Einrichtung zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Reglers einer Verteilereinspritzpumpe

Abstract

 Es wird eine Kraftstoffeinspritzpumpe mit Drehzahlregler vorgeschla­gen, bei welcher eine Dämpfungseinrichtung (29 bis 40), die an einen Reglerhebel (13) angelenkt ist, der Kraft einer Verstellmuffe (10) die gleichfalls an den Reglerhebel (13) angreift und durch einen Drehzahlsignalgeber (8) erzeugt wird, entgegenwirkt. Die Dämpfungs­einrichtung (29 bis 40) ist durch Verzögerungseinrichtungen, insbe­sondere Drosseln (36 und 37) so ausgelegt, daß sie bei langsamen Drehzahländerungen einen kompensierenden Einfluß und bei schnellen Drehzahländerungen, die sich am Reglerhebel (13) auswirken, in Ein­griff kommt und ein "Ruckeln" verhindert.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens des Reglers einer Verteilerkraftstoffein­spritzpumpe. Ein Kraftfahrzeug stellt aufgrund der elastischen Auf­hängung von Brennkraftmaschine und Fahrwerk ein schwingungsfähiges Gebilde dar, das bei Störeinflüssen zu mehr oder weniger gedämpften Schwingungen angeregt werden kann. Störeinflüsse sind z.B. ein Kraftstoffmengensprung bei der Kraftstoffzumeßrate, mit der Brenn­räume der Brennkraftmaschine versorgt werden oder ein von außen, z.B. durch ein Schlagloch in der Fahrbahn verursachter Momenten­sprung des Fahrwiderstandes. Die Schwingungen, die sich z.B. durch Drehzahländerungen oder Relativbewegungen zwischen Brennkraftma­schine und Karosserie unangenehm bemerkbar machen, liegen normaler­weise zwischen 1 und 8 Hz, vorzugsweise um 5 Hz und werden als Ruckeln bezeichnet. Im Ergebnis sind es Längsschwingungen in Fahrt­richtung des Fahrzeuges, die durch Reaktion des Fahrers über das Gaspedal aufgeschaukelt wrden und durch weiche Fahrzeugaufhängungen begünstigt werden. Kennzeichnend ist dabei vor allem die Phasen­verschiebung zwischen auftretender Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit und Kraftstoffzumeßmenge.

[0002] Zur Verbesserung des Laufverhaltens der Brennkraftmaschine bei Leer­laufbetrieb ist es durch die DE-OS 35 00 341 bekannt, an einen Reg­lerhebel parallel zur Hauptregelfeder, eine Leerlauffeder angreifen zu lassen, die durch einen Verstellhebel unabhängig von der Verstel­lung der Hauptregelfeder verstellbar ist.

[0003] Das Laufverhalten eines Motors ist abhängig von der Regelgenauigkeit des Reglers. Als Maß für die Abregelgenauigkeit eines Reglers gilt der Proportionalgrad (P-Grad). Er ist die prozentuale relative Dreh­zahlzunahme, wenn der Dieselmotor bei unveränderter Verstellhebel­lage entlastet wird. Die Drehzahlerhöhung darf im Regelbereich einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Als Maximalwert gilt die abge­regelte obere Drehzahl. Sie stellt sich ein, wenn der Dieselmotor von seiner höchsten Vollastdrehzahl bis auf seine Nullast entlastet wird. Der Drehzahlanstieg ist proportional zur Laständerung. Er ist umso größer, je größer die Laständerung ist. Bei Kraftfahrzeugen ist ein großer P-Grad besser, weil dies bei kleinen Belastungsänderungen (Beschleunigen oder Verzögern des Kraftfahrzeuges) zu einer stabi­leren Regelung führt und ein besseres Fahrverhalten bewirkt. Ein kleiner P-Grad würde im Kraftfahrzeug zu ruckartigem Verhalten bei Belastungsänderungen führen.

[0004] Hinzu kommt, daß bei diesen bekannten Regler beim Umsteuern von Schiebebetrieb auf Lastbetrieb ein "Loch" im Drehmoment des Motors entsteht, was sich erheblich nachteilig auf die Fahrqualität des Fahrzeugs, besonders wenn es sich um einen Pkw handelt, auswirkt. Um ein eingangs genanntes Ruckeln zu unterdrücken ist es gemäß DE-OS 34 27 224 bekannt, ein aus einer Differenzierung schneller Relativbewegungen gebildetes Ruckelkorrektursignal als Stellgröße auf einen Verstellhebel der Kraftstoffeinspritzpumpe wirken zu lassen.

