23 belastet und wirkt mit einem Magnet 24 zusammen. Die Membran 20 ist durch eine Meßfeder 118 belastet, die eine bestimmte Kennlinie aufweist. Außerdem wirkt die Membran 20 mit einem Indikationsgeber 121 zusammen und ist aus entsprechendem Eisen hergestellt, so daß sich für den jeweils von der Druckdifferenz an der Steuer­ drossel 106 ergebenden Abstand zwischen Membran 20 und Indikationsgeber 121 ein bestimmter elektrischer Wert einstellt, der über die elektrische Leitung 14 an das elektronische Steuergerät weitergegeben wird.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (6)

1. Kraftstoffeinspritzanlage für Brennkraftmaschinen mit einer einen Pumpenarbeitsraum aufweisenden Kraftstoffeinspritzpumpe, von dem zur Brennkraftmaschine führende Druckleitungen sowie mindestens ein zu einem Raum niederen Drucks führender Druckentlastungskanal abzweigen, mit einer Steuerdrossel im Entlastungskanal und mit einem elektronischen Steuergerät zur Verarbeitung von Motorkenngrößen sowie von Kenngrößen der Einspritzanlage zur Bestimmung des Einspritzgesetzes, dadurch gekennzeichnet, daß an der Steuerdrossel (6, 106) ein bestimmter fester Querschnitt vorhanden ist und daß das durch die die Steuerdrossel (6, 106) durchströmende Entlastungsmenge bewirkte Druckgefälle an der Steuerdrossel (6, 106) als Steuergröße für eine Meßeinrichtung (12, 112) der Entlastungsmenge dient.

2. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (12, 112) ein gegen eine Rückstellkraft (18, 118) nachgie­ biges, vom Entlastungskraftstoff beaufschlagtes und durch das Druckgefälle gesteuertes Stellglied (17, 20) aufweist und daß der Stellweg dieses Stell­ gliedes (17, 20) über einen Weggeber (21, 121) dem elektronischen Steuergerät (13) zugeleitet wird.

3. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rückstellkraft (18, 118) über dem Stellweg gemäß einer quadratischen Funktion ändert.

4. Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückstellkraft eine schraubenförmige Meßfeder (18) dient.

5. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stell­ glied ein Meßkolben (17) dient.

6. Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied eine Membran (20) dient, in der die Steuerdrossel (106) angeordnet ist.