DE19634163A1 - Doppelt pulsierende elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents
Doppelt pulsierende elektronische KraftstoffeinspritzvorrichtungInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftstoffein
spritzvorrichtungen für einen Verbrennungsmotor und spezieller
auf eine elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung, bei der
die Verstellkammer mit Kraftstoff gefüllt wird, bevor die
Dosierkammer gefüllt wird.
Elektronische Kraftstoffeinspritzungen werden in heutigen
Verbrennungsmotoren häufig verwendet. Die elektronische Kraft
stoffeinspritzvorrichtung liefert eine genaue und zuverlässige
Kraftstofförderung in den Zylinder von Diesel- und Ottomotoren.
Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der elektronischen Kraft
stoffeinspritzvorrichtung hat zu den Zielen eines wirtschaftli
chen Kraftstoffverbrauchs, einer maximalen möglichen Leistungs
abgabe und einer Kontrolle unerwünschter Verbrennungsprodukte
beigetragen. Diese und andere Vorteile von Systemen mit elek
tronischer Kraftstoffeinspritzung sind bekannt und werden
entsprechend für eine vorteilhafte Nutzung und die Konstruktion
moderner Verbrennungsmotoren verwendet.
In den letzten Jahren haben auf dem Markt der Hochlei
stungsmotoren und insbesondere auf dem Dieselmotormarkt elek
tronisch geregelte Kraftstoffeinspritzvorrichtungen Anwendung
gefunden. Ein Beispiel eines Systems, das elektronische Kraft
stoffeinspritzvorrichtungen nutzt, ist das CELECT-Motorsteue
rungssystem, das von Cummins Engine of Columbus, Indiana, her
gestellt und mit dessen N-14-Motor ebenso wie auch anderen
Motormodellen erhältlich ist. In diesem System wird eine elek
tronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wie die in Fig. 1
beispielsweise dargestellte Einspritzvorrichtung 5, verwendet,
um verschiedene CELECT-Strategien zur Kraftstoffversorgung
auszuführen. Wie in der Technik bekannt, ist der Einspritz
vorrichtungskörper 10 über einen Düsenhalter 36 mit einem
Düsenaufbau 22 verbunden. Eine Einstell- bzw. Verstellkammer 26
(engl. timing chamber) wird durch einen Teil der zentralen
zylindrischen Bohrung 14, die untere freiliegende Oberfläche
des Verstellkolbens 16 und die obere freiliegende Fläche des
Dosierkolbens 17 definiert. Ein Dosierrohr 34 befindet sich
zwischen den inneren Teilen des Einspritzvorrichtungskörpers 10
und dem Düsenaufbau 22. Eine Dosierkammer 33 ist durch eine
zylindrische Bohrung 15 des Dosierrohrs 34, die untere freilie
gende Oberfläche des Dosierkolbens 17 und die obere freiliegen
de Oberfläche eines Düsenabstandsstücks 23 definiert. Der Ver
stellkolben 16 ragt in die Basis einer zentralen zylindrischen
Bohrung 18 vor, ist aber mit dem Kopplungsteil 20 nicht mech
anisch gekoppelt. Das Kopplungsteil 20 stößt so an den Ver
stellkolben 16, daß nur eine Drucklast von dem Kopplungsteil 20
auf den Verstellkolben 16 übertragen werden kann.
Das Kopplungsteil 20 ist mit einer am Bodenende des Kopp
lungsteils 20 gelegenen ringförmigen Stoppvorrichtung 65 ver
sehen. Die Stoppvorrichtung 65 begrenzt die Translation des
Kopplungsteils 20 in der Richtung des Einspritzhubs. Radial
nach außen auf einem Flansch 72 des Kopplungsteils 20 erstreckt
sich ferner ein Federsitz 66, durch den eine Rückstellfeder 68
auf das Kopplungsteil 20 so wirkt, daß sie es nach oben in
Richtung des Rückzugshubs vorspannt. Das entgegengesetzte Ende
der Rückstellfeder 68 wirkt auf einen Federsitz 70, der sich
auf dem Einspritzvorrichtungskörper 10 an der Basis eines
Halses 74 befindet.
An dem freiliegenden Ende des Kopplungsteils 20 sind eine
Tasche 76 und eine Auflagefläche 80 ausgebildet, auf die ein
Verbindungsglied 78 wirkt, um während des Einspritzhubs das
Kopplungsteil 20 gegen die durch die Rückstellfeder 68 erzeugte
Kraft zu zwingen. Das Verbindungsglied 78 steht typischerweise
in direktem oder indirektem Kontakt mit der (nicht dargestell
ten) Nockenwelle des Einspritzzuges und bewegt sich entlang der
Mittelachse des Aufbaus der Einspritzvorrichtung 5 als Antwort
auf die Winkeldrehung der (nicht dargestellten) Betätigungsnoc
ke hin und her. Somit wird eine Drehbewegung der Nockenwelle in
eine wechselseitige Bewegung axialer Komponenten des Aufbaus
der Einspritzvorrichtung 5 umgewandelt, um so eine beim Unter
drucksetzen der Verstellkammer 26 und schließlich der Dosier
kammer 33 nützliche Kraft zu liefern.
