DE3149491C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur drehzahl- und lastabhängigen Einspritzzeitpunktverstellung von Kraftstoffeinspritzpumpen für turbogeladene Dieselmotoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Der Einspritzbeginn verändert sich drehzahl- und lastabhängig, wobei der Anteil an giftigen Emissionen mit beeinflußt wird. Eine übliche Methode zum Reduzieren der Giftgasemission, beispielsweise von Stickstoffoxid im Abgas des Motors, besteht in der Verzögerung des Einspritzbeginns. Dies verursacht jedoch eine Erhöhung des Anteils an verbrannten Kohlenwasserstoffen und der Rauchgasmenge. Außerdem wirkt sich dies negativ auf den Motorwirkungsgrad aus.

Der größte Anteil an Stickstoffoxid wird bei hoher Last und bei relativ niedriger Drehzahl gebildet, d. h. bei hoher Temperatur in der Brennkammer und einer langen Betriebsperiode bei dieser hohen Temperatur, während der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen am größten ist bei hoher Drehzahl und bei niedriger Last infolge der unvollständigen Verbrennung. Dies bedeutet, daß für die Verbrennung nur eine kurze Zeit zur Verfügung steht und dabei infolge der niedrigen Temperatur eine schlechte Verbrennung erfolgt.

Durch Verzögern des Einspritzbeginns bei zu intensiver Ausbildung von Stickstoffoxiden und durch Beschleunigen des Einspritzbeginns bei der dominierenden Ausbildung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist es möglich, die Prozentsätze der giftigen Bestandteile im Abgas zu reduzieren. Hierfür müssen die Motordrehzahl und die Last gemessen werden, um mit diesen Parametern den Spritzbeginnversteller zu steuern.

Die meist übliche heutige Methode, den Einspritzbeginn nur von der Motordrehzahl abhängig zu machen, besteht in der Verwendung eines Zentrifugalverstellers. Verschiedene Parameter für die Brennstoffmenge wurden jedoch für die Lastmessung verwendet, d. h., daß Einstellen der Brennstoffregeleinrichtung. Bei einer bekannten Anordnung zum Erzielen einer lastabhängigen Einstellung des Einspritzbeginns erfolgt eine Änderung der Brennstoffmenge. Der Nachteil dieses Systems besteht jedoch in der minimalen Freiheit für die Änderung des Einspritzbeginns. Durch die Verwendung der Brennstoffmenge als Parameter für die Motorlast besteht jedoch die Schwierigkeit, ein brauchbares Signal zu erzeugen, ohne eine komplizierte, beispielsweise elektronische Verstärkung vorzunehmen.

Aus der DE-OS 29 44 179 ist eine Vollastmengenbegrenzung durch Betätigung eines Stellmotors in Abhängigkeit vom Ladedruck und der Motortemperatur bekannt, wobei allerdings übergreifend eine drehzahlabhängige Vollastmengenbegrenzung vorgenommen wird. Die Regelung des Einspritzbeginns wird in dieser Druckschrift nicht beschrieben.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 17 76 253 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zuverlässige Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der es möglich ist, die Motorlast ohne Verwendung der Brennstoffmenge als Parameter messen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Spritzbeginnversteller verwendet zum Verändern des Einspritzbeginns in Abhängigkeit sowohl von der Last als auch von der Motordrehzahl.

Die Erfindung basiert auf der Tatsache, daß der Ladedruck des turbogeladenen Dieselmotors bei einem konstanten mittleren Druck innerhalb des Betriebsbereichs des Motors nahezu proportional zum Quadrat der Motordrehzahl zunimmt. Dadurch, daß der Ladedruck ein Signal erzeugen kann und dieses Signal mit einem Signal verglichen wird, welches durch eine Fliehkrafteinrichtung erzeugt wird, die beispielsweise durch die Motordrehzahl gesteuert wird (allgemein gesagt handelt es sich dabei um eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals, welches proportinal dem Quadrat der Drehzahl ist), ist es möglich, den mittleren Druck des Motors, d. h. die Last zu bestimmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Spritzbeginnversteller,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Spritzbeginnversteller gemäß einem praktischen Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2 und

Fig. 6 bis 9 verschiedene Diagramme mit der Darstellung möglicher Aufteilungen des Arbeitsbereiches des Motors zum Ändern des Einspritzbeginns.

