-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine
verbesserte Anordnung zur Steuerung der Menge eines Kraftstoffs, der zu der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung des Systems einer Brennkraftmaschine
zugeführt wird, wie dies in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
-
Die Vorteile einer Kraftstoffeinspritzung für Brennkraftmaschinen sind
ausreichend bekannt. Ein besonders popularer Typ einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist der sogenannte "Sammeltyp", bei dem Kraftstoff zu
der Einspritzeinrichtung unter Druck zugeführt wird und dann eingespritzt
wird, wenn das Einspritzventil geöffnet wird. Dieser Typ einer
Einspritzeinrichtung ist extrem effizient und vorteilhaft. Allerdings variiert die
Menge eines Kraftstoffs, die pro Einspritzzyklus erforderlich ist, in
weitem Umfang mit den Maschinenlaufzuständen, wie beispielsweise
Geschwindigkeit und Belastung. Gerade der Sammeltyp einer
Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann einige Schwierigkeiten bei der Erzielung der
geeigneten Kraftstoffsteuerung unter allen Laufbedingungen besitzen.
-
In dem United States Patent 4,969,442, mit dem Titel "High Pressure Fuel
Injection Device For Engine", herausgegeben am 13. November 1990 und auf
den Inhaber hiervon übertragen, ist eine Anordnung zur Steuerung der
Menge eines Kraftstoffs, der zu einer Einspritzeinrichtung vom Sammeltyp
durch Variieren des Drucks, unter dem der Kraftstoff zu der
Einspritzeinrichtung abgegeben wird, zugeführt wird. Ein Variieren des Drucks, unter
dem der Kraftstoff zu der Einspritzeinrichtung zugeführt wird, ist
effektiver unter bestimmten Bedingungen als ein Variieren der Dauer einer
Einspritzung, um so die Menge des Kraftstoffs, der zugeführt wird, zu
steuern. In dem Aufbau, der in der US-A-4,969,442 dargestellt ist, wird
der Druck des Kraftstoffs, der zu der Einspritzeinrichtung zugeführt
wird, durch Variieren der Phase der Einspritzeinrichtungs- oder
Hochdruckpumpe variiert. Obwohl dieses Verfahren äußerst effektiv ist,
erfordert
es eine mechanische Einstellung der Phase der Pumpe und kann in
einer gewissen Hinsicht kostspieliger sein, als dies erwünscht ist.
-
Weiterhin ist ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem, wie es im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist, aus der EP-A-243871 bekannt, das ein
Druckreduzierventil vorsieht, das einen Entlastungskanal einlaufseitig
eines Kraftstoffzuführventils steuert. Für eine sorgfältigere Steuerung
der Zuführung eines Kraftstoffs sind in heutigen Maschinen weitere
Verbesserungen solcher Entlastungssteuersysteme erwünscht.
-
Es ist deshalb eine grundsätzliche Aufgabe dieser Erfindung, eine
verbesserte Anordnung für ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem, wie es
vorstehend angegeben ist, zur Steuerung des Drucks des Kraftstoffs, der zu
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung zugeführt wird, zu schaffen, um so
die Menge des Kraftstoffs, die über einen Einspritzzyklus eingespritzt
wird, zu steuern. Weiterhin sollte sichergestellt sein, eine geeignete
Menge eines Kraftstoffs zu liefern, gerade dann, wenn der
Steuermechanismus fehlschlägt, vollständig korrekt zu arbeiten, was einen ausreichend
großen Kraftstoffdruck während eines Startens der Maschine und auch bei
einem maximalem Belastungszustand erzeugt.
-
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, weist die vorliegende Erfindung ein
Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine auf, wie
sie vorstehend angegeben ist, die ein erstes Druckreduzierventil
aufweist, das einen Entlastungskanal steuert, der von der
Leitungseinrichtung stromab des Zuführungsregulierventils abzweigt, und ein zweites
Druckreduzierventil aufweist, das einen weiteren Entlastungskanal der
Leitungseinrichtung steuert, der von einer Bohrung abzweigt, die gleitbar
einen Kolben der Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe aufnimmt, wobei die
Abzweigung an einem Punkt zwischen den Enden des Hubes des Kolbens
erfolgt, und wobei das erste und das zweite Druckreduzierventil in
Abhängigkeit von Motorlaufcharakteristika durch die Steuereinheit betätigt
sind.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind aus
den weiteren Unteranspruchen ersichtlich.