Die Kraftstoffeinlaßöffnung 45 steht mit zwei getrennten
Kraftstoffeinlaßzweigen in Verbindung. Der erste Zweig ver
bindet die Öffnung 45 mit der Dosierkammer 33 durch einen
Dosiereinlaß 49 und ein Rückschlag- bzw. Absperrventil 35. Der
zweite Zweig verbindet die Öffnung 45 durch einen Steuer
einlaßdurchgang 47 mit einer Steuerkammer 54 und schließlich
mit der Verstellkammer 26. Ein Kraftstoffstrom von der Steuer
kammer 54 zu der Verstellkammer 26 wird erreicht, indem man den
Kraftstoff durch das Steuerventil 56, einen Steuerdurchgang 50,
eine Steueröffnung 48 der Kolbenkammer und einen Kolbenkammer
durchgang 46 strömen läßt, der durch eine ringförmige Lücke
zwischen dem Verstellkolben 16 und der zentralen zylindrischen
Bohrung 14 gebildet ist.
Die Grundfunktion der Einspritzvorrichtung ist in der Tech
nik bekannt. Eine vorbestimmte Kraftstoffmenge wird während
eines Rückzugshubs in den Aufbau der Einspritzvorrichtung 5
dosiert und während eines Einspritzhubs in den Motor einge
spritzt. Das Dosieren des Kraftstoffs wird durch die Bewegung
des Verstellkolbens 16, des Dosierkolbens 17 und das Öffnen
eines Steuerventils 56 des Steuersolenoids 58 gesteuert. Am
Beginn des Rückzugshubs (wie in Fig. 1 dargestellt) sitzt der
Verstellkolben 16 im wesentlichen auf dem Dosierkolben 17 und
der Dosierkolben 17 auf dem Düsenabstandsstück 23 auf und ist
das Steuerventil 56 geschlossen.
Während der Kraftstoff in den Einspritzvorrichtungskörper
10 eintritt, gelangt Kraftstoff unter einem Zufuhrdruck (engl.
rail pressure) von 10,35 bar (150 psi) durch den Einlaßdurch
gang 49 und öffnet das Absperrventil 35 und gelangt dann in das
sehr kleine Volumen der Dosierkammer 33. Der auf den Boden des
Dosierkolbens 17 in der Dosierkammer 33 wirkende Druck des
Kraftstoffs zwingt den Dosierkolben 17 nach oben, wobei somit
in der Verstellkammer 26 ein zusätzlicher Druck erzeugt wird.
Da die Nockenform erlaubt, daß sich das Verbindungsglied 78 und
das Kopplungsteil 20 unter dem Zwang der Feder 68 nach oben
bewegen, wirkt der Druck in der Verstellkammer 26 auf die
Bodenfläche des Verstellkolbens 16, wodurch bewirkt wird, daß
sich sowohl der Verstellkolben 16 als auch der Dosierkolben 17
unabhängig nach oben bewegen, wobei der Verstellkolben 16 den
Kontakt mit dem Kopplungsteil 20 aufrechterhält. Der Kraftstoff
strömt weiter durch das Absperrventil 35 in das expandierende
Volumen der Dosierkammer 33, solange das Steuerventil 56
geschlossen ist, was einen Kraftstoffstrom durch den Durchgang
50, die Öffnung 48 und den Durchgang 46 in die geschrumpfte
Verstellkammer 26 verhindert. Wenn das Steuersolenoid 58 durch
bekannte Mittel betätigt wird, wird dem Steuerventil 56 befoh
len zu öffnen, und das Dosieren von Kraftstoff in die Dosier
kammer 33 endet. Dies wird erreicht, indem Kraftstoff, eben
falls unter einem Zufuhrdruck von 10,35 bar (150 psi), von der
Steuerkammer 54 durch das Steuerventil 56, den Durchgang 50 und
die Öffnung 48 und den Durchgang 46 in die Verstellkammer 26
zugeführt wird. Dadurch wird bewirkt, daß gleiche Drücke in
sowohl der Verstellkammer 26 als auch der Dosierkammer 33
herrschen. Gleiche, auf beide Enden des Dosierkolbens 17 wir
kende Drücke führen dazu, dessen Aufwärtsbewegung zu stoppen.
Somit wird eine festgelegte und vorbestimmte Kraftstoffmenge in
der Dosierkammer 33 verbleiben.
