[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Dieselmotors
nach dem Oberbegriff des Anspruchs l.
[0002] Im Rahmen einer zentralen Motor- und Fahrzeugregelung und Überwachung für Nutzkraftwagen
ist es bekannt, einen elektronischen Regler einzusetzen, der eine Vielzahl komplexer
Regel-, Begrenzungs- und Überwachungsfunktionen ausführen kann. Er dient insbesondere
zur Übertragung der von dem Fahrer vorgegebenen Stellung des Fahrpedals (Gaspedals)
auf elektrischem Wege zu der Regelstange einer Einspritzpumpe, die mit einem elektromotorischen
Stellglied verstellt wird.
[0003] Weil die Leistungs-(Last-) und Drehzahlsteuerung des Dieselmotors grundsätzlich über
die Kraftstoffmenge ohne Drosselung der Ansaugluft erfolgt, kann bei festgehaltener
Regelstange die Drehzahl eines unbelasteten Dieselmotors bis zur Selbstzerstörung
steigen. Aus diesem Grund ist generell ein Drehzahlregler mit Höchstdrehzahlbegrenzung
erforderlich. Es liegt nahe, die Funktion der Höchstdrehzahlbegrenzung mit dem elektronischen
Regler auszuführen, da dieser ohne großen Aufwand vielseitig ausgebildet werden
kann. Obwohl sich die elektronischen Bauelemente und Baueinheiten, aus denen elektronische
Regler bestehen, allgemein durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnen, besteht jedoch
hinsichtlich einiger kritischer Funktionen, wie der Höchstdrehzahlbegrenzung, noch
die Befürchtung, daß der elektronische Regler gelegentlich gestört sein kann (beispielsweise
soft fail).
[0004] Andererseits gehören fliehkraftgesteuerte Drehzahlregler, insbesondere als Leerlauf-
und Enddrehzahlregler, zum Stand der Technik, die unmittelbar an die Einspritzpumpen
angebaut sind und über ein Gestänge, insbesondere Verstellbolzen und Gelenke, die
teilweise verschiebbar geführt sind, auf die Regelstange einwirken. Obwohl diese fliehkraftgesteuerten
Drehzahlregler die grundsätzlichen Nachteile feinmechanischer Einrichtungen aufweisen,wie
verhältnismäßig hohe Fertigungskosten bei gewünschter genauer Funktion,sowie einem
Verschleiß unterliegen, gelten sie als zuverlässig und störungsfrei. Gleichwohl wurde
bisher lediglich bekannt, den fliehkraftgesteuerten Drehzahlregler in seiner Gesamtheit,
also mit sämtlichen Funktionen, durch einen elektronischen Rechner zu ersetzen, der
mit verstärkten Ausgangssignalen einen die Regelstange gegen eine Feder verstellenden
elektrischen Linearmagneten steuert. Ein elektrischer Sensor kann dabei die Position
des Stellwerks an den elektronischen Regler rückmelden (VDO Information "Regelelektronik
im NKW"; Bosch, kraftfahrzeugtechnisches Taschenbuch, l9. Auflage, Seite 385).
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der elektrischen
Übertragung der Fahrpedalstellung auf die Regelstange der Einspritzpumpe mit einem
elektro nischen Regler, nämlich insbesondere die Vielzahl der mit einem verhältnismäßig
geringen Aufwand realisierbaren Überwachungs- und Regelfunktionen zu kombinieren mit
einer zweifelsfreien Zuverlässigkeit der Enddrehzahlbegrenzung des Diesemotors, und
zwar in einer für den Betrieb des Dieselmotors harmonischen Weise.
[0006] Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs l angegebene
Erfindung gelöst.