-
In dem Nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail
anhand einer Ausführungsform davon beschrieben, die ein Steuerverfahren
umfaßt, wobei:
-
Figur 1 zeigt eine teilweise schematische Ansicht des
Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, die gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist.
-
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die das Einspritzpumpensystem
darstellt, teilweise im Querschnitt, und dessen Verhältnis zu dem
Injektor.
-
Figur 3 zeigt eine weitere, vergrößerte Querschnittsansicht des
Drucksteuerventils der Hochdruckpumpe.
-
Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 4-4 in
Figur 2 vorgenomomen ist.
-
Figur 5 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, die durch den
Kraftstoffinjektor vorgenommen ist und sein Verhältnis zu dem Pumpensystem,
das angedeutet ist, darstellt.
-
Figuren 6, 7 und 8 zeigen Querschnittsansichten, die durch den
Auslaßdüsenbereich des Injektors in jeweils einem geschlossenen, teilweise
geöffneten und vollständig geöffneten Zustand vorgenommen sind.
-
Figuren 9, 10 und 11 zeigen graphische Ansichten, die die Treiberimpulse
für das Injektorventil darstellen, das von dem Mikrocomputer in
Abhängigkeit unterschiedlicher Laufzustände abgegeben wird.
-
Figuren 12, 13 und 14 zeigen graphische Ansichten, die die Ventilanhebung
in Bezug auf eine Zeit für jedes der Impulsmuster, die in den Figuren 9
bis 11 jeweils dargestellt sind, zeigen.
-
Figur 15 zeigt eine graphische Ansicht, die das optimale Spannungssignal
darstellt, das für den optimalen Kraftstoffdruck repräsentativ ist, der
zu dem Kraftstoffinjektor gemäß dem momentanen Motorbetriebszustand
basierend auf sich variierenden Motorgeschwindigkeiten und -belastungen
zugeführt wird.
-
Figur 16 zeigt eine graphische Ansicht, die den optimalen Kraftstoffdruck
gemäß einem momentanen Motorbetriebszustand basierend auf sich
variierenden Geschwindigkeiten und Motorbelastungen darstellt.
-
Figur 17 zeigt ein Blockschaltbild, das das Programm eines Computers, der
zur Steuerung des Kraftstoffverfahrens dient, darstellt.
-
Figur 18 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einer
Referenz- und ermittelten Spannungen hinsichtlich des Treiberimpulses, der von dem
Mikrocomputer abgegeben wird, darstellt.
-
Figur 19 zeigt eine graphische Ansicht, die eine optimale Erregungsdauer
für den Elektromagneten des Kraftstoffinjektors gemäß einem momentanen
Motorbetriebszustand im Verhältnis zu sich variierenden Motorbelastungen
und Motorgeschwindigkeiten darstellt.
-
Figur 20 zeigt eine graphische Ansicht, die das Verhältnis zwischen einem
Kraftstoffdruck und einer Kraftstoffeinspritzrate darstellt.
-
Figur 21 zeigt eine vergrößerte Querschnittsanslcht eines Bereichs der
Einspritzpumpe, die einen anderen Bereich der Anordnung zur Steuerung der
Menge eines Kraftstoffs, die eingespritzt wird, und des Drucks davon
darstellt.
-
Figur 22 zeigt ein Flußdiagramm des Verfahrens, das den Betrieb des
Ventils in Figur 21 darstellt.
-
Figur 23 zeigt eine graphische Ansicht, die die Menge eines Kraftstoffs
darstellt, die im Verhältnis zu dem Hub des Kolbens abgegeben wird, wenn
das Steuerventil, das in Figur 21 dargestellt ist, betätigt wird.
-
Figur 24 zeigt ein Mikroprozessor-Flußdiagramm, teilweise ähnlich der
Figur 22, das eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
-
Figur 25 zeigt eine graphische Ansicht, die die Steuerbereiche innerhalb
dieser Ausführungsform im Verhältnis zu sich variierender
Motorgeschwindigkeit und Motorbelastung darstellt.