Eine Vorspannfeder 55, die in der Verstellkammer 26 gelegen
ist und gegen die gegenüberliegenden Oberflächen des Verstell
kolbens 16 und des Dosierkolbens 17 drückt, stellt sicher, daß
der Dosierkolben 17 stationär bzw. unbeweglich bleibt und nicht
nach oben driftet, während sich die Verstellkammer 26 mit
Kraftstoff füllt, wodurch der Verstellkolben 16 weiter nach
oben gezwungen wird. Am Beginn des Rückzugshubs übt, wenn der
Verstellkolben 16 auf dem Dosierkolben 17 aufsitzt, die Feder
55 auf diese gegenüberliegenden Oberflächen eine Vorspannung
von etwa 2,76 bar (40 psi) aus. Während sich die Verstellkammer
26 mit Kraftstoff füllt, wodurch bewirkt wird, daß sich der
Verstellkolben 16 von dem Dosierkolben 17 weg bewegt, nimmt die
Vorspannkraft der Feder 55 linear ab. Wenn am Ende des Rück
zugshubs der Verstellkolben 16 von dem Dosierkolben 17 maximal
verschoben ist, beträgt die Vorspannung der Feder 55 etwa 1,38
bar (20 psi). Am Ende des Rückzugshubs verringert sich somit
die Vorspannung der Feder 55 auf etwa 50% ihres Vorspannungs
wertes am Beginn des Rückzugshubs. Die Feder 55 übt durch den
Dosierkolben 17 und die hydraulische Verbindung, die durch den
Kraftstoff erzeugt wird, der sich in der Dosierkammer 33 befin
det, auch eine ausreichende Kraft auf das Absperrventil 35 aus,
um das Absperrventil 35 aufgesessen zu halten. Dies verhindert
jegliche Änderung des in der Dosierkammer 33 enthaltenen Kraft
stoffvolumens. Folglich ist eine genau dosierte Kraftstoffmenge
in der Dosierkammer 33 eingeschlossen. Dieser Kraftstoff ist
die Kraftstoffmenge, die während des nachfolgenden Einspritz
hubs in den Motor eingespritzt werden wird. Während der Rück
zugshub weitergeht, hebt sich der Verstellkolben 16 weiter. Die
Verstellkammer 26 wird bis zum Ende des Rückzugshubs weiter mit
Kraftstoff unter dem Zufuhrdruck gefüllt.
Einzelheiten des Einspritzhubs, der einen Verstellkammer
überlauf 106, einen Einspritzbeginn 107 und ein Einspritzende
108 einschließt, gehören nicht zu der vorliegenden Erfindung,
obgleich sich eine vollständige Erklärung in dem am 26. Novem
ber 1991 an Rix et al. erteilten US-Patent Nr. 5 067 464 fin
det, das hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
In Fig. 2 ist ein Zeitablaufdiagramm dieser bekannten Stra
tegie zur Kraftstoffversorgung dargestellt. Im Normalbetrieb
ist das Steuerventil 56 am Beginn des Rückzugshubs 110 ge
schlossen, wodurch der Durchfluß von Kraftstoff zur Verstell
kammer 26 unterbunden ist. Der Zufuhrdruck des Kraftstoffs von
10,35 bar (150 psi) ist mehr als ausreichend, um die Vorspan
nung auf der Feder 55 zu überwinden, so daß Kraftstoff in die
Dosierkammer 33 gelangt und sowohl den Dosierkolben 17 als auch
den Verstellkolben 16 von der Dosierkammer 33 weg verschiebt.
Dies leitet den Beginn eines Dosierens 102 ein. Wenn eine vor
bestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer 33 gelangt ist,
öffnet das Steuerventil 56 und gestattet, daß Kraftstoff unter
dem Zufuhrdruck von 10,35 bar (150 psi) in die Verstellkammer
26 eintritt. Weil der Druck in der Verstellkammer 26 nun gleich
dem Druck in der Dosierkammer 33 ist, endet die Aufwärtsbewe
gung des Dosierkolbens 17, wodurch in der Dosierkammer 33 die
vorbestimmte Kraftstoffmenge eingeschlossen ist, die während
des Einspritzhubs in den Motor eingespritzt werden soll. Dieses
Öffnen des Steuerventils 56 signalisiert folglich das Ende des
Dosierens 103. Während der Aufbau der Einspritzvorrichtung 5
seinen Rückzugshub weiter durchläuft, wird der Verstellkolben
16 durch eintretenden Kraftstoff gezwungen, sich von der
Dosierkammer 33 weiter weg zu bewegen. Dieser Teil des Rück
zugshubs ist als Verstellkammerfüllung 105 bekannt. Am Ende des
Rückzugshubs 106 hält die Dosierkammer 33 eine vorbestimmte
Kraftstoffmenge, die in den Motor eingespritzt werden soll, und
die Verstellkammer 26 hält eine Kraftstoffmenge, die durch die
Oberseite des Dosierkolbens 17 und den Boden des Verstellkol
bens 16 definiert ist.