Der Spritzbeginnversteller gemäß Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Eingangswelle 2 und eine Ausgangswelle 3 drehbar gelagert sind. Die Eingangswelle 2 weist ein Zahnrad 4 auf, welches von der Kurbelwelle des turbogeladenen Dieselmotors angetrieben ist, während die Ausgangswelle 3 antriebsmäßig mit der Kraftstoffeinspritzpumpe des Motors verbunden ist. Die Eingangswelle 2 ist starr an einer Hülse 5 und die Ausgangswelle starr an einer Hülse 6 befestigt. Die Hülsen 5 und 6 sind innenseitig mit Spiralverzahnungen versehen, die in entgegengesetzten Richtungen gewunden sind, so daß die Axialversetzung einer Leistungsübertragungseinrichtung 7, welche in die Spiralverzahnungen der Hülsen eingreift, zu einer Änderung der relativen Drehlage der Wellen 2, 3 und damit zu einer Änderung des Zeitpunktes des Einspritzbeginns führt.

Die Leistungsübertragungseinrichtung 7 weist einen Kolben 8 auf, welcher in einem Zylinderabschnitt 9 gehalten wird und über eine Dichtung 10 mit der Hand des Zylinderabschnitts 9 in Berührung steht. Die Hülse 5 schließt auf der einen Seite des Kolbens 8 eine Zylinderkammer 11, die Hülse 6 auf der anderen Seite des Kolbens 8 eine Zylinderkammer 12 ein, welche Kammern über Einlaßkanäle 13, 14 mit einem Servohydraulikmittel versorgbar sind. Die Ableitung dieses Strömungsmittels erfolgt durch Auslaßkanäle 15, 16, die sich im Gehäuse 1 befinden. Die Kammer 11 steht über Löcher 17 in der Hülse 5 mit den Kanälen 13, 15 in Verbindung. Die Kammer 12 steht über den Spalt 18 zwischen den Hülsen 15 und 16 mit den Kanälen 14, 16 in Verbindung. Wenn in den Kammern 11, 12 gleicher Druck herrscht, so halten Schraubenfedern 11a, 12a die Leistungsübertragungseinrichtung 7 in einer mittigen Stellung, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Ist der Druck in diesen Kammern unterschiedlich, so wird die Leistungsübertragungseinrichtung 7 zur Seite niederen Drucks aus dieser Mittelstellung verschoben.

Die Regulierung des Drucks in den beiden Zylinderkammern 11, 12 wird mit Hilfe eines Paares von Schieberventilen 20, 21 an der Auslaßseite der Zylinderkammern 11, 12 erreicht. Das linke Ventil 20 in Fig. 1 hat einen Steuerschieber 22, welcher in der dargestellten Lage das Ablassen des Strömungsmittels aus der Kammer 11 über den Auslaßkanal 15 erlaubt. Das rechte Ventil 21 in Fig. 1 hat einen Steuerschieber 23, welcher in der dargestellten Lage in entsprechender Weise das Ablassen des Strömungsmittels aus der Kammer 12 über den Auslaßkanal 16 erlaubt. Die beiden Steuerschieber 22, 23 sind in einer gemeinsamen Bohrung 24 des Gehäuses 1 angeordnet. In den Raum 25 der Bohrung 24 zwischen den aufeinander zuweisenden inneren Enden der Schieber mündet ein Kanal 26, durch den unter Druck stehendes Öl über ein nicht dargestelltes Ventil zugeführt werden kann, welches mit einer Druckquelle verbunden ist und von einer motorangetriebenen Fliehkrafteinrichtung gesteuert wird, so daß beim Betrieb ein Druck in dem Raum 25 der Bohrung 24 erhalten wird, der dem Quadrat der Motordrehzahl proportional ist. Zwischen dem äußeren Ende des Schiebers 22 und der benachbarten Endwand der Bohrung 24 befindet sich eine Schraubenfeder 27, die in Fig. 1 im expandierten, unbelasteten Zustand dargestellt ist. Das äußere Ende des Schiebers 23 erstreckt sich in eine Luftkammer 28 und ist an einer in dieser Kammer 28 montierten Membran 29 befestigt. Die Kammer 28 weist eine Öffnung 28a auf, welche mit der Druckseite eines Turbokompressors verbunden ist, so daß die Membran 29 und damit der Schieber 23 während des Betriebs durch eine Kraft belastet wird, die vom Ladedruck abhängt. In der in Fig. 1 dargestellten Lage ist die Membran nicht belastet.

