DE3148688A1

DE3148688A1 - Einrichtung zum erzeugen eines kraftstoffmengensignales

Info

Publication number: DE3148688A1
Application number: DE19813148688
Authority: DE
Inventors: Anton 7250 Leonberg Karle; Helmut 7000 Stuttgart Laufer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-12-09
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1983-06-16
Also published as: US4462361A; GB2112469A; JPS58104334A; DE3148688C2; GB2112469B; JPH0359263B2

Description

H. 17521

1.12.1981 Wt/Wl

ROBgRT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffmengensignales Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.

Für eine elektronische Mengenregelung bei einer Kraftstoff einspritzanlage, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, ist es erforderlich, sowohl eine Mengenzumeßeinrichtung, bestehend aus Steller und Steuerorgan sowie eine Mengenerkennung als Rückmeldung vorzusehen. Diese Rückmeldung über die eingespritzte Kraftstoffmenge ist überdies für eine elektronische Spritzverstellregelung erforderlich.

Es ist hierzu vorgeschlagen worden, die zugemessene Kraftstoffmenge aus der Spritzdauer, der Dauer eines in der Kraftstoffeinspritzanlage herrschenden Druckes oder der Schaltdauer eines für die Kraftstoffzumessung vorgesehenen Magnetventils abzuleiten. Diese vorgeschlagenen Möglichkeiten zur Erzeugung eines Kraftstoffmengensignales haben jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen Nachteile.

- t - η. ■ 17 5;

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß eine einfache und. zuverlässige Einrichtung dargestellt wird, die ein Kraftstoffmengensignal ohne nennenswerten Aufwand erzeugt, wobei insbesondere

Verschleiß, der ein axiales Verschieben des Pumpenkolbens \bei dpi TWl<*

bewirkt^ eliminiert word , deren Bewegung für die Erzeugung des Signales ausgewertet wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

So kann ein der Auslenkung des Pumpenkolbens entsprechendes Signal in einfacher Weise durch einen als Toroid ausgebildeten induktiven Sensor gewonnen werden. Andererseits kann aus der Unstetigkeit der am Magnetventil anliegenden Spannung durch einfache elektronische Schaltmittel ein das Zumeßende darstellendes Signal gewonnen werden.

Schließlich ist es mit der .erfindungsgemäßen Einrichtung in besonders einfacher Weise möglich, aus den den Zumeßbeginn und das Zumeßende darstellenden Signalen durch einfache Auswahl bzw. Umformung solche Signale zu gewinnen, die den Förderbeginn bzw. das Förderende darstellen, wodurch mit geringem Mehraufwand auch eine lastabhängige Regelung des Förderbeginnes möglich wird.

3U8688

Das Forclerende oder der Förderbeginn können gleichzeitig als Rückmeldesignal· für einen elektrischen Spritzverstel ler verwendet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer erfindüngsgeiaäßen Einrichtung; Figuren 2a und b Detaildarstellungen im Querschnitt von bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendeten Lagesensoren; Figuren 3a bis e Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem Pumpengehäuse 1 eine Bohrung 2 vorgesehen, in der Pumpenkolben 3 einen Pumpenarbeitsraum U einschließt. Der Pumpenkolben 3 wird über eine Nockenscheibe 5» die auf einem Bollenring 6 läuft, durch nicht weiter dargestellte Mittel angetrieben und führt dabei.bei seiner Drehbewegung eine hin- und hergehende Pumpenbewegung mit einem Ansaughub (Zumessung) und einem Förderhub aus. Die KraftstoffVersorgung des Pumpenarbeitsraum erfolgt über einen KraftstoffeinlaSkanal 8, der zu einem Punpensaugraum 9 führt. Dieser Saug-

3U8688

raum 9 wird mittels einer Kraftstofförderpumpe aus einem Kraftstoffbehälter 12 mit Kraftstoff versorgt, wobei der Druck im Pumpensaugraum 9 mit Hilfe eines Drucksteuerventils lh eingestellt wird, das parallel zur Kraftstofförderpumpe 11 geschaltet ist.

