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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Druckverstärkereinheit
zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine, wie z.B. einem Dieselmotor.
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Kraftstoffeinspritzanlagen
eines druckverstärkenden
Typs, die ein Common Rail-System in einem Dieselmotor verwenden,
sind allgemein bekannt. In einer Kraftstoffeinspritzanlage dieses
Typs wird Hochdruck-Kraftstoff
als Arbeitsmedium genutzt, das von der Common Rail zugeführt wird,
um einen Druckverstärkerkolben
zu bewegen. Der Druckverstärkerkolben
ist zwischen einer Druckkammer und einer Gegendruckkammer in einem
Einspritzaggregat vorgesehen. Der Druckverstärkerkolben wird einem Differentialdruck
entsprechend bewegt, der zwischen der Druckkammer und der Gegendruckkammer
auftritt, wenn der Kraft stoff in der Gegendruckkammer ausgelassen
wird. Der vom Druckverstärkerkolben
druckverstärkte
Kraftstoff wird an einen Nadelventilmechanismus eines Düsenabschnitts
des Einspritzaggregats übergeben.
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Eine
Kraftstoffeinspritzanlage wird zum Beispiel in einer japanischen
Patentschrift (nationale PCT-Veröffentlichung
Nr. 2002-539372) offenbart. Die Kraftstoffeinspritzanlage, die darin
offenbart wird, umfasst eine Nadelventil-Antriebseinheit, die ein
Nadelventil eines Nadelventilmechanismus betätigt. Die Nadelventil-Antriebseinheit
umfasst eine Kammer zur Druckbeaufschlagung, die Kraftstoff einlässt, der von
einer Common Rail zugeführt
wird; ein Öffnungs-/Schließventil,
das in der Lage ist, Kraftstoff in der Kammer zur Druckbeaufschlagung
auszulassen, und einen Druckaufnahmekolben, der in der Kammer zur
Druckbeaufschlagung untergebracht ist. Die Nadelventil-Antriebseinheit öffnet das
Nadelventil zusammen mit dem Auslass des Kraftstoffs, der in der Kammer
zur Druckbeaufschlagung gehalten wird.
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In
Kraftstoffeinspritzanlagen des in der Patentschrift beschriebenen
Typs wird eine große
Kraftstoffmenge zur Betätigung
der Druckverstärkereinheit
verwendet. Daher ist im Vergleich zu einer Kraftstoffeinspritzanlage
ohne Kammer zur Druckbeaufschlagung je nach Typ eine Common Rail
mit großer Kapazität erforderlich.
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Der
Common Rail-Druck wird auf einen Optimalwert geregelt, zum Beispiel,
indem die Fördermenge
einer Versorgungspumpe dem Motorbetriebsmodus entsprechend reguliert
wird. In dem Fall, dass der Motor zum Beispiel bei hoher Last und
hoher Drehzahl läuft,
wird die Versorgungspumpe gesteuert, um zu bewirken, dass der Common
Rail-Druck höher
ist als in dem Fall, dass der Motor bei niedriger Last und niedriger
Drehzahl läuft.
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Aufgrund
dessen entsteht ein Bedarf, dass der Common Rail-Druck geregelt
wird, um in einem Übergangszustand
des Motors in einer kurzen Zeit abzufallen, wie z.B., wenn der Motorlastzustand
von einem hohen Lastzustand in einen niedrigen Lastzustand übergeht,
und eine Gasdrosselöffnung
(d.h., der Betätigungsumfang
des Gaspedals) von einem großen
Zustand in einen kleinen Zustand übergeht. In einer Common Rail,
die eine relativ große
Kapazität
aufweist, die für
eine Druckverstärkereinheit
geeignet ist, nimmt die Druckreduzierung jedoch Zeit in Anspruch,
wodurch eine Ansprechverzögerung
verursacht wird. Daher kann in einem niedrigen Lastzustand eine
Hochdruckeinspritzung auftreten, was sich nachteilig auf die Abgase
usw. auswirkt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
zielt die Erfindung auf die Bereitstellung einer Kraftstoffeinspritzanlage
ab, die es ermöglicht,
den Druck schnell zu reduzieren als Antwort auf ein Ereignis, bei
dem die Notwendigkeit aufgetreten ist, den Druck in der Common Rail
dem Betriebsmodus entsprechend zu reduzieren.
