DE2650246A1

DE2650246A1 - Steuereinrichtung fuer eine kraftstoffeinspritzpumpe eines dieselmotors

Info

Publication number: DE2650246A1
Application number: DE19762650246
Authority: DE
Inventors: Wilfried Sautter; Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-11-02
Filing date: 1976-11-02
Publication date: 1978-05-11
Also published as: US4174694A; IT1088507B; JPS61126059U; DE2650246C2; FR2369421B1; GB1590460A; JPS5357326A; BR7707266A; FR2369421A1

Description

R. 3541
28.10.1976 Ks/Ht

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart

Steuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe eines

Dieselmotors

Zusammenfassung

Es wird eine Steuereinrichtung für die Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors vorgeschlagen, die eine verbesserte temperaturabhängige Anpassung der von der Einspritzpumpe geförderten höchstzulässigen Kraftstoffördermenge an die dem Motor zugeführte Luftmasse ermöglicht.

Die Steuereinrichtung umfaßt je einen Ansauglufttemperatur- und einen Kraftstofftemperaturgeber, deren Ausgangssignale einander entgegenwirkend gepolt das Steuersignal einer elektronischen Steuerschaltung im Sinne einer Ansauglufttemperatur- und Kraftstofftemperaturkompensation beeinflußt, wobei das Steuersignal der Steuerschaltung die Stellung eines die Fördermenge der Einspritzpumpe bestimmenden oder begrenzenden Servostellgliedes festlegt.

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Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs. Es sind bereits Steuereinrichtungen zur temperaturabhängigen Beeinflussung eines die Stellung des Fördermengenverstellgliedes und damit die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors bestimmenden oder begrenzenden Servostellgliedes dieser Art bekannnt, an denen das Servostellglied von einer elektronischen Steuerschaltung in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, wie der Lufttemperatur, ansteuerbar ist. Die bekannten Steuereinrichtungen verarbeiten das Steuersignal der Lufttemperatur für eine additive Korrektur der von der Steuereinrichtung gesteuerten Stellung oder Begrenzung der Regelstange der Einspritzpumpe; d. h. die Stellung der Regelstange wird um ein der Lufttemperatur entsprechendes Maß korrigiert. Den gesteigerten Anforderungen an die Kraftstoffzumessung bei Dieselmotoren genügen solche Korrekturen wegen der verschärften Emissionsgesetze zur Verminderung der schädlichen Abgase bei Dieselmotoren nicht mehr, sondern um den neuen Abgasgesetzen zu genügen^ muß beim Dieselmotor die Luft- und Kraftstoffmasse exakt einander zugeordnet werden. Hierzu ist eine Luft- und Kraftstoff temperaturkompensation dringend erforderlich.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß auch bei starken Differenzen zwischen der Ansaugluft- und Kraftstofftemperatur die von der Steuereinrichtung . bestimmte oder begrenzte Stellung des Servostellgliedes und damit die gesteuerte höchstzulässige Kraftstoffördermenge zur Erzielung einer sauberen Verbrennung im Dieselmotor im richti-

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gen Sinne korrigiert wird. Durch die einander entgegenwirkend geschalteten Ausgangssignale beider Temperaturgeber heben sich die Signale bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur auf, bzw. können auf einen festgelegten Wert gesteuert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch festgelegten Steuereinrichtung möglich. So ergibt sich durch die Anwendung der besonders vorteilhaft zugeschalteten Brückenschaltung ein einfacher und wenig aufwendiger Aufbau der elektronischen Steuerschaltung und durch die Korrektur des Ladedrucksignals bei aufgeladenen Dieselmotoren durch die die beiden Temperaturgeber enthaltene Brückensehaltung ändert sich die nachfolgende, ggf. ein Pördermengenkennfeld enthaltende Steuerschaltung nicht.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels;

Figur 2 ein vereinfacht dargestelltes Schaltbild des vorherigen Ausführungsbeispiels und

Figuren je eine Brückenschaltung zur Verknüpfung des Ansaug-3 und H luft- und Kraftstofftemperatursignals.

