DE4005689A1 - Einrichtung zur betaetigung eines laststellgliedes einer kraftstoffversorgungseinrichtung fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Einrichtung gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer solchen Einrichtung wird die Stellung des Geberorgans über einen Geber an die elektrische Steuer­ einrichtung gegeben, die nun unter Berücksichtigung von eventuellen anderen zu berücksichtigenden Parametern dieses Gebersignal in ein Stellsignal umwandelt und an eine Stelleinrichtung, die z. B. ein Elektromotor ist, weitergibt. Der Ausgang der Stelleinrichtung ist über ein Gestänge mit einem Verstellhebel einer Kraftstoffeinspritz­ pumpe verbunden, über den die Kraftstoffeinspritzmenge bzw. die von der Brennkraftmaschine abzugebende Leistung variiert wird. Dieser Verstellhebel kann auch als Laststellglied bezeichnet werden und bestimmt mit seiner Stellung je nach Ausgestaltung des der Kraft­ stoffeinspritzpumpe zugeordneten Reglers die Kraftstoffeinspritz­ menge bei der momentanen Drehzahl der Brennkraftmaschine. Innerhalb des Gestänges befindet sich eine Kupplung, über die auf ein Signal der Steuereinrichtung hin die Verbindung zwischen Stelleinrichtung und Laststellglied unterbrochen werden kann. Die Stellung des Aus­ gangs der Stelleinrichtung wird der Steuereinrichtung rückgemeldet und so das Laststellglied im Normalbetrieb dem von der Steuerein­ richtung vorgegebenen Sollwert nachgeführt. Kommt es dabei zu einem dauernden Fehlsignal, so ist die Einrichtung in einer Betriebs­ situation, die fehlerhaft ist. Für diesen Fall weist die bekannte Einrichtung eine mechanische Kupplung zwischen Geberorgan und Last­ stellglied auf in Form eines Gestänges und eines Hebels, der über eine Feder mit dem Laststellglied kuppelbar ist unter Zwischen­ schaltung eines Leerweges des Stellbereiches des Gestänges. Im Falle des Auftretens eines Fehlers in der Funktion verstellt das Geber­ organ dann über die mechanische Kupplung das Laststellglied. In der erstgenannten Betriebssituation, entsprechend einer einwandfreien Funktion, erlaubt der Leerweg des mechanischen Gestänges eine Verstellung des Laststellgliedes ohne Beeinflussung von dieser Seite.

Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß ein bestimmter Leer­ weg vorgegeben werden muß, um den die Stellwirksamkeit des Geber­ organs bei einem Notbetrieb, bei dem die Verbindung zwischen Stell­ einrichtung und Laststellglied wie oben erwähnt unterbrochen ist, reduziert wird. In diesem Falle entspricht bei einer gegebenen Stellung des Geberorgans die Stellung des Laststellgliedes nicht mehr der Stellung in der Betriebssituation, die durch eine einwand­ freie Funktion gekennzeichnet ist. Weiterhin wird zur Übertragung eine Bügelfeder verwendet, die wiederum entgegen eine andere Rück­ stellfeder arbeitet, so daß keine starre Kopplung zwischen Geber­ organ und Laststellglied erfolgt und somit auch hier eine Abweichung der Laststellgliedeinstellung bei Notbetrieb gegenüber dem Normal­ betrieb auftritt, die je nach Stellwiderständen auch noch variieren kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein sprung­ loser Übergang zwischen einer Betätigung des Laststellgliedes in der ersten Betriebssituation entsprechend ordnungsgemäß funktionierender Einrichtung zu der in der zweiten Betriebssituation entsprechend einer fehlerhaften Funktionsweise der Steuereinrichtung bzw. bei Notbetrieb gewährleistet ist. Die bewegliche Wand in der einen Kupplung kann in jeder Stellung fixiert werden bei gleichzeitiger Aufhebung der Fixierung der beweglichen Wand der anderen Kupplung. Damit ergeben sich auch vorteilhafte Einstellmöglichkeiten, um die beiden Betätigungsweisen des Laststellgliedes zueinander über die Kupplung auf Gleichstand zu bringen.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Anspruch 3 als Stellmittel bei der ersten Kupplung hydraulische Stellmittel und bei der zweiten Kupplung Luft dient. Dies hat den Vorteil, daß die Verstellung des Laststellgliedes beim Ausregeln von Sollwert/Istwert-Differenzen durch die Stelleinrichtung so wenig wie möglich durch die durch die Verstellung des Laststellglieds verstellte bewegliche Wand behindert wird. Die Luft, die der Umgebung entnommen wird, sorgt für einen nahezu widerstandslosen Ausgleich der durch die verstellbare Wand veränderten Volumina im Gehäuse. Dagegen erfährt die Wand in der ersten Kupplung eine sehr gute und wenig nachgiebige Verriegelung in der ersten Betriebssituation.

