DE2903875A1

DE2903875A1 - Brennkraftmaschine mit kraftstoffeinspritzung, insbesondere dieselmotor

Info

Publication number: DE2903875A1
Application number: DE19792903875
Authority: DE
Inventors: John Dipl Ing Noraberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1979-08-23
Also published as: GB2014656A; JPS54123624A; FR2417642A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere Dieselmotor, mit einer Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes.

Um ein gutes Betriebsverhalten eines Dieselmotors über den gesamten Drehzahlbereich zu erreichen, wird der Einspritzzeitpunkt Üblicherweise der jeweiligen Drehzahl angepaßt. Tor allem bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung kann in einem großen Drehzahlbereich die Motorleistung verbessert werden, wenn der Einspritzbeginn mit steigender Drehzahl vorverlegt wird. Dazu dienen automatische Spritzversteller, die den Spritzbeginn durch Verdrehen der Einspritzpumpenwelle gegenüber der Antriebswelle verlegen. Sie sind meist als Fliehkraftversteller ausgebildet. Aufgrund der Funktionsweise dieser Bauart von Spritzverstellern ist es nicht möglich, andere Motorbetriebsgrößen außer der Motordrehzahl zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes heranzuziehen. In neuerer Zeit werden jedoch an.den Dieselmotor zunehmend höhere Forderungen hinsichtlich seines Kraftstoffverbrauches und seiner Emission an Schadstoff anteilen gestellt. Diese Forderungen können nur erfüllt werden, wenn auch andere Motorbetriebsgrößen, wie Last, Betriebstemperaturen, Drücke am Turbolader etc. sowie die Startphase bei der Einstellung des Einspritzzeitpunktes berücksichtigt werden.

Bei Dieselmotoren, die mit sogenannten Einspritzpumpendüsenelementen ausgerüstet sind, die über Kipphebel von der Nockenwelle betätigt werden und bei denen die Verstellung des Einspritzzeitpunktes durch eine Lageänderung der Kipphebel gegenüber &en Einspritznocken mit Hilfe einer Exzenterwelle durchgeführt wird, können die eingangs beschriebenen Spritzversteller auf Fliehkraftbasis nicht Verwendung finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, bei der mehr als nur eine Motorbetriebsgröße Berücksichtigung finden kann und die auch für einen Motor mit Einspritzpumpendüsenelementen geeignet ist. Dazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zur Betätigung der Ver-

909834/0654

stelleinrichtung des Einspritzzeitpunktes ein Kraftverstärker vorgesehen ist, der mit einem elektrischen Stellglied zusammenarbeitet und daß eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von mindestens einer Motorbetriebsgröße erfolgt, wobei der bzw. jeder Motorbetriebsgröße ein Meßwertgeber zugeordnet ist, der ein der jeweiligen Meßgröße entsprechendes elektrisches Signal abgibt, und daß ein elektronisches Auswertegerät z.B. ein Mikroprozessor vorgesehen und mit den Meßwertgebern elektrisch verbunden ist, welches bzw. welcher ein dem jeweils optimalen Einspritzzeitpunkt des Motors entsprechendes Sollwert-Ausgangssignal zur Verfugung stellt, und daß weiter ein ein elektrisches Istwert-Signal abgebender Einspritzzeitpunkt-Geber sowie ein Positionsregler, dem Sollwert- und Istwert -Signal zugeführt werden, vorgesehen ist, der bei Auftreten einer Differenz zwischen den beiden Signalen das elektrische Stellglied ansteuert und damit über den Kraftverstärker eine Einspritzzeitpunktverstellung auslöst, die solange stattfindet, bis keine wesentliche Differenz zwischen Ist- und Sollwert mehr auftritt. Mit dieser Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes ist es möglich, praktisch beliebig viele Motorbetriebsparameter bei der Einstellung des jeweils optimalen Einspritzzeitpunktes zu berücksichtigen. Dadurch, daß außer der eigentlichen Verstelleinrichtung keine mechanischen Teile für die Herstellung des Zusammenhanges zwischen der jeweiligen Motorbetriebsgröße und dem Einspritzzeitpunkt erforderlich sind, kann die beschriebene Einrichtung nahezu verzögerungsfrei, sehr präzise und ohne wesentlichen Verschleiß arbeiten. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß mit Hilfe des elektronischen Auswertegerätes nicht nur eine Optimierung des Einspritzzeitpunktes im Hinblick auf geringsten Verbrauch erfolgen kann, sondern daß in bestimmten Betriebsbereichen des Motors auch eine Optimierung des Einspritzzeitpunktes im Hinblick auf minimale Emissionswerte erfolgen kann.