Bekanntlich tritt bei dem CELECT-Kraftstoffsystem während
eines Anlassens in der Startphase und beim Betrieb mit nied
riger Umdrehungszahl ein Problem auf. Wenn der N-14-Motor bei
weniger als 1.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) läuft, kann der
Kraftstoffdruck aufgrund eines internen Lecks geringer als 2,76
bar (40 psi) sein. Dies kann unzureichend sein, um die Vor
spannung der Feder 55 am Beginn des Rückzugshubs zu überwinden
und könnte daher eine nicht ausreichende Kraftstoffversorgung
während der Startphase und des Betriebs unterhalb 1.000 Umdre
hungen pro Minute (rpm) zur Folge haben. Um dieses Problem zu
lösen, verwendet der N-14 eine große Kraftstoffpumpe (1,25′′
PTG-basiert), und die CELECT-Strategie erfordert eine volle
Kraftstoffversorgung (350 mm³/Hub). Diese Strategie hat jedoch
unkontrollierten Rauch und unkontrollierte Emissionen während
der Startphase zur Folge. Vorläufige Schätzungen zeigen, daß
dieser unkontrollierte Modus der Startphase für annähernd 12%
der Partikelemissionen verantwortlich ist, wie an dem EPA-
Zyklus gemessen wurde. Außerdem liegen Schätzungen der Kraft
stoffversorgung, die für eine Startphase beim N-14 erforderlich
ist, in dem Bereich von 100 mm³/Hub. Somit führt die gegen
wärtige Strategie zur Kraftstoffversorgung dem Motor während
des Anlassens und der Startphase und bei Motorgeschwindigkeiten
von weniger als 1.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) zuviel
Kraftstoff zu.
Falls das Dosieren später während des Rückzugshubs statt
finden könnte, wenn die Last auf die Vorspannfeder 55 nahe 1,38
bar (20 psi) ist, könnte ein gesteuertes volumetrisches
Dosieren von Kraftstoff in die Dosierkammer 33 erreicht werden.
Solch eine Strategie zur Kraftstoffversorgung würde eine bes
sere Rauch- und Partikelkontrolle während der Startphase zur
Folge haben, weil während des Rückzugshubs eine genaue Kraft
stoffmenge dosiert werden könnte. Außerdem kann eine kleinere
Zahnradpumpe (0,75-1,00′′ PTG-basiert) ausreichend sein, um
den ganzen Arbeitsbereich hindurch Kraftstoff zuzuführen. Eine
kleinere und somit billigere Pumpe wäre wünschenswert, falls
sie die Stromanforderungen beim Anlassen erfüllen könnte.
Schließlich kann ein spätes Dosieren insofern vorteilhaft sein,
als es die Steuerverzögerung zwischen einer befohlenen Kraft
stoffversorgung und Verbrennung verringert, wodurch eine ge
nauere Steuerung der Geschwindigkeit, des Drehmoments, der
Emissionen und des Rauchs ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Kraftstoff
versorgungssystem mit Einspritzvorrichtung, worin unter be
stimmten vorgeschriebenen Bedingungen ein Dosieren von Kraft
stoff spät während des Rückzugshubs stattfindet. Gemäß der
Erfindung ist die Einspritzvorrichtung von der Art, die eine in
dem Einspritzvorrichtungskörper gebildete Bohrung und einen
Verstellkolben und einen Dosierkolben enthält, die darin ver
schiebbar angeordnet sind. In der Bohrung zwischen dem Ver
stellkolben und dem Dosierkolben ist eine Verstellkammer defi
niert. Ferner ist in der Bohrung unter dem Dosierkolben eine
Dosierkammer definiert. Zwischen den Verstellkolben und den
Dosierkolben ist eine Feder gekoppelt, um den Dosierkolben von
dem Verstellkolben weg vorzuspannen. Die Vorspannkraft der
Feder nimmt zu, während sich der Dosierkolben auf den Verstell
kolben zu bewegt, und nimmt ab, während sich der Dosierkolben
von dem Verstellkolben weg bewegt. In dem Einspritzvorrich
tungskörper ist ein Durchgang gebildet, um von der Kraftstoff
quelle eine durchgehende Kraftstoffverbindung zur Dosierkammer
zu schaffen, und ein Steuerventil ist vorgesehen, um den Durch
fluß von Kraftstoff in die Verstellkammer entweder zu gestatten
oder zu unterbinden.
Am Beginn des Rückzugshubs sitzt der Dosierkolben im
wesentlichen in der Dosierkammer auf, und der Verstellkolben
sitzt im wesentlichen auf dem Dosierkolben auf. Somit weisen
sowohl die Dosierkammer als auch die Verstellkammer am Beginn
des Rückzugshubs minimale Volumina auf.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird
dem Steuerventil mit dem Beginn des Rückzugshubs zusammenfal
lend befohlen zu öffnen. Weil in die Verstellkammer eintre
tender Kraftstoff den gleichen Druck wie die Kraftstoffquelle
hat, bleibt der Dosierkolben in der Dosierkammer aufgesessen,
und es gelangt kein Kraftstoff in die Dosierkammer. Statt
dessen gelangt Kraftstoff in die Verstellkammer, was bewirkt,
daß sich der Verstellkolben in der Bohrung hebt, wodurch die
Kraft der Vorspannfeder verringert wird. Während sich die
Einspritzvorrichtung dem Ende ihres Rückzugshubs nähert, wird
dem Steuerventil befohlen zu schließen. Weil nun die Verstell
kammer von dem Druck der Kraftstoffquelle isoliert ist, bewirkt
der Kraftstoffdruck gegen den Boden des Dosierkolbens, daß sich
der Kolben nach oben bewegt, wodurch zugelassen wird, daß eine
vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer dosiert wird.