Vorteile der Erfindung

[0005] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzpumpe mit den kennzeichnen­den Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Regler bei langsamen Drehzahländerungen wie ein Regler mit Teillast­mengenverstellung wie er bei Fahrzeugmotoren häufig Anwendung fin­det, z.B. wie ein Enddrehzahlregler, arbeitet. Eine geringe Verstel­lung des Verstellhebels bewirkt eine entsprechende Regelschieberweg­änderung ohne Fahrpedalleerwege. Während bei schnellen Drehzahlän­derungen die zu einer ebenso schnellen Veränderung des Regel­schiebers führen würde, entgegenwirkende Kräfte gebildet werden durch die ein zu schnelles, ein Ruckeln auslösendes Verstellen des Regelschiebers verhindert wird. Dabei kann die Konstruktion der Hauptregelfeder gegenüber der sonst sehr aufwendigen Regelfederkon­struktion für solche im Teillastbereich geregelte Regler sehr ein­fach gehalten werden.

[0006] Eine Ausgestaltung der Einspritzpumpe nach Anspruch 6 hat den Vor teil, eine bereits für die Spritzbeginnverstellung in Kraftstoff­verteilereinspritzpumpen vorhandene drehzahlabhängig gesteuerte Druckquelle ausgenutzt werden kann und sich damit eine gegen Ver­sagen sichere mechanische Einrichtung zum Vermeiden des Ruckelns verwirklichen läßt. Mit der Ausgestaltung nach Anspruch 8 wird die Endabregelung der Kraftstoffeinspritzung in einfacher Weise gewähr­leistet.

[0007] Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der angegebenen Lösung möglich.

Zeichnung

[0008] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar­gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­tert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel bei dem an­hand einer schematischen Darstellung einer Verteilerkraftstoffein­spritzpumpe die Einrichtung zur Vermeidung schneller Drehzahlände­rungen offenbart wird, Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Einrichtung zur Vermeidung schneller Drehzahländerungen bei der berücksichtigt ist, daß die Muffenkraft mit dem Quadrat der Drehzahl steigt, während der Innenraumdruck nur proportional zur Drehzahl steigt und daher eine bestimmte Anpassungseinrichtung er­forderlich ist, Figur 3 zeigt das entsprechende Anpassungsdiagramm der Anpassungseinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0009] Bei dem sehr vereinfacht in Figur 1 dargestellten ersten Ausfüh­rungsbeispiel wird ein Pumpenkolben 1 durch nicht dargestellte Mit­tel in eine hin- und hergehende und gleichzeitig rotierende Bewegung versetzt. Vom nicht dargestellten und durch den Pumpenkolben be­grenzten Pumpenarbeitsraum führt ein im Pumpenkolben 1 verlaufender Entlastungskanal 2 zur Oberfläche des Pumpenkolbens 1 und wird dort durch einen Regelschieber 3 gesteuert. Bei der hin- und hergehenden Bewegung des Pumpenkolbens 1 wird nach Zurücklegung eines bestimmten Hubes je nach Lage des Regelschiebers 3 früher oder später dieser Entlastungskanal 2 aufgesteuert, wodurch die Einspritzung unter­brochen wird. Die axiale Lage des Regelschiebers 3 entspricht somit der eingespritzten Menge.

[0010] Der Regelschieber 3 wird durch einen zweiarmigen Reglerhebel 13 axial verschoben. Der Reglerhebel 13 ist um eine Achse 5 schwenkbar und mit einem Zapfen 6 greift der Reglerhebel 13 in eine Nut 7 des Regelschiebers 3 und betätigt dadurch den Regelschieber 3. Am an­deren Ende dieses Reglerhebels 13 greift eine Regelfeder 25 an, die über einen Verstellhebel 26 in der Verspannung willkürlich veränder­bar ist, woei der Verstellweg des Verstellhebels mittels einer Ju­stierschraube 27 begrenzt ist. Dabei entspricht die Stellung des Einstellhebels 26 der jeweiligen beispielsweise durch das Gaspedal des Fahrzeugs angegebenen Last, bzw. dem Drehmomentwunsch des Fah­rers der Brennkraftmaschine. Außerdem greift am Reglerhebel 13 ein mit einer der Brennkraftmaschinendrehzahl synchroner Drehzahl ange­triebener Drehsignalgeber 8 mit einer über Fliehgewichte 9 ver­schiebbaren Verstellmuffe 10.

