DE2650246C2 - Steuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors - Google Patents

Steuereinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Steuereinrichtung nach dem gattungsbildenden Oberbegriff des Hauptanspruchs. Aus der FR-PS 20 87 193 ist eine Steuereinrichtung zur Beeinflussung eines die Stellung des Förderinengenverstellgliedes und damit die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors bestimmenden oder begrenzenden VerStellgliedes bekannt Das VerstelIglied wird von einer elektronischem Steuerschaltung angesteuert, der eine Reihe den Betriebszustand der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Signale zugeführt werden. Zu diesen Signalen gehören Wassertemperatur, Lufttemperatur, Luftdruck und Drehzahl. Dabei wirkt ein aus dem Luftdrucksignal und dem Lufttemperatursignal gebildetes Differenzsignal über die Steuerschaltung auf das Stellglied ein. Den gesteigerten Anforderungen an die Kraftstoffzumessung bei Dieselmotoren genügen solche Korrekturen jedoch nicht mehr, da beim Dieselmotor Luft- und Kraftstoffmasse exakt einander zugeordnet werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die exakte Zuordnung von Luft- zu Kraftstoffmasse, insbesondere im Bereich der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge, so gut wie möglich zu realisieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmaie. Zusätzlich zum Signa! eines die Luftmasss messenden Gebers wird als weiterer Geber ein Kraftstofftemperaturgeber verwendet, dessen Ausgangssignal ebenfalls auf die Steuereinrichiung wirkt
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 richtigen 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 Brückenschaltung ändert sich die nachfolgende, ggf. ein Fördermengenkennfeld enthaltende Steuerschaltung nicht.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig.2 ein vereinfacht dargestelltes Schaltbild des vorherigen Auiiührungsbeispiels und
F i g. 3 und 4 je eine Brückenschaltung zur Verknüpfung des Ansaugluft- und Kraftstofftemperatursignals.
Beschreibung
Die in Fig. 1 vereinfacht dargestellte Steuereinrichtung weist eine mit einem mechanischen Drehzahlregler
1 ausgestattete Kraftstoffeinspritzpumpe 2 auf, deren als Fördermengenverstellglied dienende Regelstange 3 in bekannter und nicht näher dargestellter Weise von dem Drelizahlregler 1 in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Stellung eines mit 4 bezeichneten Bedienungshebels zur Änderung der von der Einspritzpumpe
2 geförderten Kraftstoffeinspritzmenge bewegbar ist Im dargestellten Beispiel ist die Regelstange 3 mit einem Anschlagarm 5 versehen, der mit einem Anschlagglied 6 eines ServostelIgIiedes 7 zusammenwirkt
Das ServostelIglied 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 Zulaufieitung 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 14 ist zur Überbrückung von Druckschwankungen und zur Ermöglichung schneller Steuervorgänge ein Speicher 16 angeschlossen, der seinerseits über einen mit einem Rückschlagventil 20 versehenen Leitungsabschnitt 14a 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.
Der zusammen mit dem Magnetventil 11 als Servostellglied dienende hydraulische Stellmotor 10 weist in der vereinfachten Darstellung nach F i g. 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 RWx 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 Tl und die Kraftstofftemperatur 7* sowie der als Meßgröße für die dem Motor zugeführte Luftmasse dienende im Saugrohr des Motors herrschende absolute Luftdruck pi_ für die mit dem vorliegenden Beispiel durchgeführte Begrenzung der höchstzulässigen Kraftstoffördermenge Qnax die größte Bedeutung spielen.