Weil der Verstellkolben während des Hauptteils des Rückzugshubs
durch das Füllen der Verstellkammer von dem Dosierkolben weg
verschoben worden ist, sollte die Federvorspannung nahe dem
Ende des Rückzugshubs um etwa 50% verringert sein. Somit ist
es möglich, daß ein niedrigerer Kraftstoffdruck den Dosier
kolben bewegt und dadurch die Dosierkammer mit der vor
bestimmten Kraftstoffmenge füllt, die für einen Betrieb bei
niedriger Umdrehungszahl notwendig ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Ver
fahren zum Dosieren einer vorbestimmten Kraftstoffmenge in
solch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine nachfolgende
Einspritzung in einen Verbrennungsmotor zu schaffen. Das Ver
fahren umfaßt die Schritte: (a) Bestimmen der Motordrehzahl;
(b) Ausführen der Schritte (c)-(f), solange die Motordrehzahl
geringer als ein vorbestimmter Wert ist; (c) Bestimmen des
Beginns des Rückzugshubs; (d) Einschalten des Steuermittels, um
am Beginn des Rückzugshubs unter Druck gesetzten Kraftstoff zur
Verstellkammer zu fördern; (e) Ausschalten des Steuermittels,
damit nahe dem Ende des Rückzugshubs unter Druck gesetzter
Kraftstoff nicht zur Verstellkammer gefördert wird, wodurch
ermöglicht wird, daß Kraftstoff in die Dosierkammer eintritt;
und (f) Einschalten des Steuermittels, um unter Druck gesetzten
Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern, nachdem eine vor
bestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer dosiert worden
ist.
Zumindest eines dieser Ziele wird durch eine Kraftstoffein
spritzvorrichtung und ein Verfahren zum Dosieren einer vorbe
stimmten Kraftstoffmenge in die Kraftstoffeinspritzvorrichtung
gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 7 erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh
rungsformen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer elektronischen Kraft
stoffeinspritzvorrichtung bekannter Konstruktion, für die die
Strategie zur Kraftstoffversorgung der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann;
Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm, das eine bekannte Strategie
zur Kraftstoffversorgung darstellt, die bei der elektronischen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm, das die Strategie zur Kraft
stoffversorgung der vorliegenden Erfindung darstellt, die bei
der elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung von Fig. 1
verwendet werden soll; und
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Abfolge der Schritte
zeigt, die beim Versorgen der elektronischen Kraftstoffein
spritzvorrichtung von Fig. 1 mit Kraftstoff gemäß dem Zeit
ablaufdiagramm von Fig. 3 ausgeführt werden sollen.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich in der bevorzugten
Ausführungsform mit einer neuen Strategie zur Kraftstoffversor
gung für eine elektronische Kraftstoffeinspritzvorrichtung des
in Fig. 1 dargestellten Typs. Es versteht sich jedoch, daß
andere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die das Problem haben,
auf das die vorliegende Erfindung abzielt, wie im allgemeinen
Stand der Technik diskutiert wurde, zur Verwendung mit der
Strategie zur Kraftstoffversorgung dieser Erfindung in Betracht
gezogen werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
eine Strategie zur Kraftstoffversorgung für den Rückzugshub
einer elektronischen Kraftstoffeinspritzvorrichtung geschaffen,
wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Gemäß den Strukturkom
ponenten von Fig. 1 und den Zeitablaufkomponenten von Fig. 3
wird dem Steuerventil 56 am Beginn des Rückzugshubs 210 befoh
len zu öffnen. Weil der in die Verstellkammer 26 eintretende
Kraftstoff den gleichen Druck hat, wie der Kraftstoff im
Einlaßdurchgang 49, bleibt der Dosierkolben 17 in der Dosier
kammer 33 aufgesessen, und es gelangt kein Kraftstoff in die
Dosierkammer 33. Statt dessen gelangt Kraftstoff in die Ver
stellkammer 26, was den Teil der Verstellkammerfüllung 211 des
Rückzugshubs einleitet. Weil der Verstellkolben 16 mit dem
Kopplungsteil 20 nicht mechanisch verbunden ist, wird Kraft
stoff mit geringem Druck bewirken, daß der Verstellkolben 16
einen Kontakt mit dem Kopplungsteil 20 aufrechterhält, während
es sich aus der Bohrung 18 unter dem Druck der Rückstellfeder
68 zurückzieht. Die Aufwärtsbewegung des Verstellkolbens 16
wird ferner durch die Vorspannung der Feder 55 unterstützt. In
der bevorzugten Ausführungsform beträgt am Beginn des Rückzugs
hubs die Vorspannung der Feder 55 annähernd 2,76 bar (40 psi).