Der Steuerschieber 22 ist so auf der einen Seite durch den Öldruck und auf der anderen Seite durch die Feder 27 belastet. Bei einem bestimmten Öldruck entsprechend einer vorbestimmten Motordrehzahl, welcher durch die Eigenschaften der Feder 27 bestimmt wird, sind die auf den Steuerschieber 22 wirkenden Kräfte gleich, und der Auslaßkanal 15 wird offengehalten. Bei einer Drehzahl, die höher ist als die vorbestimmte, dominiert die Öldruckkraft, und der Steuerschieber 22 wird in Fig. 1 nach links gedrückt, um so den Auslaßkanal 15 der Zylinderkammer 11 zu blockieren. Daraus resultiert ein Ansteigen des Drucks in der Kammer 11. Wenn angenommen wird, daß der Steuerschieber 23 in seiner den Außenkanal 16 öffnenden Lage entsprechend Fig. 1 verbleibt, verursacht ein Ansteigen des Drucks in der Kammer 11 ein Verschieben der Leistungsübertragungseinrichtung 7 aus ihrer Mittelstellung A heraus in eine Stellung B nach rechts. Dies führt zu einer Vorverstellung des Einspritzbeginns.

Die jeweilige Gleichgewichtslage des Steuerschiebers 23 wird von den auf ihn wirkenden drehzahl- und lastabhängigen Kräften bestimmt. Maßgebend dafür ist das Verhältnis der Schieberfläche, auf die der Öldruck wirkt, zur wirksamen Membranfläche, auf die der Lastdruck wirkt. Ist die Kraft aus dem Ladedruck größer als die Kraft aus dem Öldruck, so wird der Steuerschieber 23 in Fig. 1 nach links gedrückt. Dadurch wird der Auslaßkanal 16 der Zylinderkammer 12 geschlossen und die Leistungsübertragungseinrichtung 7 in eine Stellung C nach links bewegt, vorausgesetzt, daß der Steuerschieber 22 nicht den Auslaßkanal 15 schließt. Dies verursacht eine Verzögerung des Einspritzbeginns.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die drehzahl-druckbezogene (P_me/Upm) Operationsgraphik des Motors in vier Bereiche aufgeteilt, wie dies in Fig. 6 wiedergegeben ist. Entsprechend dieser Graphik können die die Stellungen A, B und C repräsentierenden Bereiche wunschgemäß gewählt werden, vorausgesetzt, daß A einer Stellung zwischen B und C entspricht. Beispiele anderer Aufteilungen zum Ändern des Einspritzbeginns innerhalb des Betriebsbereichs des Motors, welche mit dem beschriebenen Grundsteuerprinzip erreicht werden können, sind in den Diagrammen gemäß den Fig. 7 bis 9 dargestellt.

In den Fig. 2 bis 5, in denen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 für korrespondierende Teile verwendet werden, ist der Spritzbeginnversteller entsprechend der Erfindung im Zusammenhang mit einem praktischen Ausführungsbeispiel dargestellt, welches sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel in erster Linie dadurch unterscheidet, daß das Gehäuse ebenso ein Ventil 31 enthält, welches von einer Fliehkrafteinrichtung 30 gesteuert wird. Dieses Ventil steuert den Öldruck, welcher jeweils eine Seite der Steuerschieber 22, 23 belastet, welche in individuellen Bohrungen angeordnet sind, die über einen Kanal 32 vom Ventil 31 miteinander in Verbindung stehen.

Die Fliehkrafteinrichtung weist eine Welle 34 mit einem Zahnrad 33 auf. Ein schraubenförmiges Antriebszahnrad 35 auf der Ausgangswelle 3 kämmt mit dem Zahnrad 33, um die Welle 34 anzutreiben. An ihrem oberen Ende ist die Welle 34 mit einem Teil 36 fest verbunden, welches Teil 36 eine Anzahl von kugelförmigen Vertiefungen 37 zur Aufnahme von Kugeln 38 aufweist. Ein korrespondierendes Teil 40 mit Vertiefungen 39 ist verschiebbar auf der Welle 34 oberhalb eines Flansches 41 gelagert, welcher auf der Welle 34 sitzt. Das Teil 40 hat eine zylindrische Verlängerung 42, welche den Ventilkörper des Ventils 31 bildet und die Strömungsmittelabgabe von einer darunterliegenden Kammer 43 regelt, welche mit dem Kanal 32 in Verbindung steht.

