Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen

Abstract

 Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen, bei dem ein über ein kenngrößenverarbeitendes elektronisches Steuergerät angesteuerter Stellmotor (22) über einen schwenkbaren Regelhebel (8) ein Mengensteuerglied (7) der Einspritzpumpe (1) betätigt. Der Regelhebei (8) ist zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Teile (15. 16) über ein Scharnier miteinander verbunden sind und wobei an dem mit dem Mengensteuerglied verbundenen Hebeiteil (18) eine Feder in Richtung abnehmender Einspritzmenge angreift. Der andere Hebeiteil (15) wirkt mit dem Stellmotor (22) und einem Schwenkanschlag (27) zusammen. Sobald der Regelhebel (8) auf den Anschlag (27) stößt, gibt das Scharnier (17) nach, wodurch die Hebelübersetzung und damit die Stellbewegung zwischen Stellmotor (22) und Mengensteuerglied (7) geändert wird.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einem Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einem bekannten Drehzahlregler dieser Art (DE-OS ) entspricht die Stellbewegung des Mengensteuergliedes der Stellgröße des Stellmotors, so daß der Stellmotor bei der normalen Mengenregelung insbesondere im Leerlaufbereich sehr kleine Stellschritte vornehmen muß, hingegen bei der Abregelung oder beim Übergang vom Start zum Normallastbereich sehr schnelle Verschiebungen des Mengensteuergliedes erforderlich sind. Während für den normalen Regelbereich und der dort erforderlichen feinen übersetzung ein verhältnismäßig schwacher Stellmotor ausreicht, ist für den Abregel-und Startbereich und den dort erforderlichen großen Schritten ein entsprechend stärkerer und auch größerer Motor nötig. Wenn beispielsweise ein Schrittmotor verwendet wird, so steht die Linearkraft (das Drehmoment) des Schrittmotors in einem direkten Verhältnis zur Frequenz, so daß für einen derartigen vollelektrischen Regler ein sehr hoher Frequenzbereich bis über einem kHz gebraucht wird. Die Folge ist, daß der Motor verhältnismäßig teuer ist und die bei einem Kraftfahrzeug ohnehin sparsam zu behandelnde Energiereserve stärker beansprucht wird.

Vorteile der Erfindung

[0002] Der erfindungsgemäße Drehzahlregler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die sich ändernde übersetzung am Regelhebel ein kleiner Stellmotor für die erforderlichen schnellen Verstellungen beim Startübergang und bei der Abregelung ausreicht, der dann im normalen Drehzahl-und Lastbereich ohne die erfindungsgemäße übersetzung die feinen Verstellschritte des Mengensteuergliedes vollziehen kann.

[0003] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht der Regelhebel aus einem ersten mit dem Anschlag und dem Stellmotor und einem zweiten mit dem Mengensteuerglied zusammenwirkenden Teil, wobei die Teile durch ein Scharnier verbunden sind und wobei die Verdrehbewegung der Teile zueinander begrenzt ist, und zwar in Art einer Schleppwirkung. Hierbei kann eines der zwei Regelhebelteile in Bezug auf das Scharnier zweiarmig ausgebildet sein, wobei ein erster Arm mit dem anderen Regelhebelteil einen die Verdrehbewegung in Richtung abnehmender Menge begrenzenden Verdrehanschlag bildet.

[0004] Während aufgrund der Feder beim Normalregelbereich der erste und der zweite Teil des Regelhebels und Auflage des Verdrehanschlags eine Verstelleinheit bilden, hebt, sobald der erste Regelhebelteil auf den Schwenkanschlag stößt, der Verdrehanschlag ab und es erfolgt ein Knick des Regelhebels an der Scharnierstelle. Hierdurch ergibt sich eine Hebeluntersetzung, d.h. daß der Stellmotor bei gleicher Stellgröße eine größere Stellbewegung am Mengensteuerglied bewirkt als vorher. Da der Abstand zwischen Anschlagsstelle und Stellmotorangriffspunkt beim ersten Hebelteil größer ist als der Abstand zwischen Stellmotorangriffspunkt und Scharnier, ergibt sich für den ersten Hebelteil eine Kraftübersetzung der Stellmotorkraft in Bezug auf das Mengensteuerglied, so daß auch die nunmehr gegebenen größeren Stellbewegungenund die damit erforderlichen größeren Beschleunigungskräfte vorhanden sind. Durch diese veränderliche Übersetzung wird für den Leerlauf eine feine Mengenabstufung erzielt und eine große Stellgeschwindigkeit allerdings mit gröberer Mengenabstufung in der Abregelung oder beim Übergang von Startdrehzahlen zu Leerlaufdrehzahlen. Vorteilhafterweise können kleine und preisgünstige Schrittmotoren mit niedriger Frequenz verwendet werden.