[0007] Das Prinzip der Erfindung besteht darin, daß der elektronische Regler zur Ausübung
einer Abregelfunktion der Fördermenge bei einer vorgegebenen Grenzdrehzahl eingerichtet
ist, so daß er normalerweise den Dieselmotor mit einer gewünschten, an dem Regler
leicht einstellbaren Kennlinie (Proportionalgrad oder P-Grad) abregelt. Der elektronische
Regler kann dabei außerdem eine Vielzahl anderer, insbesondere drehzahl- und geschwindigkeitsabhängiger
Funktionen übernehmen, beispielsweise zur Regelung der Leerlaufdrehzahl und zur Begrenzung
der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Für den nur extrem selten zu erwartenden
Fall, daß der elektronische Regler bei der normalen Enddrehzahl (Grenzdrehzahl) nicht
bestimmungsgemäß abregelt, ist ein einfacher mechanischer Enddrehzahlregler an die
Einspritzpumpe angebaut, der ausschließlich zur Abregelung bei einer Sicherheitsgrenzdrehzahl
eingerichtet und damit verhältnismäßig wenig aufwendig ist. Die genannte Sicherheitsgrenzdrehzahl
ist dabei höher eingestellt als die Grenzdrehzahl, bei welcher der elektronische Regler
abregelt, so daß der mechanische Enddrehzahlregler normalerweise nicht auf die Regelstange
einwirkt. Dies geschieht nur, wenn die Drehzahl des Dieselmotors um eine vorgegebene
Drehzahlspanne die normale Grenzdrehzahl überschreitet. - Die Drehzahlspanne kann
dabei im Hinblick auf den vorgegebenen Regelverlauf der mit dem elektronischen Regler
ausgeübten Abregelfunktion eingestellt werden und beträgt beispielsweise in einem
typischen Fall etwa l00 U/min.
[0008] Es können also sämtliche Vorteile der elektronischen Drehzahlregelung des Dieselmotors
bei gesteigerter Zuverlässigkeit des Abregelns bewahrt werden. Hierzu gehört insbesondere
die feinfühlige Abregelfunktion, die nicht durch eine Kinematik des mechanischen Enddrehzahlreglers
bestimmt ist. Vorteilhaft sind ferner die vielen Regel- und Steuerfunktionen, die
in Abhängigkeit von anderen Größen, wie der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, durch
den elektronischen Regler gebildet wurden und sich auf das elektromotorische Stellglied
der Regelstange sowie auf andere Fahrzeugsysteme, wie automatische Schaltgetriebe
und Bremsregler, auswirken können. Insgesamt kann beispielsweise trotz einfachen Aufbaus
des mechanischen Enddrehzahlreglers,der nur ab Erreichen der Sicherheitsgrenzdrehzahl
abregelt, mit dem elektronsichen Regler eine Leerlaufdrehzahlregelung oder darüber
hinaus eine Alldrehzahlregelung durchgeführt werden, in der der elektronische Regler
in Abhängigkeit von der Stellung des Leistungssollwertgebers jeweils eine annähernd
konstante Motordrehzahl einregelt. Solche Alldrehzahlregler werden beispielsweise
für Nutzkraftwagen mit Nebenantrieben oder für Baumaschinen eingesetzt, um verschiedene
vorgegebene Drehzahlen konstant zu halten.
[0009] Vorteilhaft ist weiter, daß Zusatzkosten für Änderungen des mechanischen Enddrehzahlreglers
weitgehend entfallen, da die für ihn vorgesehenen Elemente, insbesondere das Gehäuse,nach
wie vor verwendet werden können, soweit diese nicht ganz entfallen, wie beispielsweise
die Feder für eine Leerlaufdrehzahlregelung.
[0010] Insgesamt kann erfindungsgemäß die Intelligenz des elektronischen Reglers mit der
Sicherheit konventioneller mechanischer Enddrehzahlregler kombiniert werden und die
Abregelfunktion insofern verbessert werden, indem der mechanische Enddrehzahlregler
normalerweise nicht in diese Funktion eingreift.
[0011] In weiterer Ausgestaltung der Einrichtung ist als mechanischer Enddrehzahlregler
ein Fliehkraftregler vorgesehen, der mit einer Regelstange der Einspritzpumpe verbunden
ist, welche Regelstange außerdem über den Verstellhebel mit dem elektromotorischen
Stellglied des elektronischen Reglers in Verbindung steht. Sämtliche Drehzahlregelungs-
und begrenzungsfunktionen werden somit über den Verstellhebel auf die Regelstange
übertragen. Der Montageaufwand für die übliche Anordnung des elektromotorischen Stellglieds
ist gering. Der Fliehkraftregler bildet in üblicher Weise mit der Einspritzpumpe eine
Einheit. Es ist somit möglich, auch nachträglich ohne Schwierigkeiten eine Einspritzpumpe
mit einem modifizierten, aber äußerlich konventionellen Fliehkraftregler mit einem
ebenfalls üblichen elektromotorischen Stellglied auszurüsten. Das elektromotorische
Stellglied hat dabei im Vergleich zu einem elektrischen Linearmagneten den zusätzlichen
Vorteil der größeren Zuverlässigkeit insbesondere gegen störende Fremdkörper (Späne).
