DE3819616A1 - Anordnung zur verhinderung stoerender lastwechselschlaege einer fahrzeug-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung beschreibt die ältere Patentanmeldung P 36 40 563.1.

Bekanntlich tritt bei Kraftfahrzeugen, die mit Brennkraftmaschinen ausgerüstet sind, beim Lastwechsel, also beim Übergang von Schub- in Zugbetrieb, ein sogenannter Lastwechselschlag auf, der zu als Ruckeln bezeichneten Längsschwingungen des Fahrzeugs, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, führen kann. Diese Erscheinung wird im wesentlichen durch die kinetische Energie von Brennkraftmaschine und Antriebsstrang bestimmt, die während des Lastwechsels infolge von Elastizitäten und Spiel im Antriebs­ strang freigesetzt und zum Teil an die Fahrzeugkarosserie abgegeben wird. Die unerwünschten Lastwechselerscheinungen können daher weitgehend verhindert werden, wenn die während des Lastwechsels aufgebaute kinetische Energie auf ein Minimum reduziert wird. Dies geschieht sowohl in der älteren Anmeldung als auch in der vorveröffentlichten EP 01 55 993, F02D 11/10, in der Weise, daß die vom Gaspedal gegebenen Stellbefehle zum Leistungsstellglied, also beispielsweise einer Drosselklappe oder einer Regelstange einer Einspritzvorrichtung, verzögert übertragen werden; dabei wird unter verzögerter Übertragung eine Verflachung und damit Verlängerung des Anstiegs der Stellbefehle verstanden.

An sich ist zumindest während des normalen Betriebs der Brennkraft­ maschine diese Verzögerung der Übertragung der Gaspedalbefehle unerwünscht; sie wird aber bei dem letzterwähnten Stand der Technik in einem relativ großen Verstellbereich in Kauf genommen, um die noch unangenehmeren Fahrzeuglängsdynamik-Instabilitäten zu vermeiden oder auf ein erträgliches Maß zu verringern.

Die in der älteren Anmeldung beschriebene Anordnung beschränkt die die unerwünschten Lastwechselerscheinungen zumindest auf ein nicht störendes Maß verringernde Verzögerung der Befehlsübertragung auf einen sehr kleinen zeitlichen Bereich des Drehmomentenverlaufs der Brennkraftmaschine, nämlich in unmittelbarer Nähe des Nulldurch­ gangs dieses Verlaufs. Dabei findet die Erkenntnis Berücksichtigung, daß für den Lastwechselschlag praktisch nur die Vorzeichenumkehr des Drehmoments beim Übergang von Schub auf Zug verantwortlich ist.

Während die ältere Anmeldung also mit einem Eingriff in die Über­ tragung der vom Gaspedal gegebenen Beschleunigungsbefehle arbeitet, erfolgt in der Anordnung nach der älteren Patentanmeldung P 37 16 042.7 unter Verzicht auf eine derartige verzögerte Befehlsübertragung bei schnellen Gaspedalbewegungen einspritzpumpenseitig eine Unter­ drückung von Einspritzimpulsen in der Weise, daß zunächst eine relativ große Zahl von Einspritzimpulsen unterdrückt wird, während im weiteren Verlauf des Betriebs der Maschine die Zahl der unter­ drückten Einspritzimpulse kontinuierlich reduziert wird, bis schließ­ lich wieder alle Einspritzimpulse zugelassen werden. Zu dieser Impulsunterdrückung kann gemäß der älteren Patentanmeldung ein ohnehin vorhandenes Abstellventil herangezogen werden.

Bei dieser zuletzt beschriebenen Anordnung erfolgt also eine voll­ ständige Unterdrückung von Einspritzimpulsen und damit eine Folge von Zylinderabschaltungen. Im Gegensatz zu der eingangs genannten gattungsbildenden älteren Patentanmeldung sieht die zuletzt genannte Patentanmeldung keine Beschränkung der Maßnahmen auf den Bereich des Nulldurchgangs der Drehmomentenkurve vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sie mit geringem Aufwand sowohl bei elektronisch als auch bei mechanisch geregelten Einspritzmaschinen einsetzbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in ihrer bestechenden Einfachheit; bei Bewegungen des Gaspedals aus einer Nullaststellung (Leerlaufstellung) wird für eine vorgegeben Zeitspanne, die erfah­ rungsgemäß den Nulldurchgang des Drehmomentverlaufs beinhaltet, die Kraftstoffzufuhr auf den Nullastbedarf der Brennkraftmaschine reduziert. Dabei kann gegebenenfalls wiederum auf das Abstellventil zurückgegriffen werden, wenn dieses eine bestimmte, in Anspruch 4 angegebene Konstruktion besitzt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung für den Fall von Diesel­ maschinen werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die hier interessierenden Teile der Einspritzpumpe der nicht dargestell­ ten Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Ansteuerung in der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms des Ventils in Fig. 1,