[0005] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung sowie den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

[0006] Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind stark vereinfacht in der Zeichnung mit einer Variante dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 2 ein Diagramm für die Stellwege von Stellmotor und Mengensteuerglied;Fig. 3 eine Variante des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels mit zwei Schwenkanschlägen; Fig. 4 ein Stellwegdiagramm dieser Variante; Fig; 5 ein Mengen-Drehzahlfunktionsdiagramm dieser Variante; Fig. 6 das zweite Ausführungsbeispiel und Fig. 7 ein Stellwegdiagramm des Reglers nach Fig. 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0007] In einer nur schematisch angedeuteten Kraftstoffeinspritzpumpe 1 wird ein Pumpenkolben 2 durch nichtdargestellte Mittel in mindestens eine hin- und hergehende Bewegung versetzt, wobei der Pumpenkolben 2 bei seinem Druckhub aus einem.Pumpenarbeitsraum 3 Kraftstoff über eine Druckleitung 4 so lange zur Brennkraftmaschine fördert, bis eine Entlastungsbohrung 5 dieses Pumpenarbeitsraums 3 mit ihrer radialen Mündung 6 aus einem als Mengensteuerglied dienenden Ringschieber 7 taucht, der axial verschiebbar um den Pumpenkolben 2 angeordnet ist. Je nach Lage des Ringschiebers 7 wird die Mündung 6 früher oder später aufgesteuert, was einer kleineren bzw. größeren Einspritzmenge entspricht. Für Startmehrmengen ist somit der Ringschieber 7 am weitesten nach rechts verschoben, hingegen bei Leerlauf und geringer Last weitestmöglich nach links.

[0008] Der Ringschieber 7 wird durch einen Regelhebel 8 angelenkt, der um eine Achse 9 schwenkbar ist, die wiederum von einem Justierhebel 10getragen wird, welcher auf einer ortsfesten Justierachse 11 gelagert ist und mittels einer Justierschraube 12 entgegen der Kraft einer Haltefeder 13 einstellbar ist. Beim Verstellen der Justierschraube 12 wird entsprechend die Schwenkachse 9 bei der Anpassung des Reglers an die Einspritzpumpe bzw. an die Brennkraftmaschine eingestellt.

[0009] Der Regelhebel 8 besteht aus zwei Teilen, einem ersten Teil 15 und einem zweiten Teil 16, die über ein Scharnier 17 miteinander verbunden sind. Am freien Ende 18 des zweiten Hebelteils 16 greift eine Feder 19 an, die den Ringschieber 7 versucht in die Richtung für kleinere Einspritzmengen zu ziehen. Die Feder 19 ist mit ihrem dem freien Hebelende 18 abgewandten Ende am Gehäuse 20 des Reglers oder der Pumpe aufgehängt. Am ersten Hebelteil 15 greift das Stellglied 21 eines elektrischen Stellmotors 22 an, dessen der Motorstellgröße entsprechender Stellweg s_m dem Stellweg s des Ringschiebers 7 entspricht. Der Stellmotor 22 wird durch ein Kenngrößen des Motors und der Umgebung verarbeitendes elektronisches Steuergerät angesteuert. Der erste Hebelteil 15 ist zweiarmig ausgebildet mit einem ersten Arm 23, an dessen freiem Ende ein Anschlag 24 vorgesehen ist, der bei entsprechender Verdrehstellung des ersten Hebelteils 15 mit dem zweiten Hebelteil 16 zusammenwirkt,und mit einem zweiten Arm 25, an dem das Stellglied 21 des Stellmotors 22 angreift und dessen freies Ende 26 mit einem Schwenkanschlag 27 zusammenwirkt. Dieser Schwenkanschlag 27 ist verstellbar.