Ein der Motordrehzahl proportionales Signal wird ίο 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 pe wird von einem Absolutdruckgeber 28 gemessen und in ein Steuersignal für die elektronische Steuerschaltung 8 umgewandelt
Der Absolutdruckgeber 28 besteilt im wesentlichen aus einem eine Baugruppe evakuierter Membrandosen enthaltenden Druckgeber 29 und einem elektrischen Weggeber 31. An die elektronische Steuerschaltung 8 sind weiterhin ein Ansauglufttempeiatiygeber 32 und ein Kraftstofftemperaturgeber 33, ein dem Starten des Motors dienender Fahrschalter 36 und ein die Stellung RWx des Anschlaggliedes 6 in die elektronische Steuerschaltung 8 rückführender Weggeber 37 angeschlossen. Der Weggeber 37 ist notwendig, 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 ist Der elektronsiche 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 F i g. 1 in der elektronischen Steuerschaltung 8 nur angedeutete elektronische Steuerglied 39 enthält, wenn z. B. die Steuerschaltung 8 nur der Regelwegbegrenzung dient, einen Vollastregelweg-Kennfefdgenerator, der ein einer momentanen Drehzahl η zugehöriges Sollwertsignal 5/ für die Stellung R Wx 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 BeschIeunigurgsyerhalten) unter Berücksichtigung der Einspritzpumpencharakteristik am Motor ermittelten Werten eines Vollastförtiermengenkennfeldes.
Da die zu steuernde Vollastfördermenge nicht nur vom Druck pi sondern auch von der Ansauglufttemperatur Tl abhängig ist, wird zur genauen Erfassung der Luftmasse in dem in F i g. 1 angedeuteten elektronisehen Steuerglied 39 der absolute Ansaugluftdruck pL multiplikativ mit der Lufttemperatur Tl verknüpft, da die zugehörige Kraftstoffördermenge Q bzw. der zugehörige Regelweg ÄWder Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 bei Temperaturänderungen sich beträchtlich ändern.
Erfindungsgemäß wird nun zur Ansauglufttemperatur Tl auch noch die Kraftstofftemperatur Tk berücksichtigt, die der Ansauglufttemperatur Tl entgegenwir-
kend in das elektronische Steuerglied 39 eingegeben wird. Eine besonders einfache und vorteilhafte Schaltung dazu ist nachfolgend zu den F i g. 2 bis 4 beschrieben.
In Fig.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 Ausführtingsbeispiel dargestellt. Hier ist das Anschlagglied 6 te des Servostellgliedes 7 direkt auf die Regelstange 3 der Einspritzpumpe 2 einwirkend eingezeichnet, die Funktion entspricht aber genau dem in Fig. I dargestellten Eingriff innerhalb des Reglers I.
Das Schaltbild ist aus Gründen der Übersichtlichkeit so aufgebaut, daß 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 An-Schlaggliedstellung RWx dienenden Weggeber 37 enthält. Der Drehzahlgeber 27 ist im Regler 1 angeordnet und sein Drehzahlsignal η wird in bekannter Weise durch eine Drehzahlelektronik im Steuerglied 39 zu einem drehzahlabhängigen Steuersignal umgewanaelt, das beispielsweise — wie zu F i g. 1 beschrieben — einem Vollastregelweg-Kennfeldgenerator des Steuergliedes 39 zugeleitet wird.
Das elektronische Steuerglied 39 erzeugt ein Sollwertsignai S/ in Abhängigkeit von dem Drehzahlsignal η des Drehzahlgebers 27 und eines Signales Sp des Absolutdruckgebers 28. Das Signal Sp wird direkt vom elektrischen Weggeber 31 proportional zum Drucksignal pi des Druckgebers 29 erzeugt, und in einer Verknüpfungsschaltung 45 durch die Signale Ti und Tk des Ansauglufttemperaturgebers 32 und des Kraftstofftemperaturgebers 33 korrigiert. Die Verknüpfung der Signale Pl und Tl 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 31 in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur Tl von dem Lufttemperaturgeber 32 multiplikativ korrigiert wird. Eine additive Verknüpfung 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 Tk dem Steuersignal Tl des Lufttemperaturgebers 32 entgegenwirkend geschaltet ist, da in der Regel bei gleichen Temperaturen der Ansaugluft und des Kraftstoffs keine Korrektur des Steuersignals Sp notwendig ist
Die multiplicative Verknüpfung beider Signale Tl und Tk mit pl kann in vorteilhafter Weise über eine BrückenschaJtung 46 vorgenommen werden, die nachfolgend zu den F i g. 3 und 4 näher beschrieben und in F i g. 2 strichpunktiert angedeutet ist Das Ausgangssignal der Brückschaltung 46 ist mit St bezeichnet und wird dann anstelle der Signale Ti und Tk als die Versorgungsspannung des Absolutdruckgebers 28 korrigierendes Signal in die verknüpfungsschaltung 45 eingegeben.