In vorteilhafter Weise wird gemäß Anspruch 5 als bewegliche Wand eine Stellmembran verwendet, die sehr einfach dicht im Gehäuse eingespannt werden kann, so daß Leckverluste ausgeschaltet werden. Schließlich ergibt sich durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 der Vorteil, daß bei Ausfall des Bordnetzes in jedem Fall eine mechanische Notbetätigung des Laststellgliedes durch das Geberorgang möglich ist, da die Schaltventile bei Stromausfall die Druckräume der zweiten Kupplung verriegeln und die der ersten Kupplung zueinander öffnen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erlautert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe 1 schematisch darge­ stellt, durch die eine nicht weiter gezeigte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit Kraftstoff versorgt wird. Es kann sich dabei um eine Reiheneinspritzpumpe oder Kraftstoffeinspritzpumpe anderer Art wie z. B. eine Verteilereinspritzpumpe handeln. Diese Kraftstoffeinspritzpumpe weist im Bereich ihres Reglers 2 einen Verstellhebel 3 auf, der z. B. über die Verstellung einer Regelfeder des Reglers 2 die pro Zylinder der Brennkraftmaschine zu fördernde Kraftstoffeinspritzmenge steuert oder in Betriebspunkten, in denen die mechanische Regeleinrichtung nicht wirksam ist durch direkte Verstellung des einspritzpumpeninternen Kraftstoffzumeßteils die Kraftstoffmenge steuert. Der Verstellhebel ist dabei ein Leistungs­ stellglied bzw. ein Laststellglied, das die zur Überwindung der an der Brennkraftmaschine anstehenden Last notwendige Kraftstoffein­ spritzmenge bzw. die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine steuert.

Die Kraftstoffeinspritzpumpe weist ferner einen Abstellhebel 5 auf, der mit einem pneumatisch arbeitenden Arbeitszylinder 6 verbunden ist. Dieser weist einen Kolben 7 auf, der gegen Federkraft durch in seinen Arbeitsraum 8 eingeführte Druckluft verstellbar ist und dabei den Abstellhebel betätigt. Der Arbeitsraum ist über eine Druck­ leitung 9 und ein 2/3-Wegeventil 10 mit einem Druckluftspeicher 11 oder der Umgebungsluft 12 verbunden.

Die Betätigung des Abstellhebels kann dabei je nach Steuersystem entweder durch Einführung von Druckluft in Richtung Betrieb oder in Richtung Abstellen betätigt werden.

Zur Betätigung des Verstellhebels 3 ist dieser über eine Über­ tragungseinrichtung, z. B. ein Gestänge 14 und 15 mit einer Stell­ einrichtung 16 verbunden. Die Stelleinrichtung ist z. B. als elektrischer Stellmotor ausgebildet, der über eine Steuerleitung 18 von einer elektrischen Steuereinrichtung 19 angesteuert und betrieben wird. Über eine Steuerleitung 20 wird die jeweilige Stellung des Verstellhebels oder einer Antriebskurbel 21 der Stell­ einrichtung als Ist-Stellung von der Steuereinrichtung erfaßt. Die Antriebskurbel ist mit dem Gestänge 15 verbunden, das über eine erste Kupplung 23 mit dem Gestänge 14 koppelbar ist.