[0010] Aus der Hebelübersetzung ergibt sich nun folgende Stellwegproportion. Wenn der Abstand zwischen Anschlag 27 und Angriffsstelle des Stellgliedes 21 mit a, der Abstand zwischen Angriffsstelle des Stellgliedes 21 und dem Scharnier 17 mit b, der Abstand zwischen.Scharnier 17 und Schwenkachse 9 mit c und der Abstand zwischen Schwenkachse 9 und Mengensteuergliedanlenkstelle 28 mit d bezeichnet wird, so ergibt sich für den Normalbetrieb und Leerlaufdrehzahlen nämlich immer dann, wenn der Anschlag 24 am zweiten Hebelteil 16 anliegt, eine He- belübersetzung 1_n = b+c d. Sobald dann aufgrund des Stellweges s_m des Stellgliedes 21 vom Stellmotor 22 der Hebel so weit in Richtung zunehmender Einspritzmenge verschoben wird, daß das Ende 26 des ersten Hebelteils 15 an den Anschlag 27 stößt, hebt der Anschlag 24 vom zweiten Hebelteil 16 ab, wodurch folgende Hebelübersetzung entsteht l = a.c d(a+b). Für die den Hebelverhältnissen zugeordneten Stellwegen entspricht jeweils der Zähler dem Stellweg s_m des Stellgliedes 21, also der Stellgröße des Motors 22 und der Nenner dem Stellweg s des Mengensteuergliedes 7. Wie leicht zu erkennen ist, bewirkt eine bestimmte Verstellgröße s_m des Stellgliedes 21 bei Leerlauf und Normalbetrieb eine verhältnismäßig geringe Verschiebung s des Ringschiebers 7, als wenn im Start oder Vollastbetrieb, wie er dargestellt ist, der _Verdrehanschlag 24 zu dem dargestellten Abstand s abgehoben hat.

[0011] In Fig. 2 ist in dem Verstelldiagramm über der Ordinate der Verstellweg s des Ringschiebers 7 und über der Abszisse der Verstellweg s_m des Verstellgliedes 21 dargestellt. Bis zur Stelle s_m1 ist der Anschlag 24 von dem zweiten Hebelteil 16 abgehoben, so daß entsprechend der übersetzung der Ringschieber 7 eine entsprechend große Verstellung pro zurückgelegten Weges des Stellglieds 21 erfährt. Ab diesem Punkt s_m1 jedoch verläuft dieses Übersetzungsverhältnis wesentlich flacher, nämlich bis zum Punkt s_m2, der einem Weg des Ringschiebers 7 von s₂ entspricht. Wie dem Diagramm entnehmbar ist, ist der Abstand zwischen s₁ und s₂ weniger als halb so groß als der Abstand zwischen s₁ und dem Ursprung 0, während die Abstände zwischen s_m2 und s_m1 bzw. s_m1 und dem Ursprung etwa gleich sind, d.h. daß bei gleichmäßiger Verstellung des Stellgliedes 21 ab Aufstoßen des Anschlags 24 auf den zweiten Hebelteil 16 die entsprechende Verstellbewegung des Ringschiebers 7 nämlich für den Normal- und Leerlaufdrehzahlbereich sehr viel langsamer verläuft.

[0012] Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante sind zum Unterschied lediglich zwei Schwenkanschläge 30 und 31 vorgesehen. Während der Schwenkanschlag 30 der Startabregelung dient, dient der Schwenkanschlag 31 der Vollastabregelung. Die Abstände zur Angriffsstelle des Stellgliedes 21 sind hier mit a₁ für den Startanschlag 30 und mit a₂ für den Vollastanschlag 31 bezeichnet. Hierdurch wird das Hebelverhältnis in dem Bereich, in dem der Anschlag 24 vom zweiten Hebelteil 16 abgehoben hat, noch einmal unterteilt, so daß nach einer sehr steilen Abregelung nach Startdrehzahlen eine etwas flachere für die Vollastabregelung folgt, der sich dann der Normalregelbereich anschließt. Je nach Verdrehlage des ersten Hebelteils 15 bzw. der Schwenklage des zweiten Hebelteils 16 und damit der Lage des Scharniers 17 kann entweder der eine oder der andere Schwenkanschlag 30, 31 zum Eingriff gelangen.