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Eine
erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage
umfasst eine Common Rail, eine Druckverstärkereinheit, eine Nadelventil-Antriebseinheit
und eine Steuerung. Die Druckverstärkereinheit weist Folgendes
auf: eine Druckkammer, die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail übergeben
wird, einen Druckverstärkerkolben,
der in der Druckkammer vorgesehen ist, eine Gegendruckkammer, die durch
den Druckverstärkerkolben
von der Druckkammer getrennt wird und die den Kraftstoff einlässt, der von
der Common Rail übergeben
wird, ein Auslassventil, das in der Lage ist, den in der Gegendruckkammer
vorhandenen Kraftstoff auszulassen, und eine Druckverstärkerkammer,
die, wenn der Kraftstoff aus der Gegendruckkammer ausgelassen wird,
einen Abschnitt verwendet, der sich einheitlich mit dem Druckverstärkerkolben
bewegt, um dadurch den Kraftstoffdruck zu verstärken, und den Kraftstoff dann an
den Nadelventilmechanismus übergibt.
Die Nadelventil-Antriebseinheit weist Folgendes auf: eine Kammer
zur Druckbeaufschlagung, die den Kraftstoff einlässt, der von der Common Rail übergeben
wird, ein Öffnungs-/Schließventil,
das in der Lage ist, den Kraftstoff auszulassen, der in der Kammer
zur Druckbeaufschlagung vorhanden ist, und einen Druckaufnahmekolben,
der in der Kammer zur Druckbeaufschlagung untergebracht ist und
sich zusammen mit dem Auslass des Kraftstoffs, der in der Kammer
zur Druckbeaufschlagung vorhanden ist, in der Öffnungsrichtung des Nadelventils
bewegt. Und die Steuerung weist Verlängerungsmittel auf, um eine Öffnungszeit
des Auslassventils zu verlängern,
wenn die Druckverstärkereinheit
in dem Falle betätigt
wird, dass die Notwendigkeit auftritt, den Druck in der Common Rail
einem Motorbetriebszustand oder einem Gasdrosselbetriebszustand
entsprechend zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß kann in
einer Kraftstoffeinspritzanlage mit einer Druckverstärkereinheit
und einer Common Rail der Druck in der Common Rail schnell reduziert
werden als Antwort auf ein Ereignis, bei dem die Notwendigkeit aufgetreten
ist, den Druck in der Common Rail zu reduzieren, wie z.B. in einem Fall,
wo der (Last-)Zustand dem Motorbetriebsmodus entsprechend von einem
hohen Lastzustand in einen niedrigen Zustand übergeht.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst die Steuerung außerdem Folgendes: Indikationswert-Einstellmittel, um
einen Indikationswert eines Solldrucks in der Common Rail dem Motorbetriebszustand
entsprechend einzustellen, und Bestimmungsmittel, um zu bestimmen,
ob der Indikationswert des Drucks in der Common Rail in einer Reduzierungsrichtung
liegt, um einen zuvor eingestellten Indikationswert zu unterschreiten,
wobei das Verlängerungsmittel
die Öffnungszeit
des Auslassventils der Druckverstärkereinheit verlängert, wenn
das Bestimmungsmittel bestimmt hat, dass der Indikationswert in
der Reduzierungsrichtung liegt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung verlängert
das Verlängerungsmittel
der Steuerung die Öffnungszeit
des Auslassventils der Druckverstärkereinheit, wenn das Bestimmungsmittel
bestimmt hat, dass der Indikationswert in der Reduzierungsrichtung
liegt und eine Reduktionsmenge einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung bewirkt das Indikationswert-Einstellmittel
der Steuerung eine Erhöhung
des Indikationswerts, wenn eine Motordrehzahl oder eine Motorlast
ansteigt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ermittelt das Verlängerungsmittel eine maximale
Verlängerungszeit ΔTe (Sekunden)
für die
Verlängerung
durch: ΔTe
= (120/Ne) – (t) – (ΔTaf + ΔTred)wobei
Ne für
eine Motordrehzahl (U/min) steht, t für eine Einspritzperiode steht, ΔTred für eine Zeit
steht, die benötigt
wird, um den Druck in einem Einspritzaggregat zu reduzieren, und ΔTaf für eine Einstelltoleranzzeit
steht.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung bewirkt die Steuerung, dass die Fördermenge
einer Versorgungspumpe zur Kraftstoffversorgung der Common Rail
reduziert oder auf null gesetzt wird, während die Öffnungszeit des Auslassventils
durch das Verlängerungsmittel
verlängert
wird.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Steuerung weist die Steuerung außerdem Bestimmungsmittel auf,
um zu bestimmen, ob eine Gasdrossel öffnung in einer Reduzierungsrichtung
liegt oder nicht, und das Verlängerungsmittel
verlängert
die Öffnungszeit
des Auslassventils der Druckverstärkereinheit, wenn das Bestimmungsmittel
bestimmt hat, dass die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung
liegt.