909834/0654

2003875

- ο —

In Weiterbildung der Erfindung kann zwischen Meßwertgeber und Auswertegerät je Meßwertgeber ein Funktionsgenerator eingeschaltet sein, der jeweils ein Ausgangssignal herstellt, daß dem, für den jeweiligen, in Form des Gebersignales festgelegten Betriebszustand, optimalen Einspritzzeitpunkt entspricht, wobei im Auswertegerät die Summierung der Ausgangssignale aller Funktionsgeneratoren und die Bildung eines dem resultierenden Einspritzzeitpunkt entsprechenden Sollwert-Signales erfolgt. Diese Lösung ermöglicht einen einfacheren, leicht überschaubaren Aufbau der Einrichtung, wobei die zuvor genannten Vorteile aufrecht bleiben. Diese Ausführung eignet sich vor allem für Motoren, bei dem die Abhängigkeit des Einspritzzeitpunktes von den verschiedenen Motorbetriebsgrößen durch eine einfache Funktion dargestellt werden kann. Es ist dabei auch möglich, mehrere Signale von Meßwertgebern bereits vor der Zuführung zum Auswertegerät zu vereinen und so einen noch einfacheren Aufbau der Einrichtung zu erhalten.

Bei Brennkraftmaschinen mit über Kipphebel von der Nockenwelle betätigten Einspritzpumpendüsenelementen und Kipphebel— Exzenterwelle zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes kann, nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß der Kraftverstärker an einer, an der Exzenterwelle angeordneten Drehvorrichtung, z.B. einem Hebel, angreift.

Damit ist es möglich die Vorteile der beschriebenen Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes auch für Motoren, die mit Einspritzpumpendüseneleraenten ausgerüstet sind anzuwenden. Die Verstellung des Hebels an der Exzenterwelle mittels des Kraftverstärkers kann dabei auf besonders einfache Weise durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaubild der erfindungsgemäßen Einrichtung bei der Verwendung: von Einspritzpumpendüsenelementen und Fig. 2 ein analoges Schaltbild einer Aus f ührungßvariante.

909834/0654

Gleiche Teile sind gleich bezeichnet. Die Betätigung der Einspritzpumpendüsenelemente 1 erfolgt von der Nockenwelle 2, die neben den Nocken für die Ventilbetätigung der Brennkraftmaschine auch die Einspritznocken 3' aufweist, die über den Kipphebel 3 die Einspritzpumpendüsenelemente betätigen. Die Kipphebel 3 sind auf einer Exzenterwelle 4 drehbar gelagert und an der Exzenterwelle ist ein Hebel 5 angeordnet. Der Hebel 5 steht in Antriebsverbindung mit einem Kraftverstärker 6, der seinerseits von einem elektrischen Stellglied 7 betätigt wird. Die Regelung der Brennkraftmaschine erfolgt wie üblich mit Hilfe der Regelstange 8, die über den Hebel 9 rom nicht dargestellten Fahrpedal betätigt wird. Zur Erfassung des Betrieb s zustande s des Motors sind folgende Meßwertgeber vorgesehen: Die Motordrehzahl wird mit Hilfe eines schematisch dargestellten Drehzahlgebers 10 erfaßt, der ein der Drehzahl proportionales elektrisches Signal abgibt. Für die Belastung des Motors wird die Stellung der Regelstange 8 herangezogen» zu welchem Zweck an ihr ein Positionsgeber 11 angeordnet ist, der ebenfalls ein der Regelstangenstellung proportionales elektrisches Signal abgibt. Weiters ist vorgesehen ein. Temperaturfühler 12_r der eine für den Motor charakteristische Betriebstemperatür, vorzugsweise die Temperatur des Kühlmittels,, in eine elektrische Meßgröße umsetzt. Wenn die Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug; eingebaut ist, so kann auch ein Geschwindigkeitsgeber 13 vorgesehen sein* der ebenfalls ein geschwindigkeitsproportionales elektrisches Signal abgibt. Dieser Geschwin— digkeitsgeber kann dabei beispielsweise mit einem der Fahrzeugräder oder der ßetriebeabtriebswelle in Verbindung stehen oder es kanu sich dabei um eine elektrische Spannungsteilers ehalt ung handeln, die in Abhängigkeit von der Gangstellung das vom Drehzahlgeber abgegebene Signal entsprechend abändert. Weiters ist ein Startschalter 14 vorgesehen r der bei Schließen des Änlasserstromkreises,,, dargestellt durch das Schalter symbol 14% in FumktioEL gesetzt