In dem Kraftstoffeinlaßkanal 8 ist ein über eine Leitung 13 von einem Steuergerät 15 elektrisch betätigbares Ventil 16, vorzugsweise ein Magnetventil, als Kraftstoffmengendosiereinrichtung eingesetzt. Stromabwärts dieses Ventils ist ferner ein in Richtung Kraftstoffzuflußrichtung in den Pumpenarbeitsraum k öffnendes Rückschlagventil 17 vorgesehen. Vom Pumpenarbeitsraum k führt ein im Pumpenkolben 3 angeordneter Entlastungskanal 18 ab, von dessen Ende eine Radialbohrung 19 nach außen führt. Eine weitere Radialbohrung 20 verbindet den Entlastungskanal 18 mit einer Verteilernut 21, durch die bei der Drehung des Pumpenkolbens 3 und dessen Förderhub nacheinander Förderleitungen 22 mit dem Pumpenarbeitsraum h verbunden werden. Die Förderleitungen sind entsprechend der Zahl zu versorgenden Zylinder der zugehörigen Brennkraftmaschine am Umfang-der Boh- · rung 2 verteilt und enthalten je ein Entlastungsventil 23 und sind rn.it je einem Einspritzventil 24 verbunden. In der Wand der 3ohrung 2 ist weiterhin eine Ringnut 26 vorgesehen, die über wenigstens eine Bohrung 27 mit dem Pumpensaugraum 9 verbunden ist. Die Ringnut 26 ist dabei so angeordnet, daß die Radialbohrung 19 im Pumpenkolben 3 ab einem maximalen Förderhub aufgesteuert wird, so daß der ab diesem Punkt bei der weiteren Hubbewegung des Pumpenkolbens 2 geförderte Kraftstoff über den Entlastungskanal 18,

3H8688

die Radialbohrung 19 und die Bohrung 27 in den Saugraum 9 abströmen kann und somit die Druckförderung in die Förderleitung 22 unterbrochen wird.

Der- Pumpenkolben 3 steht schließlich mit einer Sensoranordnung 25, die die relative Lage des Pumpenkolbens 3 erfaßt, in Wirkungsverbindung, wie dies in Figur 2a, b dargestellt ist.

Das Magnetventil 16 wird, wie erwähnt, über die Leitung mit einer Spannung U, die in Figur 1 schematisch angedeutet ist und nachstehend zu Figur 3a näher erläutert wird, von dem Steuergerät 15 gesteuert. Das Steuergerät 15 arbeitet dazu in Abhängigkeit von Parametern, die für die Bemessung und die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzmenge zu berücksichtigen sind. Das Steuergerät 15 kann dabei z.B. wenigstens ein Kennfeld enthalten, in dem Sollwerte für die zu einspritzende Kraftstoffmenge in mittelbarer oder unmittelbarer Form enthalten sind. In an sich bekannter Weise können hierbei als Parameter die Drehzahl, die Temperatur, der Luftdruck und die Last berücksichtigt werden.

Zur Rückmeldung über die tatsächlich zugemessene Kraftstoffinenge ist die erfindungsgemäße Einrichtung vorgesehen, die aus dem auf der Leitung 13 anstehenden Spannungsverlauf U und dem Signal der Sensoranordnung 25 ein Kraftstoffmengensignal bildet.

In Figur 2a und b sind Ausführungsformen der Sensoranordnung 25 dargestellt. Bei der in Figur 2a dargest'ellten Sensoranordnung ist eine toroidförznige Spule

3U8688

-€- R. · 7 5

50 vorgesehen, die den Pumpenkolben 3» der in der Bohrung 2 des Pumpengehäuses 1 läuft, umschließt. Die Spule 50 ist dabei in einer Kunststoffhalterung 51 angeordnet, die vom Pumpenkolben 3, dem Gehäuse 1 sowie einem Leitstück 52 umgeben wird. Der Pumpenkolben 3 weist an seinem, beim hin- und herbewegen an der Spule 50 vorbeibewegten Abschnitt eine Steuerkante 55 auf. Wie leicht zu ersehen ist, schließt sich in der in Figur 2a eingezeichneten Stellung des Pumpenkolbens 3 der magnetische Fluß über den Pumpenkolben 3> das Gehäuse 1 und das Leitstück 52. In Abhängigkeit von der Stellung des Pumpenkolbens 3 ist damit an der Spule 50 ein Signal abnehmbar, das mit dem hin-· und herbewegen des Pumpenkolbens 3 einen an- bzw. abfallenden Verlauf aufweist, so daß über eine nach'geschaltete Schwellwertstufe eine definierte Lageerkennung des Pumpenkolbens 3. möglich ist.

Eine Variante der in Figur 2a dargestellten.Anordnung zeigt Figur 2b. Dabei ist wiederum die Spule 50 in einer Kunst stoffhalterung 51 vorgesehen, die den Pumpenkolben 3 umgibt. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2a ist diesmal das Leitstück 53 U-förmig ausgebildet und seinerseits in einem Kunststoffhalteteil 5.^ angeordnet, das in das Pumpengehäuse 1 eingefügt wirdi Der magnetische Fluß wird in diesem Fall in Abhängigkeit von einer an der Spule 50 und dem Leitstück 53 vorbeibewegten Ringnut 56 des Pumpenkolbens 3 verändert. Hierdurch ergibt sich ein bipolares Signal, bei dem in schaltungstechnisch einfacher "Weise der Nulldurchgang als repräsentativ für eine bestimmte Stellung des Fumpenkolbens 3 ausgewertet werden kann. liier-

• · tt · ♦ · ·

• Λ ·

it-·

durch können sich schaltungstechnisch Vereinfachungen ergeben, da ein Nulldurchgang mit' elektronischen Mitteln leichter und präziser zu erfassen ist als das Über- bzw. Unterschreiten eines endlichen Spannungswertes.