Neben dem Gestänge 14, 15 ist der Verstellhebel durch ein zweites Gestänge 25, 26 und einen sich an das Gestänge 26 anschließenden Bowdenzug 27 mit einem willkürlich betätigbaren Geberorgan 28 verbunden, das in der Regel das Gaspedal eines Kraftfahrzeuges ist. Diesem Geberorgan ist ein Stellungsgeber 29 zugeordnet, der einen über das Geberorgan eingegebenen Lastwunsch über eine Steuerleitung 30 an die elektrische Steuereinrichtung 19 führt. Aus diesem Last­ wunsch in Verbindung mit noch weiteren eingebbaren Parametern formte die Steuereinrichtung einen Sollwert für die Verstellung der Antriebskurbel 21, die so lange durch die Stelleinrichtung betätigt wird, bis dieser Sollwert, rückgemeldet über die Steuerleitung 20, erreicht ist. In der Verbindung zwischen den Gestängeteilen 25 und 26 des zweiten Gestänges ist eine zweite Kupplung 32 angeordnet. Erste und zweite Kupplung bestehen im vorliegenden Falle aus je einem beidseitig verschlossenen Zylinder 33, 34, in dem jeweils ein Kolben 35, 36 als bewegliche Wand dicht verschiebbar ist, wobei der Kolben am Ende einer Kolbenstange sitzt, die dicht aus dem Zylinder herausgeführt ist und jeweils den zweiten Teil 15 bzw. 26 des mit der Stelleinrichtung 16 bzw. dem Geberorgan 28 verbundenen Gestänges gebildet ist. Die Zylinder 33, 34 ihrerseits sind mit den zum Verstellhebel führenden Gestängeteilen 14, 25 verbunden. Die Kolben 35 bzw. 36 schließen in den Zylindern 33 bzw. 34 jeweils auf der einen Seite einen ersten Druckraum 37 bzw. 38 ein und auf der anderen Seite einen zweiten Druckraum 39 bzw. 40. Der erste Druckraum 37 und der zweite Druckraum 39 des Zylinders 33 der zweiten Kupplung 32 führen zu einem 4/2-Magnetventil 42. Der erste Druckraum 38 und der zweite Druckraum 40 des Zylinders 34 der ersten Kupplung 23 führt zu einem zweiten 4/2-Magnetventil 43. In der gezeigten einen Ausgangsstellung des 4/2-Magnetventils 42 sind der erste Druckraum 37 und der zweite Druckraum 39 mit der Atmosphäre der Umgebung verbunden, so daß der Kolben 35 ohne merklichen Wider­ stand innerhalb des Zylinders 33, der mit dem verstellhebelseitigen Teil 25 des zweiten Gestänges verbunden ist, verschoben werden kann. In der nicht gezeigten anderen Schaltstellung des Magnetventils 42 sind die Druckräume nach außen verschlossen, so daß der Kolben 35 in seiner im Zylinder 33 eingenommenen Stellung fixiert ist und somit der Verstellhebel bei Betätigung des Geberorgans 28 über dem Bowdenzug 27 und die Gestängeteile 26 und 25 des zweiten Gestänges verstellt werden kann. In dieser Betriebssituation, die den vom Normalbetrieb abweichenden Fall darstellt, ist der Kolben 36 inner­ halb des Zylinders 34 der ersten Kupplung 23 frei beweglich. Zu diesem Zwecke ist zugleich das Magnetventil 43 in einer Schalt­ stellung, in der die Voluminaänderung der Druckräume 38 und 40 bei einer Verstellung des Zylinders 34 über das Gestänge 14 und den Verstellhebel 3 ausgeglichen werden kann. In diesem Falle ist der erste Druckraum 38 über eine Druckleitung 45 mit dem Magnetventil 43 und über dieses und eine Druckleitung 46 mit einem Stellmittelvor­ ratsbehälter 47 verbunden. Der zweite Druckraum 40 ist seinerseits über eine Druckleitung 48, das Magnetventil 43 und einer von diesem weiterführende Druckleitung 49 ebenfalls mit dem Stellmittelvorrat 47 verbunden, über den in der anderen in der Figur nicht gezeigten Stellung des Magnetventils 43 der Ausgleich des vom Kolben 36 der ersten Kupplung 23 verdrängten Volumens stattfinden kann.