. 909S34/0654

wird. Zur Erfassung des jeweiligen Einspritzzeitpunktes ist ein Einspritzzeitpunkt-Geber vorgesehen, der im Falle des Ausführungsbeispieles als mit dem Hebel 5 der Exzenterwelle 4 in Verbindung stehender Positionsgeber 15 ausgeführt ist. Der Positionsgeber 15 gibt wieder ein der Hebelstellung und damit dem Einspritzzeitpunkt proportionales elektrisches Signal ab. Mit Ausnahme des Einspritzzeitpunkt-Gebers stehen alle Meßwertgeber der Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät 16 in elektrischer Verbindung. Das Steuergerät ist seinerseits mit einem Positionsregler 17 elektrisch verbunden, der wiederum eine elektrische Verbindung zum elektrischen Stellglied 7 aufweist. Der Einspritzzeitpunkt-Geber 15 ist direkt mit dem Positionsregler 17 elektrisch verbunden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist anstelle des Steuergerätes ein einfacher Summierer 18 angeordnet. Zwischen jedem Meßwertgeber der Brennkraftmaschine und dem Summierer 18 ist je ein Funktionsgenerator zwischengeschaltet. Der Funktionsgenerator für die Drehzahl ist mit 10·, der für die Regelstangenstellung 11', der für die Temperatur mit 12· und der für die Geschwindigkeit mit 13' bezeichnet. Es ist auch möglich, zwei Meßwerte in einem Funktionsgenerator zusammenzufassen, und das resultierende Signal dem Summierer 18 zuzuführen. Diese Zusammenschaltung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der Zusammenhang der jeweiligen Meßgröße mit dem Einspritzzeitpunkt durch die gleiche oder eine ähnliche Funktion dargestellt werden kann.

Der Vorgang zur automatischen Einstellung eines bestimmten Einspritzzeitpunktes mit Hilfe der Erfindung wird im Folgenden beschrieben: Entsprechend dem Betriebszustand des Motors geben die einzelnen Meßwert-Geber der jeweiligen Größe proportionale Spannungen an das·Steuergerät ab. Das Steuergerät bildet aus den eingehenden Spannungen eine dem für den jeweiligen Betriebszustand optimierten Einspritzzeitpunkt entsprechende Sollspannung, die an den Positionsregler 17 weitergegeben wird. Die Verknüpfung der den Motor-

909834/0654

Parametern entsprechenden Eingangsspannungen des Steuergerätes zu einem Sollwert für den Positionsregler kann durch elektronische Analogschaltungen oder auch nach Umwandlung der Analogwerte der Motorparameter in Digitalinformation durch einen Digitalrechner,z.B. einen Mikroprozessor, durchgeführt werden. Der Einspritzzeitpunkt-Geber 15 liefert ein der Stellung der Exzenterwelle bzw. dem Einspritzzeitpunkt proportionales Istwert-Signal, das dem Positionsregler 17 zugeführt wird. Bei Auftreten einer Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert erfolgt eine Ansteuerung des elektrischen Stellgliedes 7, das über den Kraftverstärker 6 und weiter über den Hebel 5 der Exzenterwelle 4 eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes entsprechend dem Sollwert-Signal einleitet, die solange andauert, bis im Positionsregler 17 keine wesentliche Differenz zwischen Soll- und Istwert mehr auftritt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden die von den Meßwert-Gebern gelieferten elektrischen Signale in den ihnen zugeordneten Punktionsgeneratoren in eine, dem für den jeweiligen Motorbetriebszustand entsprechenden optimalen Einspritzzeitpunkt entsprechende Spannung umgesetzt und dem Summierer 18 zugeführt. Jeder Funktionsgenerator stellt den Zusammenhang zwischen der jeweiligen Motorbetriebsgröße und den dafür gültigen optimalen Einspritzzeitpunkt her.' Im Summierer 18 erfolgt die Ermittlung des Sollwert-Signales durch einfache Summierung der von den Punktionsgeneratoren eingehenden Spannungssignäle. Der weitere Ablauf des Regelvorganges durch Vergleich von Ist- und Sollwert im Positionsregler 17 ist gleich wie bei der Ausfuhrungsform nach Fig. Eine Sonderstellung nimmt der Startschalter 14 ein, der kein Meßwertgeber im eigentlichen Sinne ist. Beim Schließen des Anlasserstromkreises, dargestellt in Fig. 1 durch das Schaltersymbol 14', gibt der Startschalter 14 ein einer bestimmten Einspritzzeitpunkt-Vorverlegung entsprechendes elektrisches Spannungssignal an das Steuergerät ab, sodaß für den Startvorgang eine Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes zur Erleichterung des Anlaufens der Brennkraftmaschine

909834/06 54

erfolgt. Der Startschalter 14 wird bei Überschreiten einer gewissen Drehzahl, die etwas oberhalb der Startdrehzahl
der Maschine liegt, außer Punktion gesetzt. Der Startschalter 14 kann vor allem dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Kraftverstärker 6 an das Kraftstoffsystem des
Motors angeschlossen ist und eine elektrische Kraftstoffförderpumpe vorgesehen ist, mit deren Hilfe es noch vor dem Start des Motors möglich ist, den für die Verstellung des Einspritzzeitpunktes erforderlichen Systemdruck im Kraftverstärker 6 aufzubauen.