Die in F i g. 2 vereinfacht dargestellte und zu dieser Figur beschriebene multiplikative Verknüpfung der im Saugrohr des Motors herrschenden Lufttemperatur Ti mit der Kraftstofftemperatur Tk geschieht in vorteilhafterweise, wie bereits in F i g. 2 strichpunktiert angedeutet, durch die in F i g. 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 Versorgunigsspannungsquellen U\ und Ui angeschlossen werden, wie dies in Fig.4 dargestellt ist. Das Ausgangssignal Srdes Differenzverstärkers 47 kann zur Korrektur des Steuersignals 5 des Kegeiverstärkers 38 direkt in das elektronische Steuerglied 39 eingegeben werden. Am wirkungsvollsten und kostengünstigsten ist es aber, wenn — wie in F i g. 2 angedeutet — das Ausgangssignal Srdes 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 tuft- und Kraftstofftemperaturkorrektur des Drucksignals pz. nicht nötig ist, wenn die Temperaturen beider Medien gleich sind. Deshalb ist die Brückenschaltung 46 nach den Fig.3 und 4 so aufgebaut, daß bei gleicher Luft- und Kraftstofftemperatur, die in den Differenzverstärker 47 eingegebene Brückenspannungsdifferenz Null ist. Ist jedoch eine geringe Korrektur notwendig, dann kann die Brückenschaltung 46 so eingestellt werden, daß bei gleichen Temperaturen die Brükkenspännüfigsdifferenz einem vorbestimmten Wert entspricht.
Die beiden Ausführungsbeispiele zeigen also eine Ansaugluft- und Kraftstofftemperaturkompensation bzw. -korrektur bei Steuereinrichtungen, durch die die Stellung des Fördermengenverstellgliedes 3 der Einspritzpumpe 2 in Richtung größerer Einspritzmenge begrenzt wird. 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Steuereinrichtung zur temperaturabhängigen Beeinflussung eines die Stellung des FördermengenverStellgliedes und damit die Fördermenge der Kraftstoffeinspritzpumpe eines Dieselmotors bestimmenden oder begrenzenden Servostellgliedes, das mittels eines Steuersignals von einer elektronischen Steuerschaltung ansteuerbar ist, die einen Ansauglufttemperaturgeber zur temperaturabhängigen Korrektur des die Stellung des Servostellgliedes beeinflussenden Steuersignals sowie einen weiteren Geber für einen Betriebsparameter des Dieselmotors aufweist, wobei zur exakten Anpassung der is höchstzulässigen Kraftstoffördermenge der Einspritzpumpe an die dem Motor zugeführte Luftmasse der Ansauglufttemperaturgeber und der weitere Geber einander entgegenwirkend in die elektronische Steuersdialtung eingefügt sind und wobei die Differenz ihrer Ausgangssignale das Steuersignal der Steuerschaltung beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Geber ein Kraftstofftemperaturgeber (32) verwendet wird.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaug'ufttemperaturgeber (32) und der Kraftstofftemperaturgeber (33) in einer den Eingang eines Differenzverstärkers (47) beaufschlagenden Brückenschaltung (46) gekoppelt sind, und das Ausgangssignal (St) des Differenzverstärkers (47) an die das Servostellglied (7) steuernde elektronische Steuerschaltung (8) angeschlossen ist.
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, 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\, U2) angeschlossen sind (F i g. 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 (pCj im Saugrohr des Motors messender und in ein Drucksignal (S1) umwandelnder Absolutdruckgeber (28) ausgebildet ist.
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (St) des Differenzverstärkers (47) multiplikativ in einer Verknüpfungsschaltung (45) mit dem Signal (pi) des Absolutdruckgebers (28) zusammengeschaltet ist.
7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (47) ein Proportionalverstärker mit einstellbarer Verstärkung ist (F i g. 3).
8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 5
oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Ausgangssignal (St) des Differenzverstärkers (47) die Versorgungsspannung eines im Absolutdruckgeber (28) enthaltenen Weggebers (31) korrigierbar ist
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