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Zum
Beispiel bewirkt die Steuerung, dass die Fördermenge einer Versorgungspumpe
zur Kraftstoffversorgung der Common Rail reduziert oder auf null
gesetzt wird, während
die Öffnungszeit
des Auslassventils durch das Verlängerungsmittel verlängert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Kraftstoffeinspritzanlage einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Ansicht, die ein Common Rail-Druckabbild auf der Basis einer
Motordrehzahl und einer Motorlast zeigt;
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3 ist
eine Ansicht, die einen Teil der Funktionen einer Steuerung der
in 1 gezeigten Kraftstoffeinspritzanlage zeigt;
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4 ist
ein Diagramm, das Beziehungen zwischen Steuersignalen, Einspritzdrücken und Common
Rail-Drücken
in der Kraftstoffeinspritzanlage von 1 zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das Beispiele eines Druckverstärkerkolben-Steuersignals und eines Einspritzaggregat-Steuersignals
in der Kraftstoffeinspritzanlage von 1 zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das andere Beispiele eines Druckverstärkerkolben-Steuersignals
und eines Einspritzaggregat-Steuersignals in der Kraftstoffeinspritzanlage
von 1 zeigt; und
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7 ist
eine Ansicht, die einen Teil der Funktionen einer Steuerung nach
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bezug
nehmend auf 1 und 6 wird im Folgenden
eine erste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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1 zeigt
eine Kraftstoffeinspritzanlage 10, die in einem Dieselmotor
als Beispiel für
einen Motor verwendet wird. Die Kraftstoffeinspritzanlage 10 umfasst
Elemente wie z.B. eine Common Rail 12, ein Einspritzaggregat 13 und
eine Versorgungspumpe 14, die als Kraftstoffpumpe wirkt.
Die Common Rail 12 hält
Kraftstoff unter Druck. Das Einspritzaggregat 13 ist in
jedem der Zylinder des Motors vorgesehen. Die Versorgungspumpe 14 setzt
Kraftstoff unter Druck und führt
ihn der Common Rail 12 zu. Die Common Rail 12 und
die Versorgungspumpe 14 sind durch Kraftstoffzuleitungsrohre 15 miteinander
verbunden. Die Versorgungspumpe 14 wird von einer Steuerung 16 auf
eine derartige Fördermenge
geregelt, dass der Kraftstoffdruck in der Common Rail 12 einen
Kraftstoffdruck mit einem Sollwert annimmt oder null wird.
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Eine
Vielzahl von Auslassöffnungen 40 sind in
der Common Rail 12 ausgebildet. Die Auslassöffnungen 40 führen den
Kraftstoff jeweils den Einspritzaggregaten 13 für die jeweiligen
Zylinder zu. Nur eines des Einspritzaggregate 13 wird in 1 gezeigt. Doch
in der Praxis sind die Einspritzaggregate 13 der Zylinder
jeweils durch einen Kraftstoffzuleitungskanal 41, worin
der Kraftstoff den jeweiligen Einspritzaggregaten 13 zugeführt wird,
mit den Auslassöffnungen 40 der
Common Rail 12 verbunden.
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Das
Einspritzaggregat 13 umfasst ein Gehäuse 51 mit einem Düsenabschnitt 50,
einem Nadelventilmechanismus 54, einer Nadelventil-Antriebseinheit 60 und
einer Druckverstärkereinheit 70. Der
Nadelventilmechanismus 54 umfasst ein Nadelventil 52,
das in einem Abschnitt nahe am Düsenabschnitt 50 vorgesehen
ist, und eine Kraftstoffkammer 53. Die Nadelventil-Antriebseinheit 60 bewegt
das Nadelventil 52 entlang der Öffnungs-/Schließrichtung des
Nadelventils 52. Die Druckverstärkereinheit 70 verstärkt den
Druck des von der Common Rail 12 zugeführten Kraftstoffs, um den druckverstärkten Kraftstoff
dadurch dem Nadelventilmechanismus 54 zuzuführen.
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Ein
Kraftstoffumlaufabschnitt 72 mit einem Rückschlagventil 71 ist
im Einspritzaggregat 13 ausgebildet. Der Kraftstoffumlaufabschnitt 72 ist
durch den Kraftstoffzuleitungskanal 41 mit der Common Rail 12 verbunden.