Der Kraftverstärker 6 ist von bekannter Bauweise, er kann an das Motorschmierölsystem, an das Kraftstoffsystern oder an ein eigenes Hydrauliksystem angeschlossen sein.

Als Einspritzzeitpunkt-Geber 15 ist in den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 ein die Stellung des Hebels erfassender Positionsgeber, der in einfachster Ausführung ein Schiebewiderstand sein kann, vorgesehen. Es sind jedoch auch andere Geber-Systeme, vor allem bei konventionellen
Einspritzpumpen,z.B. auf piezoelektrischer, kapazitiver,
oder induktiver Basis möglich. In diesen Fällen wird vorteilhafterweise der Einspritzzeitpunkt über die Druckänderung im Einspritzsystem erfaßt.

Die Erfindung eignet sich in gleicher Weise auch für konventionelle Einspritzpumpen, wobei dann anstelle eines Fliehkraftverstellers eine entsprechende Vorrichtung zur
Verdrehung der Einspritznockenwelle gegenüber der Antriebswelle vorgesehen sein muß, auf die das elektrische Stellglied direkt oder wieder über einen Kraftverstärker einwirken kann.

1979 01 25
Kr/Fr

Claims

PATENTANWÄLTE

H. SCHRpETER - K. LEHMANN

Dipl.-Ing.Br.Dr.h.e. Haoe List Α£^ ^¹¹"¹⁶

31.Januar 1979 Patentansprüche:

M.JBrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, insbesondere Dieselmotor , mit einer Einrichtung zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung der Verstelleinrichtung ein Kraftverstärker (6) vorgesehen ist, der mit einem elektrischen Stellglied (7) zusammenarbeitet und daß eine Verstellung des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von mindestens einer Motorbetriebsgröße erfolgt, wobei der bzw. jeder Motorbetriebsgröße ein Meßwertgeber (to, 11, 12, 13, 14, 15) zugeordnet ist, der ein der jeweiligen Meßgröße entsprechendes elektrisches Signal abgibt, und daß ein elektronisches Auswertegerät (16), z.B. ein Mikroprozessor vorgesehen und mit den Meßwertgebern elektrisch verbunden ist, welches bzw. welcher ein dem jeweils optimalen EinspritzZeitpunkt des Motors entsprechendes Sollwert- Ausgangssignal zur Verfügung stellt, und daß weiter ein ein elektrisches Istwert-Signal abgebender Einspritzzeitpunkt-Seber (15) sowie ein Positionsregler (17), dem Sollwert— und Istwert—Signal zugeführt werden, vorgesehen ist, der bei Auftreten einer Differenz zwischen den beiden Signalen das elektrische Stellglied (7) ansteuert und damit über den Kraftverstärker (6) eine Einspritzzeitpunktverstellung auslöst, die so lange stattfindet, bis keine wesentliche Differenz zwischen Ist- und Sollwert mehr auftritt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Meßwertgeber (10, 11, 12, 13) und Auswertegerät (18) je Meßwertgeber ein Funktionsgenerator (10*, 11', 12^l, 13^T) eingeschaltet ist, der jeweils ein Ausgangssignal herstellt, daß dem* für den jeweiligen, in Form des Gebersignales festgelegten, Betriebszustand optimalen Einspritzzeitpunkt entspricht, wobei im Auswertegerät (18) die Summierung der Ausgangssignale aller Funktionsgeneratoren und die Bildung eines dem resultierenden Einspritzzeitpunkt entsprechenden Sollwert-Signales erfolgt.

3. Brennkraftmaschine mit über Kipphebel von der Nockenwelle betätigten Einspritzpumpendüsenelementen und Kipphebel-Exzenterwelle zur Verstellung des Einspritzzeitpunktes, nach

9 0 9 834/0654

- 2 - 2803875

nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftverstärker (6) an einer, an der Exzenterwelle (4) angeordneten Drehvorrichtung, z. B. einem Hebel (5), angreift.

909834/0654