-
Figur 26 zeigt eine graphische Ansicht, teilweise ähnlich einem Bereich
des Diagramms der Figur 18, gemäß einer noch anderen Ausführungsform der
Erfindung.
-
Figur 27 zeigt eine graphische Ansicht, die den Effekt der Hysterese in
dieser Ausführungsform darstellt.
-
Figur 28 zeigt eine Ansicht in dieser Ausführungsform, die das Verhältnis
zwischen Impulsdauer und -zeit eines Messdrucks zur Bestimmung des
Arbeitszyklus darstellt.
-
Werte einer Leistung von 0% und 100% sind durch Hinzuaddieren eines
bestimmten Werts zu und Abziehen eines bestimmten Werts von der
Standardspannung definiert.
-
Nun wird ein Wert "A" als Leistung von 0% definiert.
-
Und ein Wert "B" wird als Leistung von 100% definiert.
-
Weiterhin wird ein Spannungswert, der zu einem Zeitpunkt "t&sub1;" ermittelt
wird, als "a" definiert.
-
Ein Verfahren zur Bestimmung eines Leistungswerts ist:
Leistungswert
-
Eine Dauer einer Druckermittlung "t" wird zum Beispiel synchron zu der
Motorrotation oder zu einem Computertaktimpuls in der CPU 48 vorgegeben.
-
Eine Impulsdauer "d" = "t" X Leistungswert / 100
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
Wie nun im Detail die Zeichnungen und zunächst Figur 1 zeigt, ist ein
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, die allgemein mit
dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist, teilweise schematisch dargestellt.
Die Maschine 31 ist in einer bevorzugten Form der Erfindung eine
Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die auf einem Dieselprinzip entweder vom
Vier- oder Zweitakttyp arbeitet. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit
einer solchen Maschine beschrieben wird, sollte schließlich für den
Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß die
Erfindung auch in Verbindung mit anderen Typen von Maschinen eingesetzt werden
kann, die mit anderen Takten arbeiten, einschließlich Rotationsmaschinen
und zundfunkengezündeten Maschinen.
-
Die Maschine 31 treibt eine Pumpenanordnung an, die eine
Niederdruckpumpe 32 umfaßt, die Kraftstoff von einem Kraftstofftank 33 über einen
Kanal, der einen Filter 34 umfaßt, ansaugt. Die Niederdruckpumpe 32 gibt
Kraftstoff unter Druck über eine Niederdruckleitung 35 zu einer Pumpe vom
Hochdruckkolbentyp ab, die allgemein mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet
ist. Die Kolbenpumpe 36 umfaßt einen Kolben 37, der durch einen Nocken 38
betätigt wird, der sich mit der Welle der Niederdruckpumpe 32 dreht und
der eine Anzahl von Nockenerhebungen 39 gleich der Anzahl der Zylinder
der Maschine 31 besitzt, so daß die Hochdruckpumpe 36 einen Druckimpuls
für jeden Zylinder während einer einzelnen Drehung der Pumpenwelle, die
schematisch bei 41 angegeben ist, abgeben wird.
-
Die Hochdruckpumpe 36 gibt ihren Druck zu einer Kammer 42 ab, in der ein
Filterelement 43 vorgesehen ist. Die Druckkammer 42 steht über eine
Mehrzahl Kanäle 44 mit einzelnen Injektoren 45 vom Sammeltyp in Verbindung,
und zwar einen für jeden Zylinder der Maschine.
-
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird der Druck des Kraftstoffs, der zu
dem Injektor 45 vom Sammeltyp zugeführt wird, durch ein
druckregulierendes Entlastungsventil gesteuert, das schematisch bei 46 dargestellt ist,
um so die Menge des Kraftstoffs, die zu der Maschine durch den
Injektor 45 während jedes Taktes seines Betriebs zugeführt wird, zu variieren.
Der Druck wird durch Einrichtungen gesteuert, die einen Solenoid 47
umfassen, der durch eine CPU 48 gesteuert wird.