Der Kraftstoff aus der Common Rail 12 wird durch den Kraftstoffumlaufabschnitt 72, das
Rückschlagventil 71 und
einen Kraftstoffumlaufabschnitt 73 der Kraftstoffkammer 53 zugeführt. Der Kraftstoffumlaufabschnitt 73 ist
mit dem Düsenabschnitt 50 in
Verbindung stehend angeordnet. Eine Kraftstoffeinspritzöffnung 74 ist
an einem Endabschnitt des Düsenabschnitts 50 ausgebildet.
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Die
Nadelventil-Antriebseinheit 60 umfasst zum Beispiel einen
Kraftstoffkanal 80, einen Druckaufnahmekolben 82,
eine Feder 83, eine Kammer zur Druckbeaufschlagung 85,
ein Öffnungs-/Schließventil 87,
einen Auslass 88 für
den rückgeführten Kraftstoff
und eine Öffnung 89.
Der Kraftstoffkanal 80 ist im Gehäuse 51 ausgebildet.
Der Druckaufnahmekolben 82 umfasst eine Antriebswelle 81,
die sich einheitlich mit dem Nadelventil 52 in die axiale
Richtung bewegt. Die Feder 83 spannt das Nadelventil 52 in die
Schließrichtung
vor. Die Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 ist durch eine Öffnung 84 mit
dem Kraftstoffkanal 80 in Verbindung stehend angeordnet.
Das Öffnungs-/Schließventil 87 wird
durch einen Elektromagneten 86 betätigt. Der Auslass 88 für den rückge führten Kraftstoff
ist mit einer Auslassseite des Öffnungs-/Schließventils 87 in
Verbindung stehend ausgebildet.
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Der
Auslass 88 für
den rückgeführten Kraftstoff
ist durch einen Rücklaufkanal 90 mit
einem Kraftstoffbehälter 91 in
Verbindung stehend angeordnet. Der Rücklaufkanal 90 ist
mit einer Auslassseite des Öffnungs-/Schließventils 87 der
Nadelventil-Antriebseinheit 60 und mit dem Kraftstoffbehälter 91 in Verbindung
stehend ausgebildet. Der Kraftstoffbehälter 91 ist durch
ein Kraftstoffzuleitungsrohr 92 mit einem Einlass 14a der
Versorgungspumpe 14 in Verbindung stehend angeordnet.
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Die
Druckverstärkereinheit 70 umfasst
eine Druckkammer 100, einen Druckverstärkerkolben 101 und
eine Gegendruckkammer 102. Die Druckkammer 100 ist
mit dem Kraftstoffzuleitungskanal 41 in Verbindung stehend
angeordnet. Der Druckverstärkerkolben 101 ist
in der Druckkammer 100 untergebracht. Die Gegendruckkammer 102 ist
durch den Druckverstärkerkolben 101 von
der Druckkammer 100 getrennt. Die Gegendruckkammer 102 ist
durch eine Öffnung 103 mit
dem Kraftstoffumlaufabschnitt 72 in Verbindung stehend
angeordnet. Hochdruck-Kraftstoff,
der von der Common Rail 12 durch den Kraftstoffzuleitungskanal 41 zugeführt wird,
wird in die Druckkammer 100 und die Gegendruckkammer 102 eingelassen.
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Die
Druckverstärkereinheit 70 weist
außerdem
ein Auslassventil 111, einen Plungerabschnitt 112 und
eine Druckverstärkerkammer 113 auf.
Das Auslassventil 111 wird von einem Elektromagneten 110 betätigt, um
sich zu öffnen,
wenn der in der Gegendruckkammer 102 enthaltene Kraftstoff
ausgelassen wird. Der Plungerabschnitt 112 bewegt sich
einheitlich mit dem Druckverstärkerkolben 101,
wenn der in der Gegendruckkammer 102 enthaltene Kraftstoff
ausgelassen wird. Mit der Betätigung
des Plungerabschnitts 112 setzt die Druckverstärkerkammer 113 Kraftstoff
unter Druck.
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Die
Druckverstärkerkammer 113 ist
mit dem Kraftstoffumlaufabschnitt 73 in Verbindung stehend angeordnet.
Ein Kraftstoffauslasskanal 120 ist mit der Auslassseite
des Auslassventils 111 verbunden. Der Kraftstoffauslasskanal 120 ist
mit einer Einlassseite 14b der Versorgungspumpe 14 gekoppelt.
In diesem Fall kann der Kraftstoff, der aus der Gegendruckkammer 102 ausgelassen
wird, zur Einlassseite 14b der Versorgungspumpe 14 zurückgeleitet
werden, wodurch der Kraftstoff, der der Versorgungspumpe 14 zugeführt wird,
gespart werden kann.