Die Arbeitsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen soll nun anhand der Diagramme in Figur 3a bis e erläutert werden.

Figur 3b zeigt dabei die Erhebungskurve h der Nocken der Nockenscheibe 5 ■ über dem Drehwinkel o< . Durch entsprechende Ausgestaltung der Nockenscheibe 5 ist hierbei erzielt worden, daß die Hubänderung pro Drehwinkel 0< beim Förderhub des Pumpenkolens wesentlich gröEer ist als die Hubänderung während des Zumeßhubs des Pumpenkolbens 3. Dieser letztere Kurventeil B der Erhebungskurve verläuft sehr flach und bis auf den Grenzbereich bei den Umkehrpunkten des Pumpenkolbens 3 linear Der Förderhubteil A der Kurve in Figur 3b teilt sich auf in drei Streckenabschnitte. Zwischen dem unteren Totpunkt UT des Pumpenkolbens 3 bei Beginn des Förderhubs bis zu dem. Punkt FB (Förderbeginn) wird der im Pumpenarbeitsraum k vorhandene Kraftstoff soweit komprimiert, bis der Förderdruck, der ein Öffnen des Einspritzventils 2k bewirkt, erreicht ist. Der zweite Teil der Kurve erstreckt sich nun zwischen FB und FE (Förderende). In diesem Bereich wird Kraftstoff in den Förderkanal 22 befördert. Durch den Förderdruck wird weiterhin das Rückschlagventil 17, gegebenenfalls unterstützt durch die dort eingebaute Feder, geschlossen. Damit ist das elektrisch betätigbare Ventil 1o, das hier z.B. als Schieberventil ausgebildet ist, druckentlastet.

Bei Erreichen des Punktes FE der Erhebungskurve wird die Radialbohrung 19 in Verbindung mit der Ringnut gebracht, so daß der Druckraum k in den Saugraum 9 entlastet wird. Die restliche, vom Pumpenkolben 3 verdrängte Kraftstoffmenge fließt dorthin ab. Dies erfolgt im Bereich zwischen.dem Öffnen des Entlastungskanals, entsprechend dem Förderende FE und dem oberen Totpunkt OT. Spätesten bei Ereichen des Punktes OT wird das Magnetventil 16 geöffnet. Das Öffnen kann bereits früher geschehen, da während des Förderhubs der Kraftstoffeinlaßkanal 8 durch das Rückschlagventil 17 verschlossen ist. Im Bereich zwischen OT und dem Schließpunkt des Entlastungskanals, entsprechend dem Zumeßbeginn (ZB) wird nun über den großen Öffnungequerschnitt des Ventils 16 Kraftstoff angesaugt. Der Druckausgleich im Pumpenarbeitsraum kann ferner auch über den Entlastungskanal 18, die Radialbohrung 19 und die Bohrung 27 erfolgen. Im Bereich zwischen FE und ZB ist gewährleistet, daß der Druck im Arbeitsraum h ausgeglichen und der Arbeitsraum h ständig gefüllt und gespült ist. Ab Z3 beginnt der wirksame Saughub-des Pumpenkolbens 3. Bis zum Schließen "des Magnetventils ZE (Zumeßende) wird Kraftstoff angesaugt. Die wirksame Saughublänge cCp wird somit einerseits durch die geometrische Gestaltung der Kraftstoffeinspritzpumpe (Saughub h„ der Nocken der Nockenscheibe 5) bzw. durch die Lage der die Ringnut 26 begrenzenden Steuerkante bestimmt und andererseits durch die Schaltzeit des Magnetventils 1-6. In Figur 3a sind die Schaltzeiten des Magnetventils 16 aufgezeichnet, wobei <a£, die gesamte Öffnungszeit des Magnetventils 16 ist und qL _o die für die Zumessung wirksame Zeit bezeichnet.

λλ

Dabei ist in Figur 3a mit kO ein Spannungsverlauf für die am Magnetventil 16 wirksame Spannung bezeichnet. Der Spannungsverlauf besteht am Ende aus einem Überschvinger U1, der über einen Spannungsknick h-2 ausläuft. Dieser Spannungsknick k2 vird dadurch verursacht, daß die Nadel des Magnetventils 16 auf den Sitz des Magnetventils auftrifft, so daß sich hier die Diskontinuität des Weges der Nadel in einer Spannungsdiskontinuität niederschlägt. Dieser Spannungsknick ^2 läßt sich aus der auf der Leitung 13 herrschenden Spannung in an sich bekannter Weise ableiten, beispielsweise durch mehrmaliges Differenzieren des Verlaufes Uo. E3 versteht sich jedoch, daß auch andere bekannte Methoden zum Nachweis von Unstetigkeiten in Funktionsverläufen verwendet werden können.