-
Die Menge des Kraftstoffs, die zugeführt wird, kann auch mittels eines
Entlastungskanals 49 gesteuert werden, in dem ein
Solenoid-Steuerentlastungsventil 51 vorgesehen ist. Sowohl der Entlastungskanal 49 als auch
das Drucksteuerentlastungsventil 46 steuern den Druck durch eine
Bypass-Rückführung des Kraftstoffs zu dem Tank 33 über eine
Rückführleitung 52.
-
Dort ist auch ein Druckentlastungsventil 53 in dem Kanal 35 vorgesehen,
das die Niederdruckpumpe 32 mit der Hochdruckpumpe 36 zur Schaffung einer
Druckentlastung in diesem Kreis verbindet.
-
Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Niederdruckpumpe 32, die
Hochdruckpumpe 36, die Druckkammer 42, das Drucksteuerventil 46 und das
Bypass-Steuerventil 51 sämtlich innerhalb eines einzelnen Gehäuses
gebildet, das schematisch durch das Bezugszeichen 54 in Figur 1 dargestellt
ist und das in weiterem Detail in den Figuren 2 bis 4 dargestellt ist.
-
Unter der Voraussetzung aller dieser Komponenten in einer einzelnen
Gehäuseanordnung ist es möglich, die Anzahl externer Kreise und Kanäle zu
reduzieren und deshalb die Installation, die dem
Kraftstoffeinspritzsystem zugeordnet ist, zu vereinfachen. Dies verringert auch die
Wahrscheinlichkeit von Leckagen und Druckverlusten in dem System.
-
Unter Bezugnahme nun im Detail auf die Figuren 2 bis 4 umfaßt die
Gehäuseanordnung 54 ein äußeres Gehäuse 55, in dem die Niederdruckpumpe 32
gehalten wird. Die Niederdruckpumpe 32 ist eine Pumpe vom Rotortyp (mit
innenverzahntem Rotor) und umfaßt einen inneren Rotor 56, der durch die
Pumpenwelle 41 angetrieben wird und der mit einem äußeren Rotor 57
zusammenwirkt, um unter Druck gesetzten Kraftstoff zu einer
Niederdruckkammer 58 zuzuführen, die innerhalb des Gehäuses 55 gebildet ist.
-
Ein Kolbengehäuse 59 schließt das äußere Ende der Kammer 58 ab und ist an
dem Gehäuse 55 in einer geeigneten Art und Weise befestigt. Das
Kolbengehäuse 59 bildet einen Bereich der Hochdruckpumpe 36 und legt eine
Bohrung 61 fest, in der sich der Kolben 37 hinund herbewegt. Der Kanal 35,
auf den zuvor Bezug genommen ist, setzt die Niederdruckkammer 58 mit der
Bohrung 61 zur Zuführung eines Fluids zu der Bohrung 61 oberhalb des
Kolbens 37 in Verbindung, wenn sich der Kolben an dem unteren Ende seines
Hubs befindet.
-
Wie am besten in dieser Figur zu sehen ist, ist die Nockenplatte 38 mit
der Pumpenantriebswelle 41 mittels einer Kupplung 62 verbunden und die
Nockenerhebungen 39, die die Umkehrbewegung der Nockenplatte 38 bewirken,
sind deutlich in dieser Figur dargestellt.
-
Wenn der Kolben 37 seinen Pumphub beginnt, wird Kraftstoff unter Druck zu
der Einlaufseite des Filters 43 in der Druckkammer 42 über ein
Zuführungsregulierventil, das mit 63 bezeichnet ist, zugeführt. Das
Zuführungsregulierventil 63 steht mit einer Zuführöffnung 64 an dem Ende des
Pumpenzylinders 61 über ein Einwegregulierventil 65 in Verbindung.
Kraftstoff wird dann, wie dies zuvor angemerkt ist, über den Zuführkanal 44 zu
der Einspritzdüse 45 vom Sammeltyp zugeführt, wobei der Aufbau davon am
besten in den Figuren 5 bis 12 dargestellt ist.