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Der
Elektromagnet 86 des Öffnungs-/Schließventils 87 und
der Elektromagnet 110 des Auslassventils 111 werden
hinsichtlich ihres Öffnungs-/Schließbetriebs
einzeln von der Steuerung 16 gesteuert. Die Versorgungspumpe 14 wird
von der Steuerung 16 hinsichtlich der Fördermenge (volumetrische Durchflussmenge
der Pumpe) des Kraftstoffs zur Common Rail 12 gesteuert.
Die Steuerung 16 wird durch einen Bordcomputer, wie zum
Beispiel eine ECU (elektronisches Steuergerät), gebildet. Wenn das Einspritzaggregat 13 eine
Druckverstärkung
benötigt,
steuert die Steuerung 16 den Elektromagneten 110 der
Druckverstärkereinheit 70,
um ihn einzuschalten. Synchron dazu, oder mit einer leichten Verzögerung danach,
steuert die Steuerung 16 den Elektromagneten 86 der
Nadelventil-Antriebseinheit 60, um ihn einzuschalten.
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Als
Indikationswert-Einstellmittel (oder Indikationswert-Einstellschritt),
wie in den beigefügten Ansprüchen der
Erfindung definiert, enthält
die Steuerung 16 ein Computerprogramm P1 (nachstehend „Programm" genannt), das einen
dem Betriebsmodus des Motors entsprechenden Sollindikationswert des
Common Rail-Drucks einstellt. Zum Beispiel wird der Indikationswert
des Common Rail-Drucks anhand eines Common Rail-Druckabbilds, das
in 2 beispielhaft dargestellt ist, der Motordrehzahl
und der Motorlast entsprechend eingestellt.
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Der
Indikationswert des Common Rail-Drucks wird dem Common Rail-Druckabbild von 2 entsprechend
eingestellt, um mit zunehmender Motordrehzahl und Motorlast (Gasdrosselöffnung)
zuzunehmen. In der vorliegenden Beschreibung entspricht die „Gasdrosselöffnung" dem Umfang der Gaspedalbetätigung.
Der Betrieb der Versorgungspumpe 14 wird so gesteuert,
dass der Common Rail-Druck sich dem Indikationswert nähert.
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Ferner
umfasst die Steuerung 16 einen Schritt S10, der in 3 gezeigt
wird, als Bestimmungsmittel (oder als Bestimmungsschritt), wie in den
beiliegenden Ansprüchen
der Erfindung definiert. In Schritt S10 führt jedes Mal, wenn eine Kraftstoffeinspritzung
durchgeführt
wird (oder in einem bestimmten Intervall), eine Programmroutine
einen Vergleich zwischen einem aktuellen Indikationswert des Common
Rail-Drucks und einem zuvor eingestellten Indikationswert aus, um
dadurch zu bestimmen, ob der Indikationswert in der Reduzierungsrichtung
liegt.
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In
dem Fall, dass in Schritt S10 die Differenz zwischen dem aktuellen
Indikationswert und dem vorigen Indikationswert größer oder
gleich einem voreingestellten Druckdifferenzsollwert geworden ist, das
heißt,
die Reduktionsmenge des Indikationswerts einen voreingestellten
Wert überschritten
hat, geht die Verarbeitung zu Schritt S11 über (Druckreduzierungsmodus).
Schritt S11 führt
die unten beschriebene Verlängerungsverarbeitung
durch. Schritt S11 wirkt als Verlängerungsmittel (Verlängerungsschritt),
wie in den beigefügten
Ansprüchen
der Erfindung definiert.
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Wenn
in Schritt S10 die Differenz zwischen dem aktuellen Indikationswert
und dem vorigen Indikationswert kleiner als der voreingestellte
Druckdifferenzsollwert ist, geht die Verarbeitung zu Schritt S12 (normaler
Modus) über.
In Schritt S12 wird die unten beschriebene Verlängerungsverarbeitung nicht
ausgeführt.
In Schritt S12 wird das Auslassven til 111 entsprechend
einem normalen Druckverstärkerkolben-Steuersignal
(in 4 durch eine zweifach gepunktete Strichpunktlinie
N dargestellt) eine minimale Zeit lang betätigt, die zur Druckverstärkung erforderlich
ist, und der Druckverstärkerkolben 101 wird
dadurch angetrieben.