Während sich die Einspritzvorrichtung dem Ende ihres Rück
zugshubs nähert, wird dem Steuerventil 56 befohlen zu schlie
ßen, wodurch der Dosierbeginn 212 eingeleitet wird. Weil kein
Kraftstoff in die Verstellkammer 26 gelangen kann, veranlaßt
der Kraftstoffdruck gegen den Boden des Dosierkolbens 17 durch
den Einlaßdurchgang 49 den Kolben 17, den Verstellkolben 16 in
Kontakt mit dem sich zurückziehenden Kopplungsteil 20 zu hal
ten, wodurch gestattet wird, daß eine vorbestimmte Kraftstoff
menge in eine Dosierkammer 33 dosiert wird, nur falls der
Kraftstoffdruck hoch genug ist, um die Vorspannung der Feder 55
zu überwinden. Weil die Verstellkammer 26 seit dem Beginn des
Rückzugshubs gefüllt worden ist und weil noch kein Kraftstoff
in die Dosierkammer 33 gelangt ist, sollte jedoch die Vorspan
nung auf der Feder 55 wesentlich verringert sein. In der bevor
zugten Ausführungsform beträgt die Vorspannung auf der Feder 55
am Ende des Rückzugshubs, wenn der Verstellkolben 16 von dem
Dosierkolben 17 maximal verschoben ist, etwa 1,38 bar (20 psi).
Somit zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, daß die
Vorspannung auf der Feder 55 am Ende des Rückzugshubs auf etwa
50% ihrer Vorspannkraft am Beginn des Rückzugshubs verringert
ist. Diese Strategie zur Kraftstoffversorgung erfordert somit
einen geringeren Kraftstoffdruck, um die Dosierkammer 33 zu
füllen, als den Kraftstoffdruck, der gemäß der herkömmlichen
Strategie zur Kraftstoffversorgung erforderlich ist. Weil der
Kraftstoffdruck während der Startphase und beim Betrieb mit
niedriger Umdrehungszahl ausreichend ist, um die verringerte
Federvorspannung zu überwinden, ist eine übermäßige Kraftstoff
versorgung der Dosierkammer 33 nicht länger notwendig, um eine
Startphase und einen Motorbetrieb bei niedriger Umdrehungszahl
zu gewährleisten. Somit erlaubt die Strategie zur Kraftstoff
versorgung der vorliegenden Erfindung, daß die Dosierkammer 33
mit einer genaueren Kraftstoffmenge gefüllt wird, die für eine
Startphase und einen Betrieb bei niedriger Umdrehungszahl not
wendig ist. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt diese
Menge 100 mm³/Hub, aber Mengen in dem Bereich von 5-350 mm³/Hub
werden in Betracht gezogen. Bei oder nahe dem Ende des Rück
zugshubs wird dem Steuerventil 56 befohlen zu öffnen, wodurch
das Ende des Dosierens 213 in der gleichen Weise bewirkt wird,
wie im allgemeinen Stand der Technik diskutiert wurde.
Der Verstellkammerüberlauf 215, der Einspritzbeginn 216 und
das Einspritzende 217 bleiben gegenüber der in Fig. 2 darge
stellten Strategie zur Kraftstoffversorgung unverändert.
Mit Verweis auf die Fig. 3 und 4 (und Fig. 1 für die Struk
turkomponenten) wird nun ein Flußdiagramm des Algorithmus zum
Ausführen der Strategie zur Kraftstoffversorgung der vorliegen
den Erfindung während des Rückzugshubs einer elektronischen
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wie z. B. der in Fig. 1 dar
gestellten Einspritzvorrichtung, dargestellt. Bei Schritt 119
wird die Motorgeschwindigkeit unter Verwendung bekannter
Techniken bestimmt. Bei Schritt 120 wird die Motorgeschwindig
keit geprüft. Falls die Motorgeschwindigkeit unter einem
vorbestimmten Wert liegt, wird die Strategie zur Kraftstoffver
sorgung der vorliegenden Erfindung ausgeführt. In der bevor
zugten Ausführungsform beträgt dieser vorbestimmte Pegel 100
Umdrehungen pro Minute (rpm), aber die Erfindung zieht vorbe
stimmte Pegel in dem Bereich von 50-150 Umdrehungen pro
Minute in Betracht. Falls die Motorgeschwindigkeit bei oder
über dem vorbestimmten Pegel liegt, wird der Algorithmus von
Fig. 4 umgangen.