In einem ersten Betriebszustand erfolgt die Einspritzmengensteuerung durch Betätigung des Verstellhebels über die als E-Gas bezeichnete obenbeschriebene Einrichtung, indem entsprechend dem Stellungssignal des Geberorgans 28 die Steuereinrichtung 19 die Stelleinrichtung 16 so einstellt, daß der Verstellhebel 21 die gewünschte Stellung ein­ nimmt. In diesem Falle ist die Kupplung 23 verriegelt, d. h. die Verbindung zwischen erstem Druckraum 38 und zweiten Druckraum 40 ist mit Hilfe des Magnetventils 43 unterbrochen, wie es in der Figur gezeigt ist. Damit bei regelungstechnisch auszugleichenden Soll-Ist­ wertdifferenzen eine Verstellung des Laststellglieds 3 durch die Stelleinrichtung 16 mittels einer Übertragung durch das Gestange unabhängig vom zweiten Gestänge 25 erfolgen kann, muß zugleich die Verbindung zwischen dem ersten Druckraum 37 und dem zweiten Druck­ raum 39 der zweiten Kupplung 32 hergestellt sein, was wiederum die gezeigte Stellung des Magnetventils 42 ermöglicht. Der Volumenaus­ gleich erfolgt zur Atmosphäre hin.

Tritt eine Funktionsstörungserkennung der Steuereinrichtung 19 in Funktion, wobei die Störung z. B. dadurch erkannt werden kann, daß die Iststellung der Stelleinrichtung 16 nicht auf die Sollstellung innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen gebracht werden kann, so schaltet die Steuereinrichtung 19 die Magnetventile 42 und 43 um und bringt die zweite Kupplung 32 in Verriegelung und öffnet zugleich die erste Kupplung 23. Dabei übernimmt das Gaspedal bzw. Geberorgan 28 die derzeit gültige Stellung des Verstellhebels 3, indem der Kolben 35 in der von dem Verstellhebel 3 nachgeführten Stellung des Zylinders 33 verriegelt wird. Übergangslos kann somit mit Hilfe des Geberorgans 28 eine weitere Betätigung des Verstellhebels und somit eine Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge ohne Berücksichtigung anderer Parameter erfolgen.

Statt der gezeigten Version, bei der die Druckräume jeweils über die Magnetventile 42 und 43 zu Stellmittelquellen wie Umgebungsluft und Stellmittelvorratsbehälter 47 verbunden werden können, können auch jeweils der erste Druckraum und der zweite Druckraum durch eine Verbindungsleitung, in der ein 2/2-Magnetventil angeordnet ist, miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Bei dieser Anordnung sind allerdings Leckverluste speziell bei Verwendung von hydraulischem Stellmittel nicht ausgleichbar. Dies ist vorteilhaft mit der gezeigten Lösung möglich. Dabei wird für die erste Kupplung 23 als Stellmittel eine Hydraulikflüssigkeit verwendet und als Stellmittel für die zweite Kupplung 32 Luft. Dies hat den Vorteil, daß bei der in aller Regel vorliegenden ersten Betriebssituation die Kraftstoffeinspritzpumpe durch die Verstelleinrichtung 16 betätigt wird, wobei der Kolben 36 durch die geringe Kompressibilität des Stellmittels in optimaler Weise in einer gegebenen Stellung im zylinder 34 verriegelt werden kann. Da andererseits der Kolben 35 durch regelungstechnisch bedingte Stellbewegungen der Stelleinrich­ tung 16 im Zylinder 33 verschoben wird und Volumen verdrängt, ist es günstig, daß hier als Stellmittel Luft verwendet wird, die dieser Stellbewegung geringste Widerstände entgegenstellt.

Vorteilhaft ist die Ansteuerung der Magnetventile 42 und 43 so gewählt, daß diese die gezeigte Stellung im erregten Zustand ein­ stellen, so daß beim Auftreten eines Fehlers und auch beim Ausfallen der Stromversorgung über das Steuergerät in dieser zweiten Betriebs­ situation das Geberorgan 28 über die zweite Kupplung 32 mit dem Verstellhebel 3 gekoppelt wird die erste Kupplung gelöst wird. Damit ist eine sichere Notbetätigung des Verstellhebels in der zweiten Betriebssituation möglich.