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Wenn
in Schritt S10 bestimmt wird, dass der Indikationswert in der Reduzierungsrichtung
liegt, wird in Schritt S11 eine Öffnungszeit
des Auslassventils 111 der Druckverstärkereinheit 70 länger eingestellt
als in dem Fall, in dem der Indikationswert nicht in der Reduzierungsrichtung
liegt. Das heißt,
eine Öffnungszeit
des Auslassventils 111 wird um eine Verlängerungszeit ΔTe (Sekunden)
verlängert,
wie durch eine durchgehende Linie E in 4 gezeigt.
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Ein
Höchstwert
der Verlängerungszeit ΔTe (Sekunden)
wird durch die folgende Gleichung (1) berechnet: ΔTe = (120/Ne) – (t) – (ΔTaf + ΔTred) (1)wobei, wie
in 4 gezeigt, Ne eine Motordrehzahl (U/min) ist,
t eine Einspritzperiode ist, ΔTred
eine Zeit ist, die notwendig ist, um den Druck im Einspritzaggregat
zu reduzieren, und ΔTaf
eine Einstellzeittoleranz ist.
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Die
Steuerung 16 steuert zudem den Betrieb der Versorgungspumpe 14.
Das heißt,
die Steuerung 16 steuert den Betrieb der Versorgungspumpe 14 so, dass
die Fördermenge
an Kraftstoff zur Common Rail 12 null wird (kein Pumpen),
wenn eine Öffnungszeit des
Auslassventils 111 in Schritt S11 um eine Verlängerungszeit ΔTe verlängert wird.
In diesem Fall kann die Versorgungspumpe 14 auch so gesteuert
werden, dass die Fördermenge
der Pumpe sich null nähert,
statt die Versorgungspumpe 14 so zu steuern, dass die Fördermenge
dem Zustand ohne Pumpen entspricht.
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Die
Arbeitsweise der Kraftstoffeinspritzanlage 10 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben.
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Wenn
der Motor läuft
und die Versorgungspumpe 14 betätigt wird, wird Kraftstoff,
der aus dem Kraftstoffbehälter 91 in
die Versorgungspumpe 14 gesaugt wird, dadurch unter Druck
gesetzt. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird dann der Common
Rail 12 zugeführt.
Der Druck des Kraftstoffs, der aus der Versorgungspumpe 14 austritt,
wird von der Steuerung 16 dem Betriebsmodus des Motors
entsprechend geregelt. Der Kraftstoff, der von der Versorgungspumpe 14 auf
einen vorgegebenen Druck gesetzt wurde, wird in der Common Rail 12 gehalten.
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Der
Kraftstoff wird aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 74 des entsprechenden
Einspritzaggregats 13 in eine Verbrennungskammer eines
jeweiligen Zylinders des Motors eingespritzt. Das Einspritzaggregat 13 wird
dem Betriebsmodus des Motors entsprechend in einem Kraftstoffdruckverstärkungsmodus (Modus,
in dem die Druckverstärkereinheit 70 betätigt wird)
oder in einem Kraftstoffdruck-Nichtverstärkungsmodus (Modus, in dem
die Druckverstärkereinheit 70 nicht
betätigt
wird) betrieben. Zum Beispiel wird das Einspritzaggregat 13 während des
Hochlastbetriebs des Motors im Kraftstoffdruckverstärkungsmodus
betrieben. Andrerseits wird das Einspritzaggregat 13 während des
Niederlastbetriebs, wie z.B. während
des Motorleerlaufs, in einem Modus betrieben, der keine Kraftstoffdruckverstärkung erfordert.
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Bezug
nehmend auf 5 wird zum Beispiel im Kraftstoffdruckverstärkungsmodus
als Antwort auf ein Druckverstärkerkolben-Steuersignal
bei einem Kurbelwinkel T1, der auf der Horizontalachse der Zeichnung
angezeigt wird, der Elektromagnet 110 der Druckverstärkereinheit 70 eingeschaltet.
Wenn der Elektromagnet 110 eingeschaltet wird, öffnet sich das
Auslassventil 111. Dadurch bewegt sich der Druckverstärker kolben 101 entsprechend
einem Druckaufnahmeflächenverhältnis zwischen
dem Druckverstärkerkolben 101 und
dem Plungerabschnitt 112 zur Druckverstärkerkammer 113 hin.
Zusammen mit der Bewegung wird Kraftstoff in der Gegendruckkammer 102 dazu
gebracht, durch das Auslassventil 111 zu laufen, und wird
dann in den Kraftstoffauslasskanal 120 ausgelassen. Dadurch
wird der Kraftstoff in der Druckverstärkerkammer 113 druckverstärkt und
an den Kraftstoffumlaufabschnitt 73 übergeben. Der Hochdruck-Kraftstoff,
der aus der Gegendruckkammer 102 in den Kraftstoffauslasskanal 120 austritt,
wird zur Einlassseite 14b der Versorgungspumpe 14 zurückgeführt.