Bei Schritt 122 bestimmt der Algorithmus aus der Nocken
stellung unter Verwendung bekannter Techniken den Beginn des
Rückzugshubs 210. Wenn der Rückzugshub beginnt, wird dem
Steuerventil 56 bei Schritt 124 befohlen zu öffnen, wodurch
eine Kraftstofförderung zur Verstellkammer 26 ermöglicht und
eine Verstellkammerfüllung 211 begonnen wird. Bei Schritt 126
prüft der Algorithmus, ob innerhalb des Rückzugshubs genug Zeit
verstrichen ist, um mit dem Dosieren zu beginnen 212. Die Zeit
dauer des Rückzugshubs bei irgendeiner gegebenen Motorgeschwin
digkeit kann unter Verwendung bekannter Verfahren bestimmt
werden. Somit ist die einzige Beschränkung für den Dosierbeginn
212, daß innerhalb des verbleibenden Rückzugshubs ausreichend
Zeit zugestanden werden muß, um die gewünschte Kraftstoffmenge
in die Dosierkammer 33 zu dosieren. Am gewünschten Punkt nahe
dem Ende des Rückzugshubs 218 befiehlt der Algorithmus bei
Schritt 128 dem Steuerventil 56 zu schließen, wodurch ermög
licht wird, daß Kraftstoff in die Dosierkammer 33 eintritt, und
mit dem Dosieren begonnen wird 212. Bei Schritt 130 untersucht
der Algorithmus, ob innerhalb der Dosierphase des Rückzugshubs
genug Zeit verstrichen ist, um die Dosierkammer 33 mit dem
gewünschten Kraftstoffvolumen zu füllen. Falls nicht, wird die
Dosierkammer 33 weiter mit Kraftstoff gefüllt. Wenn die Dosier
kammer 33 das gewünschte Kraftstoffvolumen enthält, befiehlt
der Algorithmus bei Schritt 132 dem Steuerventil 56 zu öffnen,
wodurch das Ende des Dosierens 213 eingestellt wird. Für den
Rest des Rückzugshubs füllt sich die Verstellkammer 26 weiter
hin mit Kraftstoff. Somit tritt in einer Ausführungsform das
Ende des Dosierens 213 vor dem Ende des Rückzugshubs 218 auf.
In einer anderen Ausführungsform fällt das Ende des Dosierens
213 mit dem Ende des Rückzugshubs 218 zusammen, wodurch das
Dosieren von Kraftstoff in die Dosierkammer 33 verzögert wird,
bis sich die Vorspannung auf der Feder 55 auf ihren minimalen
Wert verringert hat.
Claims (10)
1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem Einspritzhub
und einem Rückzugshub zur Verwendung in einem Verbrennungs
motor, wobei die Einspritzvorrichtung aufweist:
einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer darin gebilde ten Bohrung;
einen Verstellkolben, der an einer ersten Stelle in der Bohrung angeordnet ist, wobei der Verstellkolben während des Rückzugshubs in der Bohrung frei verschiebbar ist;
einen Dosierkolben, der an einer zweiten Stelle in der Bohrung verschiebbar angeordnet ist;
eine Verstellkammer, die in der Bohrung zwischen dem Ver stellkolben und dem Dosierkolben definiert ist;
einem Mittel, um den Dosierkolben mit einer veränderlichen Kraft von dem Verstellkolben weg vorzuspannen;
eine Dosierkammer, die in der Bohrung unter dem Dosierkol ben definiert ist, wobei die Dosierkammer und die Verstellkam mer am Beginn des Rückzugshubs minimale Volumina aufweisen, wobei die Volumina zunehmen können, während die Einspritz vorrichtung den Rückzugshub durchläuft;
einen Durchgang, der in dem Einspritzvorrichtungskörper gebildet ist, um eine durchgehende Kraftstoffverbindung zu der Dosierkammer zu schaffen; und
ein Steuermittel, um den Durchfluß von Kraftstoff in die Verstellkammer zu gestatten und zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuermittel den Durchfluß von Kraftstoff in die Verstellkammer am Beginn des Rückzugshubs gestattet, wodurch der Verstellkolben von dem Dosierkolben weg gezwungen und die Vorspannkraft des Vorspannmittels verringert wird, und ferner daß
das Steuermittel den Durchfluß von Kraftstoff in die Ver stellkammer nahe dem Ende des Rückzugshubs unterbindet, wodurch eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer gezwungen und bewirkt wird, daß sich der Dosierkolben auf den Verstell kolben zu bewegt,
wodurch eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkam mer dosiert wird, nachdem sich die Kraft des Vorspannmittels verringert hat, wonach die vorbestimmte Kraftstoffmenge während des nachfolgenden Einspritzhubs in den Motor eingespritzt wird.