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Gaspedalwegs,

Fig. 5 den mit der Anordnung nach Fig. 1 erzielten zeitlichen Drehmomentverlauf,

Fig. 6 eine vereinfachte Ausführungsform der Anord­ nung nach Fig. 1,

Fig. 7 eine andere konstruktive Lösung zur kurzzei­ tigen Begrenzung der zugeführten Kraftstoff­ menge,

Fig. 8 u. 9 damit erzielbare zeitliche Drehmomentverläufe und

Fig. 10 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist von der allgemein mit 1 bezeichneten, einen bekannten Aufbau besitzenden Kraftstoff-Ein­ spritzpumpe bei 2 die Zulaufbohrung mit dem Abstellventil 3, bei 4 der Hochdruck- oder Pumpenraum und bei 5 der Pumpenkolben darge­ stellt, der je nach seiner Drehstellung eine der mit Rückschlag­ ventilen 7 bestückten, zu den Einspritzdüsen der einzelnen Zylinder führenden Auslaßleitungen 8 mit dem Pumpenraum 4 in Verbindung bringt. Weitere Einzelheiten brauchen nicht angegeben zu werden, da Aufbau und Wirkungsweise derartiger Einspritzpumpen jedem Fachmann bekannt sind.

In Reihe mit dem Abstellventil 3 liegt das elektromagnetisch betä­ tigte Drosselventil 9, dessen profilierter Drosselzapfen 10 in seiner Arbeitsstellung gezeichnet ist, in der er nur einen begrenzten Strömungsquerschnitt in der Zulaufbohrung 2 freigibt. Dieser Strö­ mungsquerschnitt ist so bemessen, daß nur der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine bei Nullast gedeckt wird.

Durch entsprechende Stromzufuhr zur Erregerspule 11 des Drosselven­ tils 9 ist sichergestellt, daß während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine der Drosselzapfen 10 in Fig. 1 in Richtung nach oben in eine zurückgezogene Stellung bewegt ist, in der der volle Strömungsquerschnitt der Zulaufbohrung 2 freigegeben ist, und daß nur bei Beginn der Bewegung des Gaspedals aus seiner Null­ laststellung der Drosselzapfen 10 für eine vorgegebene kurze Zeit­ spanne zwischen etwa 0,03 und 0,5 sec in seine gezeichnete Drossel­ stellung bewegt wird. Diese Zeitspanne ist so gewählt, daß sie den Nulldurchgang des Drehmomentenverlaufs der Brennkraftmaschine erfaßt, wie noch anhand der Fig. 4 und 5 erläutert wird.

Fig. 2 gibt ein Schaltschema für die entsprechende Ansteuerung des Drosselventils 9: An dem bei 12 symbolisch dargestellten Gas­ pedal ist ein als Schalter ausgebildeter Stellungssensor 13 vorge­ sehen, der bei Beginn der Bewegung des Gaspedals aus seiner Ruhelage einen Impuls an das Steuergerät 14 liefert. Dieses ist gleichsam als Impulserzeuger ausgebildet, der einen Impuls mit einer Zeitdauer von etwa 0,03 bis 0,5 sec erzeugt, der die Bewegung des Drosselzap­ fens 10 des Drosselventils 9 in seine in Fig. 1 dargestellte wirksame Lage zur Folge hat. Üblicherweise wird man eine Ruhestromschaltung für die Erregerwicklung 11 vorsehen, so daß nach Betätigung des Zündschlosses der Drosselzapfen in seine zurückgezogene Lage bewegt und in dieser gehalten wird. Sobald nun das Gaspedal 12 seine Ruhestellung verläßt und der Schalter 13 wirksam wird, unterbricht der im Steuergerät 14 erzeugte Impuls für die vorgegebene Zeitspanne diesen Ruhestrom, so daß der Drosselzapfen beispielsweise unter der Wirkung einer Feder in seine in Fig. 1 dargestellte wirksame Lage verschoben wird.