[0012] Gemäß Anspruch 3 weist der Fliehkraftregler ausschließlich Endregelfedern als der
Fliehkraft entgegenwirkende Rückstellelemente auf. Da somit insbesondere keine Leerlauffeder
vorhanden ist, können auch die Konstruktionsmerkmale des Fliehkraftreglers entfallen,
welche die Abstützung der Leerlauffeder und den sukzessiven Angriff der Leerlauffeder
und der Endregelfedern an dem Fliehgewicht betreffen.
[0013] Die Leerlaufdrehzahlregelung wird nach Anspruch 5 vorteilhaft ebenfalls von dem
elektronischen Regler übernommen.
[0014] Nach Anspruch 7 können zusätzlich zu der Abregelfunktion bei Erreichen der Grenzdrehzahl
in den elektronischen Regler noch weitere Funktionen der Motor- und Fahrzeugregelung
integriert werden, insbesondere eine willkürlich einstellbare Anhebung der Leerlaufdrehzahl
(Handgas), das Abstellen des Dieselmotors, wozu sonst ein weiteres Betätigungselement
etwa in Form eines Hydraulikzylinders notwendig ist, eine Motorbremssteuerung, eine
Geschwindigkeitsregelung zur Aufrechterhaltung der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine
willkürliche einstellbare Drehzahl- und Geschwindigkeitsbegrenzung, die mit einem
weiteren Stellglied auf einen variablen Anschlag des Verstellhebels an der Einspritzpumpe
einwirken kann, eine geregelte Beschleunigung bei voll betätigtem Fahrpedal zur Anfahrsteuerung
sowie eine Leistungsreduzierung bei kritischen Betriebszuständen zum Fahrzeug- und
Motorschutz.
[0015] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit drei Figuren
erläutert. Es zeigen:
Fig. l eine Prinzipdarstellung der Einrichtung mit einem elektronischen Regler und
einem Fliehkraftregler an einer Einspritzpumpe,
Fig. 2 eine Reglerkennlinie der Einrichtung nach Fig. l,
Fig. 3a und 3b eine Einzelheit des Fliehkraftreglers bei verschiedenen Drehzahlen,
und zwar
Fig. 3a unterhalb der Sicherheitsgrenzdrehzahl und
Fig. 3b nach Überschreiben der Sicherheitsgrenzdrehzahl.
[0016] In Fig. l ist dargestellt, wie zu einer elektrischen Übertragung einer Fahrpedalstellung
auf eine Einspritzpumpe ein Fahrpedal l mit einem Sollwertgeber², einem Potentiometer,
mechanisch verbunden ist. Sein Ausgang steht über eine Leitung 3 mit einem elektronischen
Regler in Verbindung, der allgemein mit 4 bezeichnet ist. Der elektronische Regler
enthält im wesentlichen eine digitale Logik- und Stuerungsschaltung 5, die mit einem
Mikroprozessor mit Speichern aufgebaut sein kann. Die Schaltung ist dabei so ausgebildet,
daß sie Regelkennlinienfelder, die bei 6 angedeutet sind, erzeugt. Eine Regelkennlinie
eines solchen Feldes wird noch im Blick auf Fig. 2 besprochen werden. - In der digitalen
Logik- und Steuerungsschaltung erfolgt unter anderem ein Vergleich zwischen dem Sollwertsignal,
welches über die Leitung 3, eine Analogeingabeschaltung 7 und einen Analogdigitalumsetzer
8 in die digitale Logik- und Steuerungsschaltung 5 eingespeist wird, mit einem Istwertsignal
insbesondere der Drehzahl, welches in eine Digitialeingabeschaltung 9 eingespeist
wird. Ein Signal entsprechend der Abweichung zwischen Istwertsignal und Sollwertsignal
wird an Ausgängen der digitalen Logik- und Steuerungsschaltung 5 über einen Digital-Analogumsetzer
l0 in einen Analogregler ll eingespeist, der als Nachlaufregler ausgebildet ist.
Der Analogregler gibt ein Signal an ein elektromotorisches Stellglied l2, welches
mit einem Sensor zur Rückmeldung der Stellung gekuppelt ist. Eine Stellungsmeldung
erfolgt über eine Leitung l3 zurück zu dem Analogregler ll.