-
Wie zunächst die Figur 5 zeigt, ist die Einspritzdüse 45 aus einer
äußeren Gehäuseanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 66 bezeichnet
ist, aufgebaut, die dazu geeignet ist, daß sie in einer Art und Weise,
die beschrieben werden wird, in dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
mit einer Düsenöffnung 67 befestigt werden kann, die mit der
Verbrennungskammer zur Zuführung von Kraftstoff zu diesen in einer Art und
Weise, die beschrieben wird, in Verbindung steht. Im Gegensatz zu einer
direkten Zylindereinspritzung kann die Erfindung in Verbindung mit
Verteilereinspritzsystemen verwendet werden, allerdings besitzt die
Erfindung einen besonderen Nutzen in Verbindung mit einer direkten
Einspritzung, wie sie zum Beispiel in Verbindung mit
Hochgeschwindigkeitsdieselmaschinen verwendet wird.
-
Das äußere Gehäuse 66 ist aus einem unteren Stück 68 aufgebaut, das ein
mit einem Gewinde versehenes unteres Ende 69 besltzt, das dazu geeignet
ist, in eine geeignete Öffnung in dem Zylinderkopf der zugehörigen
Maschine 31 in einer bekannten Art und Weise eingeschraubt zu werden. Die
Düsenöffnung 67 ist durch eine Spitze 71 festgelegt, die einen
Gewindebereich 72 besitzt, der in einer Gewindebohrung 73 aufgenommen ist, die an
dem unteren Ende des Gehäusestücks 68 gebildet ist. Eine
Einstellunterlagescheibe 74 ist zwischen der Spitze 71 und dem Gehäusestück 68 für eine
Längeneinstellung zwischengefügt.
-
Ein Einspritzventil 75 ist gleitend innerhalb einer Bohrung 76 des
Düsenstücks 71 gehalten und besitzt einen Bereich 77 mit einem verringerten
Durchmesser und eine Strömungssteuerspitze 78, die so konfiguriert ist,
wie dies beschrieben werden wird, und die in der geschlossenen Position
die Einspritzdüsenöffnung 67 verschließt. Der Ventilbereich 77 besitzt
unterbrochene Vergrößerungen für ein gleitbares Halten des
Einspritzventils 75 in der Bohrung 76 in der bekannten Art und Weise.
-
Eine Sammelkammer 79 ist oberhalb der Bohrung 76 durch das
Gehäusestück 68 gebildet. Die Sammelkammer 79 ist an ihrem oberen Ende mittels
einer Verschlußplatte 81 verschlossen, die durch ein Abstandsteil 82
gehalten ist, das in einer Vertiefung in dem Gehäusestück 68 durch ein
zweites Gehäusestück 83 aufgenommen ist. Das Gehäusestück 83 greift in
ein Unterteilungsteil 84 ein, das innerhalb einer Bohrung 85 des
Gehäusestücks 68 so aufgenommen ist, um die Verschlußplatte 81 in Position zu
halten und die Kammer 79 in einem gedichteten Zustand zu halten, mit
Ausnahme dem, was nachfolgend angeführt ist. Das Gehäusestück 83 wird
relativ zu dem Gehäusestück 68 mittels einer Gewindekappe 86
zurückgehalten, die an einem Gewindebereich 87 des oberen Endes des Gehäusestücks 68
aufgenommen ist.
-
Das Gehäusestück 83 ist mit einem Einlaßkanal 88 ausgebildet, der einen
äußeren Gewindebereich 89 besitzt, um so ein Anschlußstück zur Verbindung
der Zuführleitung 44 aufzunehmen, die sich von der Hochdruckpumpe 36 zu
dem Einlaßkanal 88 erstreckt.
-
Der Einlaßkanal 88, der im wesentlichen eine gebohrte Öffnung ist, wird
durch einen weiteren, gebohrten Kanal 89 geschnitten, der sich axial
entlang des Gehäusestücks 83 an einer Seite davon erstreckt und der mit
seinem unteren Ende mit einem entsprechenden Kanal 91 in dem
Unterteilungsteil 84 in Verbindung steht. Der Kanal 91 führt Kraftstoff unter
Druck zu der Sammelkammer 79 über eine Öffnung 92 zu, die in einem
Steueranschlaganker 33 gebildet ist. Die Funktion des Steueranschlagankers 93
wird später beschrieben werden.