[0013] Die Abflachung dieser Hebelübersetzungen und damit Verstellbewegungen im Verhältnis von Verstellglied 21 zu Ringschieber 7 ist dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm entnehmbar. Auch hier ist über der Ordinate der Stellweg dies Ringschiebers 7 und über der Abszisse der des Stellgliedes 21 aufgetragen. Den Schritten des Stellgliedes 21 für Start vom Ursprung 0 bis s_m1, 1 und von dort für Vollast bis s_m1, 2 und von dort für den Leerlauf- und Normaldrehzahlbereich bis s_m2 entsprechen die Wege des Ringschiebers 7 vom Ursprung 0 für Start bis s1, 1 und von dort für die Vollastabregelung mit s₁, 2 bis über den Normalregelbereich mit s₂. Während für die ersten zwei Schritte der Anschlag 24 von dem zweiten Hebelteil 16 abgehoben hat, liegt er für den dritten und entsprechend flach verlaufenden Schritt an diesem an.

[0014] Ein entsprechendes Bild ergibt sich aus dem in Fig. 5 dargestellten Mengendrehzahldiagramm, bei dem über der Ordinate die Einspritzmenge 6 und über der Abszisse die Drehzahl n aufgetragen ist. Die auf den Kurven dargestellten waagrechten Striche zeigen den durch die Verstellbewegung des Ringschiebers 7 sich ergebenden Mengenunterschiede der Einspritzmengen für die drei verschiedenen Situationen, nämlich bei Startabregelung I, Vollastabregelung II und Normalregelung insbesondere Leerlauf III, wobei jede dieser recht unterschiedlichen Mengenänderungen einem gleichmäßigen Schritt oder Verstellweg des Stellgliedes 21 entsprechen, mit anderen Worten, bei gleichmäßiger Aufteilung des Stellwegs des Stellglieds 21 in einzelne Schritte entspricht jedem Schritt eine durch den Abschnitt der waagrechten Teilstriche in Fig. 5 bestimmten Teileinspritzmengen,die entsprechend der Erfindung zwischen Start, Vollast und Leerlaufregelung erheblich voneinander abweichen.

[0015] Bei dem in Fig. 6 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel greift die Feder 119 am zweiten Hebelteil 116 zwischen Scharnier 117 und Schwenkachse 109 an. Ab diesem Schwenkpunkt 117 gabelt sich der zweite Hebelteil 116 in zwei Arme 33 und 34, an denen sich Federn 35 und 36 abstützen, die zwischen sich den ersten Hebelteil 115 einspannen. Der Schwenkbewegungsbereich des freien Endes 126 dieses ersten Hebelteils 115 wird durch zwei Schwenkanschläge 37 und 38 begrenzt.

[0016] Dem Stellwegdiagramm aus Fig. 7, bei dem ebenfalls über der Ordinate der Weg des Ringschiebers 7 und über der Abszisse der Weg des Stellgliedes 21 aufgetragen ist, kann der Verlauf des übersetzungsverhältnisses dieses zweiten Ausführungsbeispiels entnommen werden. Bei der Abregelung von Startdrehzahlen, bei denen der erste Hebelteil 115 am Anschlag 37 anliegt, verläuft für den _Hub s_M1 der Weg des Ringschiebers 7 bis zum Hub s₁ analog. Bei weiterem Verschieben des Stellgliedes 21 (in der Zeichnung nach rechts) hebt das Ende 126 des ersten Hebels 115 vom Anschlag 37 ab, was einem Abflachen des übersetzungsverhältnisses mit sich bringt, so daß für diesen Vollastabregelbereich bei gleichem Weg s_M3 der Ringschieberweg.von s₁ zu s₂ verhältnismäßig kurz ist. Nach dieser Vollastübersetzung stößt das freie Ende 126 des ersten Hebels 115 an den Anschlag 38, wodurch eine übersetzung für den übrigen Regelweg bestimmt wird, die in etwa so steil verläuft wie bei Startdrehzahlen. Hier entspricht einem Weg des Stellgliedes 21 zwischen s_M3 bis zu s_M2 ein nahezu gleich großer Weg des Ringschiebers 7. Sobald dieser erste Hebel 115 an einen der Anschläge 37, 38 stößt, wird eine der Federn 35, 36 zusammengepreßt, und die andere kann sich ausdehnen, wobei jedoch eine Rückstellkraft in die Mittellage vorhanden ist, für den Bereich, in dem der erste Hebelteil 115 zwischen den Anschlägen 37 und 38 frei beweglich ist.