einen Einspritzvorrichtungskörper mit einer darin gebilde ten Bohrung;
einen Verstellkolben, der an einer ersten Stelle in der Bohrung angeordnet ist, wobei der Verstellkolben während des Rückzugshubs in der Bohrung frei verschiebbar ist;
einen Dosierkolben, der an einer zweiten Stelle in der Bohrung verschiebbar angeordnet ist;
eine Verstellkammer, die in der Bohrung zwischen dem Ver stellkolben und dem Dosierkolben definiert ist;
einem Mittel, um den Dosierkolben mit einer veränderlichen Kraft von dem Verstellkolben weg vorzuspannen;
eine Dosierkammer, die in der Bohrung unter dem Dosierkol ben definiert ist, wobei die Dosierkammer und die Verstellkam mer am Beginn des Rückzugshubs minimale Volumina aufweisen, wobei die Volumina zunehmen können, während die Einspritz vorrichtung den Rückzugshub durchläuft;
einen Durchgang, der in dem Einspritzvorrichtungskörper gebildet ist, um eine durchgehende Kraftstoffverbindung zu der Dosierkammer zu schaffen; und
ein Steuermittel, um den Durchfluß von Kraftstoff in die Verstellkammer zu gestatten und zu unterbinden, dadurch gekennzeichnet, daß
das Steuermittel den Durchfluß von Kraftstoff in die Verstellkammer am Beginn des Rückzugshubs gestattet, wodurch der Verstellkolben von dem Dosierkolben weg gezwungen und die Vorspannkraft des Vorspannmittels verringert wird, und ferner daß
das Steuermittel den Durchfluß von Kraftstoff in die Ver stellkammer nahe dem Ende des Rückzugshubs unterbindet, wodurch eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkammer gezwungen und bewirkt wird, daß sich der Dosierkolben auf den Verstell kolben zu bewegt,
wodurch eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in die Dosierkam mer dosiert wird, nachdem sich die Kraft des Vorspannmittels verringert hat, wonach die vorbestimmte Kraftstoffmenge während des nachfolgenden Einspritzhubs in den Motor eingespritzt wird.
2. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuermittel den Durchfluß von Kraft
stoff in die Verstellkammer gestattet, nachdem die vorbestimmte
Kraftstoffmenge in die Dosierkammer gezwungen worden ist, aber
vor dem Ende des Rückzugshubs.
3. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Vorspannmittel am Beginn des Rückzugs
hubs eine erste Vorspannkraft aufweist, wobei sich die Vor
spannkraft auf eine zweite Vorspannkraft am Ende des Rückzugs
hubs verringert.
4. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Zwingen einer vorbestimmten Kraftstoff
menge in die Dosierkammer stattfindet, kurz bevor das Vorspann
mittel während des Rückzugshubs die zweite Vorspannkraft
erreicht.
5. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mittel zum Vorspannen eine Feder ein
schließt, die innerhalb der Verstellkammer angeordnet ist, wo
bei die Feder an einem Ende mit dem Verstellkolben und an ihrem
entgegengesetzten Ende mit dem Dosierkolben verbunden ist.
6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Vorspannkraft annähernd 2,76 bar
(40 psi) beträgt und die zweite Vorspannkraft annähernd 1,38
bar (20 psi) beträgt.
7. Verfahren zum Dosieren einer vorbestimmten Kraftstoff
menge in eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung während des Rück
zugshubs für eine nachfolgende Einspritzung in einen Verbren
nungsmotor bei niedriger Motordrehzahl, worin die Einspritzvor
richtung eine Dosierkammer in durchgehender Fluidverbindung mit
einer Quelle für unter Druck gesetzten Kraftstoff, eine Ver
stellkammer und ein Steuermittel zum Steuern der Förderung von
unter Druck gesetztem Kraftstoff zu entweder der Verstellkammer
oder der Dosierkammer enthält, wobei das Verfahren die Schritte
umfaßt:
- (a) Bestimmen der Motordrehzahl;
- (b) Ausführen der Schritte (c)-(f), solange die Motordreh zahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist;
- (c) Bestimmen des Beginns des Rückzugshubs;
- (d) Einschalten des Steuermittels, um am Beginn des Rück zugshubs unter Druck gesetzten Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern;
- (e) Ausschalten des Steuermittels, damit nahe dem Ende des Rückzugshubs unter Druck gesetzter Kraftstoff nicht zur Ver stellkammer gefördert wird, wodurch ermöglicht wird, daß Kraftstoff in die Dosierkammer gelangt; und
- (f) Einschalten des Steuermittels, um unter Druck gesetzten Kraftstoff zur Verstellkammer zu fördern, nachdem ein vorbe stimmtes Kraftstoffvolumen in die Dosierkammer dosiert worden ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorbestimmte Wert der Motordrehzahl 1.000 Umdrehungen pro
Minute beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, das den Schritt einer Bestim
mung des Endes des Rückzugshubs enthält, und dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schritt (f) mit dem Ende des Rückzugshubs
zusammenfällt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das vorbestimmte Kraftstoffvolumen etwa 100 mm³ beträgt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US08/518,987 US5558067A (en) | 1995-08-24 | 1995-08-24 | Double pulsing electronic unit injector solenoid valve to fill timing chamber before metering chamber |
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Family
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JP (1) | JPH09133062A (de) |
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---|---|---|---|
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8131 | Rejection |