Es wird angenommen, daß die Fliehkrafteinrichtung des Spritzbeginnverstellers gemäß den Fig. 2 bis 5 ebenso wie die des Spritzbeginnverstellers der Fig. 1 mit dem Schmiersystem des Motors verbunden ist und von der Motorölpumpe mit Öl versorgt wird. Die Kammer 43 wird auf eine hier nicht mehr im Detail dargestellte Weise mit Öl versorgt, und zwar über eine Verengung. Der Öldruck in der Kammer 43 wirkt so mit einer nach oben gerichteten Kraft auf das Teil 40, während die auf die Kugeln wirkende Fliehkraft beim Drehen der Welle eine auf das Teil 40 nach unten gerichtete Kraft erzeugt, was infolge der Form der Vertiefungen 37, 39 erfolgt. Bei einer niedrigen Drehzahl dominiert die Öldruckkraft und hebt das Teil 40 an, so daß das in der Kammer 43 befindliche Öl zwischen ihrer Kante und dem durch die Verlängerung 42 gebildeten Ventilkörper ablaufen kann. Bei einer höheren Drehzahl dominiert die Fliehkraft und das Teil 40 wird durch die Kugeln 38 in die in Fig. 3 dargestellte Lage nach unten gedrückt. Ein Öldruck proportional dem Quadrat der Motordrehzahl wird so im Kanal 32 erzeugt und auf die Bohrungen der Steuerschieber 22, 23 geführt.

Bei dem Spritzbeginnversteller gemäß den Fig. 2 bis 5 wird die Leistungsübertragungseinrichtung 7 verschiebbar auf einer Welle 50 montiert, welche zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 verläuft. Die Leistungsübertragungseinrichtung ist relativ dazu drehbar. In einer Mittelbohrung 51 der Leistungsübertragungseinrichtung ist ein Paar von Federn 52, 53 zwischen einem Paar von Endbuchsen 54 montiert, so daß die Leistungsübertragungseinrichtung in der Mittellage gehalten wird, wenn die Drücke in den Zylinderkammern 11, 12 gleich sind.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur drehzahl- und lastabhängigen Einspritzzeitpunktverstellung von Kraftstoffeinspritzpumpen für turbogeladene Dieselmotoren, mit einer Steuerventileinrichtung, die sowohl nach Maßgabe eines drehzahlabhängigen Drucks eines Servohydraulikmittels als auch nach Maßgabe eines lastabhängigen Drucks steuerbar ist, mit einer Leistungsübertragungseinrichtung zwischen der vom Motor angetriebenen Eingangswelle und der die Kraftstoffeinspritzpumpe antreibenden Ausgangswelle zur Änderung der relativen Drehlage dieser Wellen und damit zur Änderung des Einspritzbeginns, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung aus zwei Schieberventilen (20, 21) besteht, deren Steuerschieber (22, 23) an eine den drehzahlabhängigen Druck aufnehmende Kammer angrenzen und von diesem Druck verstellbar sind, wobei das eine Schieberventil (21) gegensinnig zum drehzahlabhängigen Druck auch vom Ladedruck gesteuert ist, daß jedes Schieberventil (20, 21) einen ein Servohydraulikmittel führenden Auslaßkanal (15, 16) stromab der Leistungsübertragungseinrichtung (7) beherrscht, daß die Leistungsübertragungseinrichtung (7) aus einem doppeltwirkenden Kolben (8) mit vom Servohydraulikmittel beaufschlagbaren gleich großen Stirnflächen besteht, wobei der doppeltwirkende Kolben (8), der die von der Steuerventileinrichtung beherrschten Auslaßkanäle (15, 16) getrennt hält, einerseits an der Eingangswelle (2), andererseits an der Ausgangswelle (3) jeweils über eine Schraubenfeder (11a, 12a) abgestützt ist.