Beschreibung

Die in Figur 1 vereinfacht dargestellte Steuereinrichtung weist eine mit einem mechanischen Drehzahlregler 1 ausgestattete

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Kraftstoffeinspritzpumpe 2 auf, deren als Fördermengenverstellglied dienende Regelstange 3 in bekannter und nicht näher dargestellter Weise von dem Drehzahlregler 1 in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Stellung eines mit M bezeichneten Bedienungshebels zur Änderung der von der Einspritzpumpe 2 geförderten Kraftstoffeinspritzmenge bewegbar ist. Im dargestellten Beispiel ist die Regeistange 3 mit einem Anschlagarm 5 versehen, der mit einem Anschlagglied 6 eines Servostellgliedes 7 zusammenwirkt.

Das Servostellglied 7 ist von einer elektronischen Steuerschaltung 8 ansteuerbar und besteht im wesentlichen aus einem mit einem Druckraum 9 versehenen hydraulischen Stellmotor 10, der mit einem Magnetventil 11 verbunden ist, das den Zu- und Rückfluß des als Steuerflüssigkeit dienenden, von einer Vorförderpumpe 12 der Einspritzpumpe 2 geförderten Kraftstoffs zum Druckraum 9 steuert. Das als Magnetschieberventil ausgebildete Magnetventil 11 weist eine Zwischenstellung auf, durch die, wie gezeichnet, eine Leitung 13 zum Druckraum 9 gegenüber einer Zulaufleitung 14 und einer Rücklaufleitung 15 gesperrt wird. Durch diese Ausbildung des Magnetventils 11 wird gegenüber sonst häufig gebrauchten impulsgesteuerten Ventilen Steuerflüssigkeit gespart. An die Zulaufleitung Ik ist zur Überbrückung von Druckschwankungen und zur Ermöglichung schneller Steuervorgänge ein Speicher 16 angeschlossen, der seinerseits über einen mit einem Rückschlagventil 20 versehenen Leitungsabschnitt l4a der Zulaufleitung 14 an eine Förderleitung 17 angeschlossen ist, durch die von einem Tank 18 durch die Förderpumpe 12 angesaugter Kraftstoff über ein Filter 19 zur Einspritzpumpe 2 gefördert wird. Das Rückschlagventil 20 verhindert ein Leerlaufen des Speichers 16. Zu viel geförderter Kraftstoff fließt in bekannter Weise über ein Druckhalte- oder Druckregelventil 21 und eine Rückströmleitung 22 zum Tank 18 zurück. .

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Der zusammen mit dem Magnetventil 11 als Servostellglied dienende hydraulische Stellmotor 10 weist in der vereinfachten Darstellung nach Figur 1 eine den Druckraum 9 begrenzende als bewegliche Wand dienende Membran 23 auf, die von der Seite des Druckraums 9 her vom Druck des über die Leitung 13 und vom Ventil 11 gesteuerten Kraftstoffs beaufschlagbar ist und auf der Gegenseite von einer sich am Gehäuse des Stellmotors 10 abstützenden Rückstellfeder 24 belastet ist. Die Membran 23 ist ferner fest mit dem Anschlagglied 6 verbunden, dessen vom Magnetventil 11 und der elektronischen Steuerschaltung 8 festgelegte Stellung RW die Stellung der Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 in Richtung größerer Einspritzmenge begrenzt] und zwar in Abhängigkeit von Betriebsgrößen, von denen die Drehzahl η des Motors, die Ansauglufttemperatur T^ und die Kraftstofftemperatur T„ sowie der als Meßgröße für die dem Motor zugeführte Luftmasse dienende im Saugrohr des Motors herrschende absolute Luftdruck p_T für die mit dem vorliegenden Beispiel durchgeführte Begrenzung der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge Q_m„^ die

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größte Bedeutung spielen.

Ein der Motordrehzahl proportionales Signal wird von einem mit einem Zahnrad 25 auf der Nockenwelle 26 der Einspritzpumpe 2 zusammenwirkenden Drehzahlgeber 27 der elektronischen Steuerschaltung 8 zugeführt. Der absolute, im Saugrohr des Motors herrschende Luftdruck p_T wird von einem Absolutdruckgeber 28

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gemessen und in ein Steuersignal für die elektronische Steuerschaltung 8 umgewandelt.

Der Absolutdruckgeber 28 besteht im wesentlichen aus einem eine Baugruppe evakuierter Membrandosen enthaltenden Druckgeber 29 und einem elektrischen Weggeber 31. An die elektronische Steuerschaltung 8 sind weiterhin ein Ansauglufttemperaturgeber 32 und ein Kraftstofftemperaturgeber 33, ein dem Starten des Motors dienender Fahrschalter 36 und ein die Stellung RW des Anschlag-

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gliedes 6 in die elektronische Steuerschaltung 8 rückführender Weggeber 37 angeschlossen.