[0017] Mit diesem zweiten Ausführungsbeispiel soll vor allem gezeigt werden, daß durch unterschiedliche Hebelübersetzungen und Anschlagsanordnungen auch unterschiedliche übersetzungsverhältnisse entstehen, durch die nahezu jede diesbezügliche Aufgabe lösbar ist.

Ansprüche

1. Drehzahlregler für Kraftstoffeinspritzpumpen von Brennkraftmaschinen mit einem über ein kenngrößenverarbeitendes elektronisches Steuergerät angesteuerten elektrischen Stellmotor, mit einem die Einspritzmenge bestimmenden,durch den Stellmotor betätigten Mengensteuerglied, mit einem die Stellgröße des Stellmotors zum Mengensteuerglied übertragenden,um eine Achse schwenkbaren und in Stellrichtung abnehmende Einspritzmenge durch einenfederbelasteten Regelhebel und mit einem die Schwenkbewegung des Regelhebels begrenzenden Schwenkanschlag, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung des Stellweges (s_M) (Stellgröße) des Stellmotors (22) zum Stellweg (s) des Mengensteuergliedes (7) änderbar ist, wenn der Regelhebel (8, 15, 16, 115, 116) auf den Schwenkanschlag (27, 30, 31, 37, 38) stößt.

2. Drehzahlregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelhebel (8) aus einem ersten mit dem Schwenkanschlag (27, 30, 31, 37, 38) und dem Stellmotor (22) und einem zweiten mit dem Mengensteuerglied (7) zusammenwirkenden Hebelteil (15, 16, 115, 116) besteht, daß die Hebelteile (15, 16, 115, 116) durch ein Scharnier (17, 117) miteinander verbunden sind und daß die Verdrehbewegung der Hebelteile (1-5, 16, 115, 116) zueinander begrenzbar ist (Schleppwirkung).

3. Drehzahlregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Schwenkachse (9, 109) des Regelhebels (8, 108) zur Justierung änderbar ist.

4. Drehzahlregler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (9, 109) an einem Justierhebel (10) angeordnet ist, der um eine Justierachse (11) und durch Justierschrauben (12) schwenkbar ist.

5. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der zwei Regelhebelteile (15, 16, 115, 116) mit Bezug auf das Scharnier (17, 117) zweiarmig ausgebildet ist und ein erster Arm (23, 33, 34) mit dem anderen Regelhebelteil (16, 15, 116, 115) einen die Verdrehbewegung in Richtung abnehmender Einspritzmenge begrenzenden Verdrehanschlag (24, 35, 36) bildet.

6. Drehzahlregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regelhebelteil (15) zweiarmig ausgebildet ist und auf den zweiten Arm (25) dieses Hebelteils (15) der Stellmotor (22) und der Schwenkanschlag (27, 30, 31) wirken.

7. Drehzahlregler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regelhebelteil (116) zweiarmig ausgebildet ist.

8. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen zusätzlichen Verdrehanschlag (33) die relative Verdrehbewegung der Regelhebelteile (115, 116) in Richtung zunehmender Menge begrenzbar ist.

9. Drehzahlregler nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Regelhebelteil (115) und Verdrehanschlag bzw. erstem oder zusätzlichem Arm (33, 34) eine Feder (35, 36) vorsehbar ist.

10. Drehzahlregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkanschlag (27, 30, 31, 37, 38) verstellbar ist.

11. Drehzahlregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schwenkanschläge (30, 31, 37, 38) vorsehbar sind, die je einer anderen Ubersetzung dienen.

Zeichnung