Bei Auswertung des Spannungsknicks h2 ergibt sich ein das Zumeßende charakterisierendes Zumeßende-Signal 61, wie dies in Figur 3e im gleichen Winkelmaßstab aufgetragen ist. Das den Zumeßbeginn charakterisierende Signal, das in Figur 3d mit 60 bezeichnet ist, wird erfindungsgemäß über die Sensoranordnung 25 ermittelt, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist und hierzu erläutert wurde. Hierzu muß die Steuerkante 55 bzw. die Ringnut 56 des Pumpenkolbens 3 so angeordnet werden, daß sich dann das Zumeßbeginn-Signal 60 ergibt, wenn die Radialbohrung 19 wieder verschlossen wird und das Rückschlagventil 17 des Kraftstoffeinlaßkanales 8 öffnet.

Demnach stehen zwei Signale 60, 61 für Zumeßbeginn Z3 und Zumeßende ZE zur Verfügung, deren Abstand unmittelbar der tatsächlichen Kraft stoffmenge entspricht.

31A8688

-VC- R. - '

Wie ohne weiteres ersichtlich, erzeugt die Sensoranordnung 25 während jedes Spiels des Pumpenkolbens zwei Signale, von denen das eine - vie vorstehend erläutert - den Zumeßbeginn ZB, das andere jedoch das Förderenie FE darstellt. Andererseits kann über die Signale 60, 61 entsprechend SB und ZE der Zumeßhub h,j ermittelt werden, so daß über das Signal 60' des Förderendes FE und den Zumeßhub h„ auch der Förderbeginn FE bestimmt werden kann, wie dies aus Figur 3b ohne weiteres ersichtlich ist. Hieraus ergibt sich ein Signal 6l', das in an sich bekannter Weise für eine lastabhängige Regelung des Förderbeginnes verwendet werden kann. Es versteht sich dabei, daß diese Signale auch zum Darstellen der Spritzverstellerlage (οΟκ ) bzw. des Förderendes (qC».,)» bezogen auf den oberen Totpunkt (OT) der Brennkraftmaschine, herangezogen werden können.

-A3

Leerseite

Claims

R. - '■ -^J

1 . 12.1981 Wt/Wl

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

uj Einrichtung zum Erzeugen eines Kraftstoffmengensignales in einer Einspritzpumpe einer Brennkraftmaschine mit einem von einer Nockenscheibe (5) ausgelenkten Pumpenkolben (3), der Kraftstoff aus einem mit einem Magnetventil (16) versehenen Kraftstoffeinlaßkanal (8) ansaugt und in eine Förderleitung (22) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Kraftstoffmenge aus einem von einer mit dem Pumpenkolben (3) zusammenwirkenden Lagesensoranordnung (25) erzeugten Zumeßbeginn-Signal (βθ) und einem aus der am Magnetventil (16) anliegenden Spannung abgeleiteten Zumeßende-Signale (61) zusammen mit einem Nocken mit im Zumeßbereich konstanter Geschwindigkeit, bestimmt wird.

2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (25) einen mit einer magnetischen Diskontinuität, vorzugsweise einer Steuerkante (55) oder einer Ringnut (56) des Pumpenkolbens (3) zusammenwirkenden Induktivgeber aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivgeber eine um den Pumpenkolben (3) herum angeordnete Ringspule (50) aufweist.

3U8688

- 2 - R. ⁴ - ^J

U. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßende-Signal (61) aus dem beim Auftreffen der Ventilnadel auf den.Sitz des Magnetventils (16) entstehenden Spannungsknick (U2) im Spannungsverlauf (Uo)'am Magnetventil-. (1 6) abgeleitet wird.

5· Einrichtung nach Anspruch h_t dadurch gekennzeichnet, daß das Zumeßende-Signal (61) durch mehrmaliges Differenzieren des Spannungsverlaufes (Vo) gewonnen wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem von der Sensoranordnung (25) abgegebenen Signal ferner ein Förderende-Signal (βο¹) abgeleitet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Förderende-Signal (60¹) über den Zumeßhub

(h-j) der Nockenscheibe (5) ein Förderbeginn-Signal (61') gewonnen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (60') zusammen mit einem Signal, das den oberen Totpunkt (OT) der Brennkraftmaschine darstellt, gleichzeitig zur Rückmeldung der Spritzversteller· lage (cC^) bzw. des Förderendes. (06,) zum oberen Totpunkt (OT) dient.