Der Weggeber 37 ist notwendige da das Servostellglied 7 bei einer reinen Ansteuerung nicht genau genug arbeiten würde. Deshalb enthält auch die elektronische Steuerschaltung 8 einen vorteilhafterweise als PID-Regler ausgebildeten elektronischen Regelverstärker, der durch ein Schaltsymbol 38 angedeutet und zu Figur 9 näher beschrieben ist. Der elektronische Regelverstärker 38 erzeugt ein Steuersignal S für das Magnetventil 11, solange ein Unterschied zwischen dem vom Weggeber 37 gemessenen Istwert und einem von einem elektronischen Steuerglied 39 erzeugten Sollwert besteht. Das elektronische Steuerglied 39 enthält bekannte Bauteile, ist Teil der elektronischen Steuerschaltung 8 und hier nur andeutungsweise durch ein Kästchen innerhalb der Schaltung 8 eingezeichnet. Die Stopprichtung der Regelstange 3 ist durch den Pfeil 42 gekennzeichnet .

Das in Figur 1 in der elektronischen Steuerschaltung 8 nur angedeutete elektronische Steuerglied 39 enthält, wenn z. B. die Steuerschaltung 8 nur der Regelwegbegrenzung dient, einen Volllastregelweg-Kennfeldgenerator, der ein einer momentanen Drehzahl η zugehöriges Sollwertsignal S_ für die Stellung RW des Anschlaggliedes 9 erzeugt, und zwar in Abhängigkeit von den Signalen des Drehzahlgebers 27 und des als Luftmassengeber dienenden Absolutdruckgebers 28 entsprechend den für einen die Motorleistung begrenzenden Grenzwert (z. B. zulässige Rauchgrenze oder Beschleunigungsverhalten) unter Berücksichtigung der Einspritzpumpencharakteristik am Motor ermittelten Werten eines Vollastfördermengenkennfeldes (Eine solche Kennfeldsteuerung ist z. B. in einer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (P ) der Anmelderin beschrieben).

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Da die zu steuernde Vollastfördermenge nicht nur vom Druck p_r

sondern auch von der Ansauglufttemperatur T₁. abhängig ist, wird

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zur genauen Erfassung der Luftmasse in dem in Figur 1 angedeuteten elektronischen Steuerglied 39 der absolute Ansaugluftdruck p_L multiplikativ mit der Lufttemperatur Ίγ verknüpft, da die zugehörige Kraftstoffördermenge Q bzw. der zugehörige Regelweg RW der Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 bei Temperaturänderungen sich beträchtlich ändern.

Erfindungsgemäß wird nun zur Ansauglufttemperatur ίγ auch noch die Kraftstofftemperatur T„ berücksichtigt, die der Ansaugluft-

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temperatur T₁- entgegenwirkend in das elektronische Steuerglied 39 eingegeben wird. Eine besonders einfache und vorteilhafte Schaltung dazu ist nachfolgend zu den Figuren 2 bis 4 beschrieben.

In Figur 2 ist in einem Schaltbild die elektronische Steuerschaltung 8 mit dem Regelverstärker 38 und dem elektronischen Steuerglied 39 zusammen mit den zugehörigen Gebern, dem Servostellglied 7 und der Einspritzpumpe 2 mit dem Regler 1 für ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier ist das Anschlagglied 6 des Servostellgiedes 7 direkt auf die Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 einwirkend eingezeichnet, die Funktion entspricht aber genau dem in Figur 1 dargestellten Eingriff innerhalb des Reglers 1.

Das Schaltbild ist aus Gründen der Übersichtlichkeit so aufgebaut, da.il im linken Bereich die Geber und das elektronische Steuerglied 39 angeordnet sind, an den sich rechts eine elektronische Regelschaltung 44 für das Stellglied 7 mit dem Anschlagglied 6 anschließt, die den Regelverstärker 38 und den der Rückführung der Anschlaggliedstellung RW dienenden Weggeber 37 enthält. Der Drehzahlgeber 27 ist im Regler 1 angeordnet und sein Drehzahlsignal η wird in bekannter Weise durch

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eine Drehzahlelektronik im Steuerglied 39 zu einem drehzahlabhängigen Steuersignal umgewandelt, das beispielsweise wie zu Figur 2 beschrieben - einem Vollastregelweg-Kennfeldgenerator des Steuergliedes 39 zugeleitet wird.