[0011] Außerdem greift am Reglerhebel 13 eine sich variable abstützende Feder 20 an, deren anderes Ende mit einem Kolben 21 bzw. dessen Kol­benstange verbunden ist. Der Kolben 21 trennt, in einem an dem Pum­pengehäuse 14 befestigten, im drehzahldruckabhängigen Saugraum lie­gender Nachführzylinder 22, eine Kammer 33 von einer Kammer 34 die kolbenstangenseitig gelegen ist und zum Saugraum hin offen ist. Der maximale axiale Hub des Kolbens wird begrenzt durch Anschläge 23 und 24, die im Nachführzylinderinnenraum angeordnet sind. Der Kolben 21 ist auf der der Feder 20 abgewandten Seite 31, mit einer Druckfeder 30 belastet, die an die Kolbenseite 31 drückt und sich auf der Ge­genseite auf der Nachführzylidnerinnenstirnseite 32 abstützt. Eine Längsbohrung 35 mit Drossel 36 im Kolben 21 verbindet die Kammern 33, 34 beidseits des Kolbens 21. Von der Kammer 33, in die die Druckfeder 30 eingebracht ist, führt eine Entlastungsleitung 40 weg, in die eine Rücklaufleitungsdrossel 37 eingefügt ist. Der Kolben als bewegliche Wand kann auch durch eine in einem Gehäuse unter Bildung der zwei Kammern 33 und 34 eingespannte Stellmembran ersetzt werden.

[0012] Bei dem in der Figur 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel greift gleichfalls am Reglerhebel 13 eine sich variable abstützende Feder 20 an, deren anderes Ende mit dem Kolben 21, bzw. dessen Kol­benstange verbunden ist. Der Kolben 21 ist gleichfalls in einem an dem Pumpengehäuse 14 befestigten Nachführzylinder 22 geführt und auch hier wird der maximale axiale Kolbenhub durch die Anschläge 23 und 24 begrenzt.

[0013] Die Druckfeder 30 von Figur 1 ist bei Figur 2 durch eine Anpassein­richtung 41 ersetzt. Über eine Längsbohrung 35 mit Drossel 36 im Kolben sind auch hier die beiden Kammern 33 und 34 des Nachführzy­linders 22 verbunden. Von der Kammer 33 führt eine Verbindungslei­tung 42 zur Anpasseinrichtung 41. Die Anpasseinrichtung 41 ist in mit drehzahlabhängigem Kraftstoffdruck beaufschlagten Saugraum untergebracht und besteht aus einem den Durchtritt der Verbindungs­leitung 42 zur Entlatungsleitung 52 steuernden Kolben 45, dessen Stirnseite 44 dem Saugraumdruck ausgesetzt ist und in einem Zylinder 46 axial verschiebbar ist. Die Verschiebung des Kolbens 45 erfolgt gegen die Kraft einer Rückstellfeder 47 von Anschlägen 48 aus, an denen der Kolben 45 in Ausgangslage anliegt. In Ausgangslage ist eine Drosselöffnung 49 mit bestimmten geformten Querschnitt A_Dr im Kolben 45 so angeordnet, daß die Drosselöffnung 49 noch nicht vor der Öffnung 50 der Verbindungsleitung 42 steht und erst bei erhöhtem Saugraumdruck eine Verbindung zwischen Verbindungsleitung 42 und Drosselöffnung 49 hergestellt wird. Der Kraftstoffdruck bzw. der Druck in der Kammer 33 des Nachführzylinders 22 kann dann über die Drosselöffnung 49 und den Kolbeninnenraum 51 und die von diesem abführende Entlastungsleitung 52 abgebaut werden.

[0014] Die Einrichtung zur Vermeidung schneller Ruckelschwingungen einer Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet folgendermaßen:

[0015] Bei langsamen Drehzahländerungen, wird der mit z.B. steigender Dreh­zahl ansteigende Saugraum-Innenraumdruck P_I beaufschlagte Kolben 21 des Nachführzylinders 22 von der Kolbenkammerseite 34 her ver­schoben. Langsames Verschieben ist möglich, da genügend Zeit vor­handen ist, um die Drosseln mit Kraftstoff zu durchströmen. Das Ver­schieben des Kolbens kompensiert durch Spannen der Feder 20, die mit dem Spannhebel 13 verbunden ist, die über die Drehzahl ansteigende Kraft der Verstellmuffe 10 des Drehzahlsignalgebers 8, die ebenfalls auf den Reglerhebel 13 wirkt. Daher kommt es bei langsamen Drehzahl­änderungen zu keinen oder nur kleinen Regelschieberänderungen. Der Regler arbeitet somit als Teillastversteller, bei dem die Einspritz­mengenverstellung der Verstellhebelverstellung folgt, obwohl als Regelfeder eine bezüglich der Spannung kontinuierlich verstellbare Zugfeder dient.