Statt der gezeigten Zylinder mit darin verstellbaren Kolben kann als bewegliche Wand auch eine Stellmembran verwendet werden, die jeweils mit den Gestängeteilen 15 und 16 verbunden ist und in einem Gehäuse entsprechender Art dicht eingespannt ist. Hier ergeben sich nur sehr geringe Stellmittelverluste, die nur noch am dicht zu haltenden Aus­ tritt des Gestänges 15 bzw. 26 aus dem Gehäuse auftreten. Aufgrund der Verriegelung der beweglichen Wände in beliebigen Stellungen läßt sich die beschriebene Einrichtung in äußerst einfacher Weise justieren und es ist ein sprungfreier Übergang des Verstellhebels von der Betätigung durch E-Gas zur direkten mechanischen Betätigung entsprechend der Gaspedalverstellung möglich.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Betätigung eines Laststellgliedes (3) einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (1) für Brennkraftmaschinen, die insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugen dienen, mit einem will­ kürlich betätigbaren Geberorgan (28) zur Einstellung einer gewünsch­ ten Stellung des Laststellgliedes (3) und mit einer von einer elek­ trischen Steuereinrichtung (19) gesteuerten Stelleinrichtung (16), die in Abhängigkeit von der Stellung des Geberorgans (28) über eine erste Kupplung (23) mit dem Laststellglied (3) verbindbar ist, das ferner über eine zweite Kupplung (32) mit dem Geberorgan verbindbar ist, wobei in einer ersten Betriebssituation, die einer einwand­ freien Funktion der von der elektrischen Steuereinrichtung gesteuer­ ten Stelleinrichtung entspricht, die Stelleinrichtung (16) mit dem Laststellglied (3) über die erste Kupplung (23) gekuppelt ist und die Verbindung des Geberorgans (28) über die zweite Kupplung (32) zum Laststellglied (3) unwirksam ist und in einer zweiten Betriebs­ situation, bei einer fehlerhaften Funktion von Steuereinrichtung und elektrischer Stelleinrichtung die Verbindung der Stelleinrichtung (16) zum Laststellglied (3) über die erste Kupplung (23) unter­ brochen und die Verbindung des Geberorgans (28) über die zweite Kupplung (32) zum Laststellglied wirksam ist, dadurch gekennzeich­ net, daß als zweite Kupplung (32) zwischen Geberorgan (28) und Laststellglied (3) eine relativ zu einem Gehäuse (33) bewegliche Wand (35) vorgesehen ist, die im Gehäuse zwei mit Stellmittel gefüllte Druckräume (37, 39) trennt, die über ein Schaltventil (42) in der zweiten Betriebssituation voneinander getrennt und in der ersten Betriebssituation direkt oder über einen Stellmittelvorrat miteinander verbunden sind und daß als erste Kupplung (23) zwischen Stelleinrichtung (16) und Laststellglied (3) eine relativ zu einem Gehäuse (34) bewegliche Wand (36) vorgesehen ist, die im Gehäuse zwei mit Stellmittel gefüllte Druckräume (38, 40) trennt, die über ein Schaltventil (43) direkt oder über einen Stellmittelvorrat (47) in der zweiten Betriebssituation miteinander verbunden sind und in der ersten Betriebssituation voneinander getrennt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellmittel in den Druckräumen der Kupplungen (23, 32) ein hydrau­ lisches Stellmittel ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als stellmittel der zweiten Kupplung (32) Luft und der ersten Kupplung (23) ein hydraulisches Stellmittel dient.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand jeweils ein in einem geschlossenen Zylinder (33, 34) dicht geführter Kolben (35, 36) ist.

5. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand jeweils eine Stell­ membran ist, die im Gehäuse eingespannt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltventile (42, 43) jeweils 4/2-Wegeschalt­ ventile sind.

7. Einrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltventile Magnetschaltventile sind, die in von der Steuereinrichtung (19) in der ersten Betriebssituation gegen Federkraft in eine ihrer Schaltstellung gebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Abstelleinrichtung vorgesehen ist mit einem pneumatisch arbeitenden Abstellzylinder (6).