Fig. 3 zeigt (ohne Berücksichtigung des Vorzeichens) den durch das Steuergerät hervorgerufenen Verlauf des Ansteuerstroms i für das Magnetventil 9 über der Zeit t: Im Zeitpunkt t 1 beginnt die Bewegung des Gaspedals 12 aus seiner Ruhelage; ausgelöst durch das Signal des Stellungssensors 13 wird der Strom i durch die Erregerwicklung 11 während der vorgegebenen Zeitspanne T so verän­ dert, daß der Drosselzapfen 10 in seine wirksame Lage gelangt, aus der er im Zeitpunkt T 2, d.h. nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne T, wieder zurückgezogen wird. Bis zum Zeitpunkt t 1 liegt Schubbetrieb vor, im Zeitpunkt t 2 beginnt (verständlicherweise nach einer kurzen Übergangsphase) der eigentliche Zugbetrieb der Brennkraftmaschine.

In Fig. 4 ist der Verlauf der Bewegung g (Winkel- oder Verstellweg) des Gaspedals über der Zeit t wiedergegeben, wobei eine sehr schnelle Gaspedalbetätigung im Zeitpunkt t 1 angenommen ist. Durch die anhand der bisherigen Figuren beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen stellt sich dann ein Verlauf des Drehmoments M _d der Brennkraftma­ schine über der Zeit t entsprechend Fig. 5 ein: Während des Schubbe­ triebs, d. h. vor dem Zeitpunkt t 1, erzeugt die Brennkraftmaschine verständlicherweise kein positives Drehmoment. Dies geschieht auch nicht unmittelbar im Zeitpunkt t 1, d. h. bei Beginn der Bewegung des Gaspedals aus seiner Nullage, sondern erst verschoben um die vorgegebene Zeitspanne T, d. h. vom Zeitpunkt t 2 ab. Während der vorgegebenen Zeitspanne T wird der Brennkraftmaschine nur so viel Kraftstoff zugeführt, daß ihr Nullastbedarf gedeckt ist, so daß ein schlagartiger Übergang von Schub- in Zugbetrieb vermieden ist.

Während in dem eben erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein separates Drosselventil in Reihe mit dem Abstellventil vorgesehen ist, zeigt Fig. 6 eine Konstruktion für die Einspritzpumpe (deren Einzelheiten mit denselben Bezugszeichen versehen sind), in der das Abstellventil und das Drosselventil zusammengefaßt sind. Dieses kombinierte Ventil 20 besitzt einen Zapfen 21 mit einem Sperrbe­ reich 22 und einem Drosselbereich 23. In der dargestellten Lage des Zapfens 21 ist der Drosselbereich 23 wirksam; es handelt sich also um die Verhältnisse während der vorgegebenen Zeitspanne T. Während dieser Zeitspanne wird der Erregerwicklung 24 also ein Erregerstrom zugeführt, der zwischen den Erregerströmen bei Leerlauf (der Zapfen 21 ist weiter in Fig. 6 nach unten bewegt, so daß sein Sperrbereich 22 wirksam ist) und dem Erregerstrom bei normalem Maschinenbetrieb (Drosselzapfen 21 in Fig. 6 ganz nach oben gezogen) liegt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 geht parallel zu den Auslaß­ leitungen 8 von dem Pumpenraum 4 die Bypassleitung 30 mit der Drossel 31 und dem Absperrventil 32 ab. Während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine ist das Absperrventil 32 geschlossen, so daß die den Einspritzdüsen zugeführte Kraftstoffmengen durch dieses Ventil nicht beeinflußt werden. Bei einem Lastwechsel wird dagegen, wiederum ausgelöst durch den Gaspedal-Stellungssensor, das Absperr­ ventil 32 für eine vorgegebene Zeitspanne geöffnet, so daß über die Drossel 31 derjenige Anteil der sonst in die Ausströmleitungen 8 gelangenden Kraftstoffmenge abgeleitet wird, der den Nullastbedarf der Maschine übersteigt. Grundsätzlich ergibt sich hier wiederum der anhand Fig. 5 erläuterte Drehmomentverlauf.

Es kann aber zweckmäßig sein, das Absperrventil 32 nicht so anzu­ steuern, daß es nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne schlagartig öffnet, sondern das Öffnen kontinuierlich oder stufenförmig zu verzögern. Die Fig. 8 und 9 geben hierfür Beispiele. In ihnen ist wiederum der zeitliche Verlauf des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Drehmoments M _d dargestellt, wobei im Zeitpunkt t 1 eine schlagartige Öffnungsbewegung des Gaspedals angenommen ist. Betrachtet man zunächst das Diagramm nach Fig. 8, so wird, ausgelöst durch den Beginn der Gaspedalbewegung im Zeitpunkt t 1, das Absperr­ ventil 32 (Fig. 7) für eine vorgegebene Zeitspanne T′ voll geöffnet und anschließend kontinuierlich vom Zeitpunkt t 3 während einer Zeitspanne T′′ wieder geschlossen. Der Drehmomentverlauf verharrt während der Zeitspanne T′ also in der Nähe des Nulldurchgangs des Drehmoments, und anschließend erfolgt eine endliche Zunahme desselben.