[0016] Damit die Einrichtung erst ab einer bestimmten Startdrehzahl, ober­halb des Leerlaufs, zu arbeiten beginnt, ist die in der Stärke ein­stellbare Druckfeder 30 vorgesehen, die vorzugsweise als weiche Druckfeder ausgebildet ist.

[0017] Um ein Abregeln der Kraftstoffeinspritzmenge bei Erreichen der Höchstdrehzahl zu erzielen, wird der Anschlag 23 benötigt. Denn mit steigender Drehzahl erhöht sich der Saugraum-Innenraumdruck P_I und verschiebt den Kolben 21 bis an den Anschlag 23, was gleichfalls die Feder 20 stärker spannt, da nun aber die Spannung der Feder 20 nicht mehr erhöht werden kann, übersteigt die durch die Verstellmuffe 10 und den Drehzahlsignalgeber 8 bei höheren Drehzahlen erzeugte Kraft, die auf den Reglerhebel 13 wirkt, die Kraft, die durch die Feder 20 und die Regelfeder 25 auf Reglerhebel 13 wirkt, so daß der Regler­hebel 13 über die Drehachse 5 den Regelschieber 3 so verstellt, daß dieser den Entlastungskanal 2 zum Saugraum zu einem früheren Pumpen­kolbenhub öffnet und damit die Kraftstoffeinspritzmenge abregelt.

[0018] Bei schnellen Drehzahländerungen erhöht sich der Saugraum-Innenraum­druck P_I sehr schnell, es wirkt daher kurzfristig ein hoher Druck auf die Kolbenseite 29 des Kolbens 21, was normalerweise zu schnel­len Kolbenbewegungen im Nachführzylinder 22 führen müßte. Daß dies nicht so ist, verhindern die Drosseln 36 und 37 bzw. 49, denn diese lassen erst eine Kolbenverschiebung zu, wenn die entsprechende Menge Kraftstoff durch die Drosseln 36 und 37 verdrängt ist. Das führt dazu, daß bei schnellen Drehzahländerungen der Kolben 21 quasi starr im Nachführzylinder 22 stehen bleibt, so daß die Einrichtung zu­nächst, wie ein Verstellregler mit den Federn 20 und 25 wirkt der bei der schnellen Drehzahländerung um die Kraftstoffeinspritzmenge abregelt, d.h. bei Drehzahlerhöhung die Menge reduziert bzw. umge­kehrt. Folglich ergibt sich, eine rasche Anpassung die ein sogenann­tes "Ruckeln" verhindert.

[0019] Die Drosseln 36 und 37 sind vorgesehen, damit die Kammer 33 des Nachführzylinders 22 ständig durchströmt wird und damit der Druck in der Kammer 33 des Nachführzylinders 22, der über die Drossel 37 und die Rücklaufleitung 38 mit einem drucklosen Zustand verbunden ist, immer größer als null bar bleibt, denn sonst hätte man bei Rich­tungswechsel des Kolbens sogenannte "Nulldurchgänge" des Drucks in der Kammer 33 und dQ/dp wäre unendlich.

[0020] Bei entsprechender Abstimmung der Variablen der Einrichtung wird eine Phasenvordrehung des Verstellmuffenweges gegenüber der Drehzahl erreicht.

[0021] Die Einrichtung entsprechend Figur 2 funktioniert wie die Einrich­tung nach Figur 1 nur berücksichtigt diese Einrichtung nach Figur 2 noch die Tatsache, daß die Kraft auf die Feder 20 und damit auf den Reglerhebel 13 proportional zur Drehzahl und dem Innenraumdruck P_I steigt, während die Kraft die durch die Verstellmuffe 10 und den Drehzahlsignalgeber 8 erzeugt wird, und die gleichfalls auf den Reg­lerhebel 13 wirkt, mit dem Quadrat der Drehzahl steigt. Daher über wiegt mit steigender Drehzahl die Verstellmuffenkraft gegenüber den Kräften die durch die Federn 20 und 25 erzeugt werden, was zu einer raschen Abregelung führen würde.

[0022] Diesem Nachteil wird durch die Anpasseinrichtung 41 entgegengewirkt. Ein entsprechend geformter Querschnitt (A_Dr) der Drosselöffnung 49 wird über den Kolben 45 und die Rückstellfeder 47 so gesteuert, daß sich durch Absenken des Drucks in der Kammer 33 des Nachführzylin­ders 22 ein mit dem Quadrat der Drehzahl ansteigender Kraftverlauf der Federkraft der Feder 20, die an den Reglerhebel 13 angreift, er­gibt. Der Anstieg dieser, an die Feder 20 angreifenden Kraft ent­spricht der Muffenkraft.