[0017] Die digitale Logik- und Steuerungsschaltung liefert zusätzliche Signale zum Betrieb
von Anzeigen l4 sowie zur Ansteuerung weiterer Fahrzeugsysteme, wie eines automatischen
Schaltgetriebes oder eines Bremsenreglers, die bei l5 angedeutet sind. Zur Eingabe
zusätzlicher Werte, beispielsweise eines Geschwindigkeitshaltesignals, ist ein Bedienteil
l6 vorgesehen, welches ebenfalls mit der digitalen Logik- und Steuerungsschaltung
5 in Verbindung steht. - Weitere Signale werden in den elektronischen Regler über
die Digitaleingabeschaltung 9 eingespeist. Die Art dieser Signale geht aus der Beschriftung
der Fig. l hervor. Dabei werden die Signale für Kick down, Leerlauf, Motorbremse,
Stop, Notfahrschalter durch Kontakte eingegeben, während die Drehzahl-und Geschwindigkeitssignale
als Impulsfolgen von üblichen Gebern eingespeist werden. Die mit diesen Signalen gesteuerten
Funktionen werden nicht weiter beschrieben, da sie nicht zum Kern der vorliegenden
Erfindung gehören, sie dienen lediglich zum Hinweis, daß der elektronische Regler
universell zur Ausübung dieser Funktionen ausgebildet ist und nicht nur zur Abregelung
des Dieselmotors über die Einspritzpumpe beim Erreichen der Grenzdrehzahl.
[0018] Die Drehzahlregelung des Dieselmotors erfolgt durch das elektromotorische Stellglied
l2, welches mechanisch mit einem Verstellhebel l7 eines Fliehkraftreglers l8 gekuppelt
ist. Der Verstellhebel l7 wirkt über einen Gleitstein l9 und ein einstellbares Gestänge
20 auf eine Regelstange 2l, die in einer Einspritzpumpe 22 die Fördermenge durch
Verdrehen von Pumpenkolben 23 vorgibt. Die Stellung des Gestänges 20 kann durch Verschieben
dessen unterer Lagerung 24 in dem Fliehkraftregler variiert werden. Dazu weist der
Fliehkraftregler eine mit einer der Dieselmotor-proportionalen Drehzahl angetriebene
Welle 25 auf, an der radial verschiebbare Fliehgewichte 26, 27 paarweise gegenüberstehend
angebracht sind. Die Fliehgewichte können entgegen der Kraft von Endregelfedern 28
und 29 verschoben werden. Dabei stützen sich die Endregelfedern beidseitig an Federtellern
30, 3l bzw. 32, 33 ab. Die Radialbewegung der Fliehgewichte wird über ein Kinematikgestänge
34 in die Verschiebung eines Verstellbolzens 35 umgewandelt, welcher die Lagerung
24 des Gestänges 20 verstellt.
[0019] Aus den Figuren 3a und 3b, in denen das Fliehgewicht 26 mit den mit ihm zusammenwirkenden
Elementen genauer dargestellt ist, kann entnommen werden, daß die Endregelfeder 28
aus zwei koaxial angeordneten Einzelfedern 28a und 28b besteht. Das Fliehgewicht stützt
sich auf einem Bund 36 ab, solange die Sicherheitsgrenzdrehzahl noch nicht erreicht
ist, siehe Fig. 3a. Das Fliehgewicht entfernt sich erst von dem Bund bei Überschreiten
der Sicherheitsgrenzdrehzahl, siehe Fig. 3b. Das Fliehgewicht verschiebt sich dann
mehr oder weniger entsprechend der Differenz der aktuellen Istdrehzahl zu der Sicherheitsgrenzdrehzahl.
Diese Verschiebung wird in eine horizontale Verschiebung des Verstellbolzens 35 umgewandelt,
mit dem durch die Regelstange 2l die Fördermenge abgeregelt wird.
[0020] Dieser Betriebsfall ist in dem äußerst rechten Teil der Regelkennlinie in Fig. 2
dargestellt, und zwar ab der Sicherheitsgrenzdrehzahl n
s0 hin zu größeren Drehzahlwerten N. Die Neigung der mit einer unterbrochenen Linie
dargestellten Fliehkraftregelkennlinie entspricht dabei dem P-Grad des Fliehkraftreglers.
Normalerweise wird aber dieser Fliehkraftregler nicht aktiviert, da die Sicherheitsgrenzdrehzahl
n
s0 nicht erreicht wird, denn bereits ab der normalen Grenzdrehzahl n
v0 wird die Fördermenge mit dem elektronischen Regler 4 abgeregelt - siehe voll ausgezeichnete
Linie in Fig. 2. Der Verlauf der Abregelfunktion kann in der digitalen Logik- und
Steuerungsschaltung 5 optimiert sein, siehe Regelkennlinienfelder 6. Normalerweise
wird also mit dieser optimierten Abregel funktion bei Überschreiten der Grenzdrehzahl
die Fördermenge reduziert. Erst wenn die normale Grenzdrehzahl n
v0 um den Drehzahlwert Δ n überschritten wird, greift der Fliehkraftregler wie beschrieben
ein.