Ähnlich verhält sich die Anordnung im Fall einer stufenweisen Rückbewegung des Absperrventils 32 in seine geschlossene Stellung.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, in der die Einzelheiten der Pumpe wiederum die bereits benutzten Bezugszeichen tragen, ist dem Pumpenraum 4 eine besonders ausgebildete Bypassleitung 40 zugeordnet. Sie enthält in Reihenschaltung das Rückschlagventil 41, den Pufferraum 42 und das Absperrventil 43. Diese Anordnung erzeugt einen Drehmomentverlauf entsprechend Fig. 8.

Wiederum ist im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine das Absperrven­ til 43 geschlossen; das Puffervolumen 42 steht unter einem Druck, der etwa dem höchsten Förderdruck der Einspritzpumpe 1 entspricht. Das bedeutet, daß der gesamte von dieser geförderte Kraftstoff zu den Einspritzdüsen gelangt.

Beim Übergang von Schub in Zug, also beim Lastwechsel, wird das Absperrventil 43 kurzzeitig, maximal für 0,1 sec, geöffnet, so daß der Druck im Puffervolumen 42 abgebaut wird. Dies hat zur Folge, daß unter Öffnen des Rückschlagventils 41 ein Teil des geförderten Kraftstoffs über die Drossel in das Puffervolumen 42 gelangt. Durch die Kompression des Kraftstoffs baut sich hier zunehmend ein höherer Druck auf, so daß der Anteil des in das Puffervolumen gelangenden Kraftstoffs von Einspritzvorgang zu Einspritzvorgang kleiner und schließlich Null wird. Umgekehrt nimmt dann der Anteil des den Einspritzdüsen zugeführten Kraftstoffs stetig zu.

Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß kritische, d. h. genau einzuhaltende Ansteuerzeiten für das Absperr­ ventil 43 vermieden sind, es braucht lediglich kurzzeitig aufge­ steuert zu werden.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine Anordnung gemäß dem Qberbegriff des Patentanspruchs 1 geschaffen, die auch bei mechanisch geregelten Einspritzmaschinen (Benzin- oder Dieselmaschinen) eingesetzt werden kann und mit besonders geringem aufwand arbeitet. Wie die Beschrei­ bung der Ausführungsbeispiele zeigt, sind elektronische Kennfeld­ speicher oder dergleichen nicht unbedingt erforderlich.

Claims (10)

1. Anordnung zur Verhinderung störender Lastwechselschläge bei einer zum Fahrzeugantrieb dienenden, mit Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Verzögerung der Auswirkung von einem Gaspedal gegebener Stellbefehle für die Kraftstoffzufuhr nur im Bereich des Nulldurchgangs des Drehmomentenverlaufs der Brennkraftmaschine, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kraftstoff-Einspritzpumpe (1) der Brennkraft­ maschine ein Ventil (9) zugeordnet ist, das durch einen Gaspedal- Stellungssensor (13) nur bei beginnender Gaspedalbewegung aus der Nullaststellung für eine vorgegebene Zeitspanne (T) im Sinne einer Begrenzung der zu den Einspritzdüsen gelangenden Kraftstoffmenge etwa auf den Nullastbedarf der Brennkraftmaschine betätigt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne (T) im Bereich von etwa 0,03 bis 0,5 sec liegt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein im Zulaufkanal (2) der Einspritzpumpe (1) angeordnetes Drosselventil (9) ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil in ein Abstellventil (20) in der Weise integriert ist, daß ein den Strömungsquerschnitt bestimmender Zapfen (21) desselben außer in eine Freigabe- und eine Sperrstellung in eine Drosselstellung bewegbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein parallel zum Auslaß (8) der Einspritzpumpe (1) liegendes Bypassventil (32) ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne (T) im Bereich von etwa 0,03 bis 0,5 sec liegt.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem nur eine Freigabe- und eine Absperrstellung besitzenden Bypassventil (32) eine feste Drossel (31) liegt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zum verzögerten Öffnen bzw. Schließen des Ventils (9, 32) vorgesehen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bypassventil (43) ein Pufferraum (42) und diesem ein Rückschlagventil (41) vorgeschaltet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungszeitspanne (T′) des Bypassventils (32) größen­ ordnungsmäßig 0,1 sec beträgt.