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Bei
einem Kurbelwinkel T2, der in 5 gezeigt
wird, wird der Elektromagnet 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 als
Antwort auf ein Einspritzaggregat-Steuersignal eingeschaltet. Wenn
der Elektromagnet 86 eingeschaltet wird, öffnet sich
das Öffnungs-/Schließventil 87.
Dadurch tritt der Kraftstoff in der Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 durch
das Öffnungs-/Schließventil 87 aus
dem Auslass 88 für den
rückgeführten Kraftstoff
in den Rücklaufkanal 90 aus.
Bei diesem Vorgang wird der Druckaufnahmekolben 82 in die
Richtung bewegt, die dem Nadelventil 52 entgegengesetzt
ist, um dadurch das Nadelventil 52 zu öffnen. Folglich wird Kraftstoff
in der Kraftstoffkammer 53 aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 74 in
die Verbrennungskammer des Motors eingespritzt. Der Kraftstoff,
der aus der Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 in den Auslass 88 für den rückgeführten Kraftstoff
ausgetreten ist, läuft
zum Kraftstoffbehälter 91 zurück.
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Nun
wird auf 6 Bezug genommen. Wie darin
gezeigt, kann je nach Betriebsmodus des Motors ein Ereignis auftreten,
bei dem das Druckverstärkerkolben-Steuersignal
und das Einspritzaggregat-Steuersignal im Wesentlichen gleichzeitig
bei einem Kurbelwinkel T3 ausgegeben werden. In diesem Fall wird
im Wesentlichen zeitgleich der Elektromagnet 110 der Druckverstärkereinheit 70 eingeschaltet, der
Elektromagnet 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 wird
eingeschaltet, wodurch die Kraftstoffeinspritzung gestartet wird.
Dadurch wird der Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge während der
Startzeit der Einspritzung gering gehalten.
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In
dem Betriebsmodus, der keine Druckverstärkung für das Einspritzaggregat 13 erfordert,
bleibt der Elektromagnet 110 der Druckverstärkereinheit 70 ausgeschaltet.
In diesem Modus wird der Elektromagnet 86 der Nadelventil-Antriebseinheit 60 eingeschaltet,
und das Öffnungs-/Schließventil 87 öffnet sich.
Dadurch tritt der Kraftstoff in der Kammer zur Druckbeaufschlagung 85 aus
dem Öffnungs-/Schließventil 87 in
den Rücklaufkanal 90 aus, ähnlich wie
im zuvor beschriebenen Fall. Gleichzeitig bewegt sich der Druckaufnahmekolben 82 zum
Nadelventil 52 hin, und das Nadelventil 52 öffnet sich. Wenn
das Nadelventil 52 sich öffnet, wird der Kraftstoff
aus der Kraftstoffeinspritzöffnung 74 eingespritzt.
In diesem Fall wird der Kraftstoff nur mit dem Druck eingespritzt,
der von der Common Rail 12 ausgeübt wird, so dass der Einspritzdruck
relativ niedrig ist.
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Der
Druck in der Common Rail 12 ist durch Anpassung der volumetrischen
Durchflussmenge des Kraftstoffs regulierbar, der von der Versorgungspumpe 14 dem
Betriebsmodus des Motors entsprechend zugeführt wird. Zum Beispiel wird
im Betriebsmodus des Motors bei hoher Last und hoher Drehzahl der
Indikationswert anhand des in 2 gezeigten
Common Rail-Druckabbilds eingestellt, um eine Zunahme des Drucks
in der Common Rail 12 zu erlauben.
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Wie
bereits oben beschrieben, geht die Verarbeitung in Schritt S10 gemäß 3,
wenn die Differenz zwischen dem aktuellen Indikationswert und dem
vorigen Indikationswert größer oder
gleich dem voreingestellten Druckdifferenzsollwert geworden ist, zu
Schritt S11 (Druckreduzierungsmodus) über,. Dadurch wird die Öffnungszeit
des Auslassventils 111 der Druckverstärkereinheit 70 um ΔTe verlängert, und
die Fördermenge
an Kraftstoff zur Common Rail 12 wird null (kein Pumpen).