Das elektronische Steuerglied 39 erzeugt ein Sollwertsignal S-j- in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal η des Drehzahlgebers. 27 und eines Signales S des Absolutdruckgebers 28. Das Signal S wird direkt vom elektrischen Weggeber 31 proportional zum Drucksignal p,- des Druckgebers 29 erzeugt, und in einer Verknüpfungsschaltung 45 durch die Signale T, und T„ des Ansauglufttemperaturgebers 32 und des Kraftstofftemperaturgebers korrigiert. Die Verknüpfung der Signale p, und T₃. des Druckgebers 29 und des Lufttemperaturgebers 32 erfolgt, wie bereits weiter vorne ausgeführt, multiplikativ. Dies geschieht dadurch, daß die Versorgungsspannung des in die Verknüpfungsschaltung 45 eingefügten elektrischen Weggebers 3I in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur T₁. von dem Lufttemperaturgeber 32 multiplikativ korrigiert wird. Eine additive Verknpüfung ist nur für geringere Ansprüche an die Genauigkeit der Steuerung zulässig.

Da sich die Masse des von der Einspritzpumpe geförderten Kraftstoffs bei Temperaturänderungen und bei gleichbleibendem Druck und Volumen ändert, wird die Versorgungsspannung des elektrischen Weggebers 31 zusätzlich von dem Kraftstofftemperaturgeber 33 korrigiert, dessen Steuersignal T„ dem Steuersignal T, des Lufttemperaturgebers 32 entgegenwirkend geschaltet ist, da in der Regel bei gleichen Temperaturen der Ansaugluft und des Kraftstoffs keine Korrektur des Steuersignals S notwendig ist.

Die multiplikative Verknüpfung beider Signale T₅. und T„ mit P_L kann in vorteilhafter Weise über eine Brückenschaltung 46 vorgenommen werden, die nachfolgend zu den Figuren 3 und 4

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näher beschrieben und in Figur 2 strichpunktiert angedeutet ist. Das Ausgangssignal der Brückschaltung 46 ist mit S^ bezeichnet und wird dann anstelle der Signale T^ und T^. als die Versorgungsspannung des Absolutdruckgebert 28 korrigierendes Signal in die Verknüpfungsschaltung 45 eingegeben.

Die in Figur 2 vereinfacht dargestellte und zu dieser Figur beschriebene multiplikative Verknpüfung der im Saugrohr des Motors herrschenden Lufttemperatur IV mit der Kraftstofftemperatur T.. geschieht in vorteilhafterweise, wie bereits in Figur 2 strichpunktiert angedeutet, durch die in Figur 3 dargestellte Brückenschaltung 46, die in jedem Brückenzweig je einen der Temperaturgeber 32 und 33 aufweist, und die mit dem Eingang eines als Proportionalverstärker mit einstellbarer Verstärkung ausgebildeten Differenzverstärkers 47 gekoppelt ist. Die je einem Brückenzweig zugeordneten Lufttemperaturgeber 32 und Kraftstofftemperaturgeber 33 sind zum Abgleich der temperaturabhängigen Steuerspannung mit je einem Abstimmwiderstand 48, 49 zusammengeschaltet und die beiden Temperaturgeber 32 und 33 sind vorzugsweise als NTC-Widerstände ausgebildet. Zum Abgleich der beiden Brückenhälften können letztere auch an zwei verschiedene Versorgungsspannungsquellen U und U„ angeschlossen werden, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Das Ausgangssignal S_T des Differenzverstärkers 47 kann zur Korrektur des Steuersignals S des Regelverstärkers 38 direkt in das elektronische Steuerglied eingegeben werden. Am wirkungsvollsten und kostengünstigsten ist es aber, wenn - wie in Figur 2 angedeutet - das Ausgangs^ signal S„ des Differenzverstärkers 47 die Versorgungsspannung des im Absolutdruckgeber 28 enthaltenen Weggebers 31 korrigiert, was in der Verknüpfungsschaltung 45 vorgenommen wird.

Bei Messungen am Motor hat es sich herausgestellt, daß eine Luft- und Kraftstofftemperaturkorrektur des Drucksignals p_L nicht nötig ist, wenn die Temperaturen beider Medien gleich

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sind. Deshalb ist die Brückenschaltung 46 nach den Figuren und 4 so aufgebaut, daß bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur, die in den Differenzverstärker 47 eingegebene Brüekenspanungsdifferenz Null ist. Ist jedoch eine geringe Korrektur notwendig, dann kann die Brückenschaltung 46 so eingestellt werden, daß bei gleichen Temperaturen die Brückenspannungsdifferenz einem vorbestimmten Wert entspricht.