[0023] Wie bei der Einrichtung nach Figur 1, wo die Feder 30 den Zeitpunkt des Wirkungsbeginns bestimmt, so bestimmt bei der Einrichtung nach Figur 2 die Rückstellfeder 47, deren Verstellung vom drehzahlabhän­gigen Druck bestimmt wird, ab welchem Zeitpunkt die Anpasseinrich­tung 41 zur Wirkung kommt.

[0024] Das Diagramm entsprechend Figur 3 zeigt, die durch die Änderung des Querschnitts der Drosselöffnung 49 über die Drehzahl zunehmende Drosselöffnung, was zu einer entsprechenden Kraft an der Feder 20 führt, die der Verstellmuffenkraft entgegen wirkt.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzpumpe mit Drehzahlregler, mit einem, um eine Achse schwenkbaren an einen Regelschieber (3) angelenkten Reglerhe­bel (13), an dem eine Stellkraft angreift, welche durch einem Dreh­zahlsignalgeber (8) erzeugt wird, entgegen einer willkürlich ver­stellbaren Rückstellkraft einer Regelfeder (25) und an dem eine zu­sätzliche Kraft angreift, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätz­liche Kraft drehzahlabhängig gebildet ist und der Stellkraft entge­gengerichtet ist und daß eine Einrichtung zur Vermeidung schneller Drehzahländerungen, die sich als kraftstoffeinspritzmengenwirksame Änderungen der Reglerhebelstellung auswirken, vorgesehen ist, durch die eine der Verstellung des Reglerhebels (13) aufgrund dieser Dreh­zahländerungen entgegenwirkende Kraft erzeugt wird.

2. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft durch eine Drehzahlverlauf dif­ferenzierende Einrichtung gesteuert wird.

3. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft durch einen gesteuerten Elektromagne­ten erzeugt wird.

4. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft durch ein hydraulisches Stellglied erzeugt wird.

5. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegenwirkende Kraft durch eine sich variabel abstützende Feder (20) erzeugt wird.

6. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Abstützung der Korrekturfeder (20) aus einer ver­stellbaren Wand, insbesondere einem Kolben (21) besteht, der von einer drehzahlsynchronen Kraft gedämpft verstellbar ist.

7. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (21) zwei Arbeitsräume (33, 34) trennt, wo­bei der eine Arbeitsraum (34) ungedrosselt mit einer einen drehzahl­abhänbgigen Kraftstoffdruck liefernden Druckquelle verbunden ist und der andere Arbeitsraum (33) über eine Drossel (36) mit dieser Druck­quelle verbunden ist.

8. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (21) zwischen zwei Anschlägen (23 und 24) bewegbar ist.

9. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand (21) mit einer, entgegen der Korrekturfeder wirkenden weichen Rückstellfeder 30) beaufschlagt ist.

10. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­net, daß der andere Arbeitsraum (33) über eine zweite Drossel (37) entlastbar ist.

11. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­net, daß die zweite Drossel (37) drehzahlabhängig steuerbar ist.

12. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­net, daß die zweite Drossel (37) ab einer bestimmten niedrigen Dreh­zahl bei Drehzahlzunahme geöffnet wird und unterhalb dieser nie­drigen Drehzahl geschlossen ist.

13. Kraftstoffeinspritzpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­net, daß das die Arbeitsräume (33, 34) einschließende Gehäuse (22) ortsfest angelenkt ist.

14. Verfahren zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge für Kraft­stoffeinspritzpumpen, die ein von der Kraft eines Drehzahlsignal­gebers (8) gegen die willkürlich veränderbare Kraft einer Regelfeder (25) verstellbares Kraftstoffmengenverstellorgan (3) aufweisen, da­durch gekennzeichnet, daß der drehzahlabhängigen Kraft des Drehzahl­signalgebers (8) bei langsamen Drehzahländerungen eine entsprechende drehzahlabängige Kraft entgegenwirkt die bei schnellen Drehzahlän­derungen sich nicht weiter ändert.

15. Verfahren zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge für Kraft­stoffeinspritzpumpen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechende drehzahlabhängige Kraft bei Erreichen der Abregel­drehzahl aufgehoben wird.

16. Verfahren zur Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge für Kraft­stoffeinspritzpumpen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengerichtete Kraft durch Differentiation der Momentan­drehzahl der Kraftstoffeinspritzpumpe gebildet wird.

Zeichnung