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Falls
die Verarbeitung zu Schritt S11 übergegangen
ist, bleibt das Einspritzaggregat-Steuersignal aus, bis die Verlängerungszeit ΔTe abläuft. Während dieses
Vorgangs wird der Druckverstärkerkolben 101 im
Wesentlichen gestoppt, da das Nadelventil 52 nicht öffnet. Da
das Auslassventil 111 offen bleibt, tritt der Kraftstoff,
der durch den Kraftstoffumlaufabschnitt 72 und die Öffnung 103 aus
der Common Rail 12 in die Gegendruckkammer 102 gesaugt
wurde, durch das Auslassventil 111 in den Kraftstoffauslasskanal 120 aus.
Dadurch wird der Druck in der Common Rail 12 in kurzer
Zeit auf einen Pegel nahe am Indikationswert reduziert. In 4 stellt
H1 eine Druckreduktionsmenge im Verlängerungsschritt S11 dar. Wenn
der Verlängerungsschritt
S11 nicht ausgeführt
wird, entspricht die Druckreduktionsmenge nur einer Menge, die in 4 durch
h angezeigt ist.
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Wie
oben beschrieben, umfasst die Steuerung 16 das Verlängerungsmittel
(Schritt S11). Selbst bei einer Kraftstoffeinspritzanlage 10,
die eine Common Rail 12 mit relativ großer Kapazität verwendet, um die Druckverstärkereinheit 70 zu
betreiben, kann daher im Übergangszustand
des Motors, wie z.B. im Zustand des Übergangs von einem hohen Drehzahl- und Lastbereich
in einen niedrigen Drehzahl- und Lastbereich der Druck in der Common
Rail 12 in kurzer Zeit reduziert werden. Daher kann das
Auftreten einer Ansprechverzögerung
in einem derartigen Übergangszustand
beschränkt
werden, die Ausführung
einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung in einem Niederlastzustand
kann verhindert werden, und dadurch können die Abgasemissionen in
einem zu bevorzugenden Zustand gehalten werden. Die oben beschriebene
Steuerung ist insbesondere wirksam, um NOx zu reduzieren, das in
Abgasemissionen enthalten ist.
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7 ist
eine Ansicht, die einen Teil der Funktionen einer Steuerung 16 nach
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform
umfasst einen Bestimmungsschritt S20, der als Bestimmungsmittel
wirkt, um zu bestimmen, ob die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung
liegt oder nicht, und der ersten Ausführungsform (3)
entsprechend schließt
diese Ausführungsform
einen Verlängerungsschritt
S11 (Druckreduzierungsmodus) und einen Schritt S12 (normaler Modus)
ein. Die Konfigurationen und Arbeitsweisen dieser Schritte mit Ausnahme
des Bestimmungsschritts S20 sind denen der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
gemeinsam, weshalb gemeinsame Abschnitte mit den selben Bezugszeichen/Symbolen wie
in der ersten Ausführungsform
dargestellt sind und deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
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Im
Bestimmungsschritt S20 der Ausführungsform
wird die Gasdrosselöffnung
(Betätigungsumfang
des Gaspedals) als ein Bestimmungskriterium dafür benutzt, ob der Indikationswert
des Common Rail-Drucks reduziert werden soll oder nicht. Das heißt, in Schritt
S20 wird bestimmt, ob die Gasdrosselöffnung in der Reduzierungsrichtung
liegt oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Gasdrosselöffnung in
Richtung einer signifikanten Reduzierung liegt, um einen vorgegebenen
Wert zu unterschreiten (wenn ein Gasdrosselöffnungsverhältnis einen Sollwert überschritten
hat), geht die Verarbeitung zu Schritt S11 über. In Schritt S11 wird die Öffnungszeit
des Auslassventils 111 der Druckverstärkereinheit 70 um ΔTe verlängert.
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Folglich
kann im Übergangszustand
des Motors, wie z.B. im Zustand des Übergangs von einem hohen Drehzahl-
und Lastbereich in einen niedrigen Drehzahl- und Lastbereich, der
Druck in der Common Rail 12 in einer kurzen Zeit reduziert
werden. Daher kann das Auftreten einer Ansprechverzögerung in
einem derartigen Übergangszustand
beschränkt
werden, die Ausführung
einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung in einem Niederlastzustand
kann verhindert werden, und dadurch können die Abgasemissionen in
einem zu bevorzugenden Zustand gehalten werden.
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Selbstverständlich kann
die Erfindung auf verschiedene andere Weisen realisiert oder ausgeführt werden
als in den oben beschriebenen Ausführungsformen, durch geeignete
Modifizierung der Bestandteile, wie z.B. der Einspritzaggregate,
der Common Rail und der Steuerung, ohne vom Wesen und Umfang und
Geist der Erfindung abzuweichen.