Die beiden Ausführungsbeispiele zeigen eine Ansaugluft- und Kraftstofftemperaturkompensation bzw. -korrektur bei Steuereinrichtungen, durch die die Stellung des Fördermengenverstellgliedes 3 der Einspritzpumpe 2 in Richtung größerer Einspritzmenge begrenzt wird. Die gleiche Korrekturschaltung kann auch dann angewendet werden, wenn anstelle der die elektronische Steuerschaltung 8 enthaltenden Steuereinrichtung eine elektronische Regelschaltung vorhanden ist, die neben einem oder ohne mechanischen Drehzahlregler die Stellung des Fördermengenverstellgliedes in allen Betriebsbereichen des Motors bestimmt. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei Verwendung der Brückenschaltung nur eine Verstärkerelektronik für beide Temperaturkompensationen, d. h. der Ansauglufttemperaturkompensation und der Kraftstofftemperaturkompensation benötigt wird.

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Claims

265024b R. Ansprüche

1.) Steuereinrichtung zur temperaturabhängigen Beeinflussung eines die Stellung des Fördermengenverstellgliedes und damit die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors bestimmenden oder begrenzenden Servostellgliedes ₃ das von einer elektronischen Steuerschaltung ansteuerbar ist, die wenigstens einen von einer Betriebsmitteltemperatur des Motors beeeinflußbaren Temperaturgeber (Lufttemperaturgeber) zur temperaturabhängigen Korrektur des die Stellung des Servostellgliedes beeinflussenden Steuersignals aufweist, dadurch gekennzeichent_} daß zur exakten Anpassung der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge der Einspritzpumpe (2) an die dem Motor zugeführte Luftmasse als Ansauglufttemperaturgeber (32) und ein Kraftstofftemperaturgeber (33) einander entgegenwirkend in die elektronische Steuerschaltung (8) eingefügt sind, und daß die Differenz ihrer Aus gangs signale (T,. und T„) das Steuersignal (S) der Steuerschaltung (8) beeinflussen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansauglufttemperaturgeber (32) und der Kraftstofftemperaturgeber (33) in einer den Eingang eines Differenzverstärkers (^7) beaufschlagenden Brückenschaltung (^6) gekoppelt sind, und das Ausgangssignal (S^) des Differenzverstärkers (^7) an die das Servostellglied (7) steuernde elektronische Steuerschaltung (8) angeschlossen ist.

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3· Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die - vorzugsweise als NTC-Widerstände ausgebildeten - Temperaturgeber (32, 33) so geschaltet sind, daß bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur die in den Differenzverstärker (47) eingegebene Brückenspannungsdifferenz Null ist oder einem vorbestimmten Wert entspricht.

4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet j daß zum Abgleich der temperaturabhängigen Steuerspannung der beiden Temperaturgeber (32, 33) jedem Temperaturgeber ein Abstimmwiderstand (72, 73) zugeschaltet ist oder die Brückenhälften an verschiedene Versorgungsspannungsquellen (U., U„) angeschlossen sind (Figuren 3 und 4).

5. Steuereinrichtung nach einem, der Ansprüche 2 bis 4, mit einem der luftdruckabhängigen Korrektur des Steuersignals dienenden, den Luftdruck im Saugrohr des Motors messenden und in ein entsprechendes Signal umwandelnden Luftdruckgeber, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdruckgeber als Luftmassengeber dient und als ein den absoluten Luftdruck (p_r) im Saugrohr des Motors messender und in ein Drucksignal (S.) umwandelnder Absolutdruckgeber (28) ausgebildet ist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangs signal (S₁₃J des Differenzverstärkers (47) multipli-

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kativ in einer Verknüpfungsschaltung (15) mit dem Signal (p_L)
des Absolutdruckgebers (28) zusaramengeschaltet ist.

7. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (47) ein Proportionalverstärker mit einstellbarer Verstärkung ist (Figur 3),

8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder ¹J₃ dadurch

gekennzeichnet, daß durch das Ausgangsignal (Sm) des Differenzverstärkers (47) die Versorgungsspannung eines im Absolutdruckgeber (28) enthaltenen Weggebers (31) korrigierbar ist. .,

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