[0021] Die übrige in der digitalen Logik- und Steuerungsschaltung 5 realisierte Regelkennlinie
kann konventionall sein:
[0022] Bei dem Punkt I wird mit einer Startmenge der kalte Motor gestartet, wobei das Fahrpedal
durchgetreten ist. Bei Loslassen des Fahrpedals stellt der elektonische Regler 4 über
das Stellglied l2 die Regelstange 2l in eine Leerlaufstellung bei II zurück. Der
elektronische Regler 4 regelt eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl unabhängig von der
Belastung beispielsweise mit Hilfsaggregaten bei III ein. Wenn bei laufendem Dieselmotor
das Fahrpedal durchgetreten wird, bewegt sich die Regelstange in eine konstante
Vollaststellung zwischen den Punkten IV und V in dem zugeordneten Drehzahlbereich.
Bei höheren Drehzahlen findet eine sogenannte Angleichung statt, bei der entsprechend
der leicht geneigten Kennlinie die Regelstange mit zunehmender Drehzahl bis zu der
Grenzdrehzahl n
v0 die Fördermenge bei Vollast etwas verringert. Ab dem Punkt VI erfolgt dann bei der
Grenzdrehzahl gleich der oberen Vollastdrehzahl die Endabregelung.
1. Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Dieselmotors in Abhängigkeit von
einem willkürlich betätigbaren mechanischen Betätigungselement eines elektrischen
Sollwertgebers, insbesondere eines Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs, mit einem von
dem Sollwertgeber gesteuerten elektronischen Regler, dessen Ausgang über ein elektromotorisches
Stellglied mit einem die Fördermenge einer Einspritzpumpe beinflussenden Verstellhebel
in Verbindung steht, wobei in dem elektronischen Regler ein elektrisches Drehzahlsignal
einspeisbar ist und eine Enddrehzahlbegrenzung des Dieselmotors vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß außer dem mit einer Enddrehzahlregelfunktion ausgebildeten elektronischen Regler
(4) ein mechanischer, mit der Einspritzpumpe (22) verbundener Enddrehzahlregler (Fliehkraftregler
l8) vorgesehen ist und daß der mechanische Enddrehzahlregler auf das Abregeln der
Fördermenge bei einer Sicherheitsgrenzdrehzahl (ns0) eingestellt ist, die höher als die Grenzdrehzahl (nv0) ist, ab welcher der elektronische Regler abregelt.
2. Einrichtung nach Anspruch l,
dadurch gekennzeichnet,
daß als mechanischer Enddrehzahlregler ein Fliehkraftregler (l8) vorgesehen ist,
der mit einer Regelstange (2l) der Einspritzpumpe verbunden ist, und daß mit der Regelstange
über den Verstellhebel (l7) außerdem das elektromotorische Stellglied (l2) in Verbindung
steht.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Fliehkraftregler (l8) ausschließlich Endregelfedern (28, 29) als der Fliehkraft
entgegenwirkende Rückstellelemente enthält.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche l-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Enddrehzahlregler (Fliehkraftregler l8) auf eine Sicherheitsgrenzdrehzahl
(ns0) eingestellt ist, die etwa l00 UPM höher als die Grenzdrehzahl (nv0) liegt, auf welche der elektronische Regler (4) eingestellt ist.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektronische Regler (4) eine Struktur (digitale Logik- und Steuerschaltung)
zur Regelung der Leerlaufdrehzahl aufweist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche l-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektronische Regler (4) als Alldrehzahlregler ausgebildet ist.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektronische Regler (4) zusätzlich zur Ausübung einer oder mehrerer der
nachfolgenden Betriebsweisen ausgebildet ist:
- willkürlich einstellbare Anhebung der Leerlaufdrehzahl (Handgas)
- Abstellen des Dieselmotors (Motorstop)
- Motorbremssteuerung
- Geschwindigkeitsregelung
- willkürlich einstellbare Drehzahl- und Geschwindigkeitsbegrenzung
- geregelte Beschleunigung bei voll betätigtem Fahrpedal (Anfahrsteuerung)
- Schutz vor unerwünschter Leistungsabgabe des Dieselmotors (Schutzfunktion).