-
Eine Steuerkammer 94 ist in dem Unterteilungsteil 84 mittels einer
Bohrung 95 gebildet, die sich durch das untere Ende des
Unterteilungsteils 84 öffnet. Das Einspritzventil 75 besitzt einen allgemein
zylindrischen Betätigungsbereich 96, der gleitend innerhalb der Bohrung 95
gehalten ist und der das untere Ende der Steuerkammer 94 schließt. Ein
Kanal 97, der in dem Betätigungsteil 96 gebildet ist, schneidet eine
Bohrung 98, die darin gebildet ist, die die Steuerkammer 94 über eine
Dosierdüse 99 unter Druck setzt und normalerweise das Einspritzventil 75
zu seiner nach unten gerichteten oder geschlossenen Position hin drückt.
-
Eine Schraubenkompressionsfeder 101 umgibt das Einspritzventil 75 und
legt sich gegen die Gehäuseanordnung 66 in einer Art und Weise an, die
beschrieben wird. Das untere Ende der Feder 101 greift in eine Schulter
ein, die durch eine Erweiterung 102 an dem Einspritzventil 75 so gebildet
ist, um weiterhin beim Beibehalten des Einspritzventils 75 in der
geschlossenen Position, wie dies in Figur 5 dargestellt ist, unterstützend
zu wirken.
-
Ein Entlastungsventil 103 ist in einer Einrichtung, die beschrieben wird,
innerhalb der Gehäuseanordnung 65 oberhalb des oberen Endes des
Unterteilungsteils 84 gehalten und steuert die Öffnung eines
Entlastungskanals 104, der in dem oberen Ende des Unterteilungsteils 84 gebildet ist.
Das Entlastungsventil 103 wird normalerweise in eine geschlossene
Position mittels einer Schraubenfeder 105 vorgespannt, deren Spannung durch
eine Schraube 106 eingestellt wird.
-
Das Entlastungsventil 103 wird, wenn es geöffnet ist, dem Kraftstoff in
der Steuerkammer 94 ermöglichen, zu dem Tank 33 über einen
Rückführkanal 107 zurückzuführen, der in einem Anschlußstück 108 gebildet ist, das
sich axial durch das Ende des Gehäusestücks 83 parallel zu dem
Einlaßkanal 88 erstreckt. Der Rückführkanal 107 steht mit dem Kanal 52 in
Verbindung.
-
Kraftstoff kann von dem Entlastungsventilkanal 104 zu dem
Rückführkanal 107 durch einen Kanal 109, der in dem Entlastungsventil 103 gebildet
ist, und eine Öffnung 111, die in einem Joch 114 einer
elektromagnetischen Anordnung gebildet ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 112
bezeichnet ist, strömen. Dieses Joch der elektromagnetischen
Anordnung 112 ist geeignet in einer Bohrung 113 des Gehäusestücks 83 so
befestigt, um die elektromagnetische Anordnung 112 in ihrer Position zu
sichern.
-
Die elektromagnetische Anordnung 112 weist eine Solenoidspule oder
Wicklung
115 auf, die in dem Joch 114 angeordnet ist und die einen Kern 116
umgibt. Der Kern 116 ist in einer Gewindebohrung gebildet, die die
Einstellschraube 106 des Entlastungsventils 103 trägt. Der Kern 116 wirkt
mit dem Entlastungsventil 103 zum Öffnen von diesem zusammen, wenn die
Wicklung 115 erregt wird. Es sollte angemerkt werden, daß das
Entlastungsventil 103 gleitbar in einer Bohrung 117 des Jochs 114 gehalten
ist.
-
Es sollte schließlich ersichtlich werden, daß die Erregung der
Solenoidwicklung 115 das Entlastungsventil 103 anziehen wird, um die
Entlastungsventilöffnung 104 zu öffnen und den Druck in der Steuerkammer 94
abzulassen. Dieser Ablaß des Drucks wird bewirken, daß Druck auf das
Einspritzventil 75 einwirkt, um das Einspritzventil 75 nach oben zu einer
offenen Position hin zu drücken, die die Feder 101 zusammendrückt wird
und bewirkt, daß ein Betrag an Kraftstoff zugeführt wird. Die vollständig
geöffnete Position des Einspritzventils 75 wird mittels einer
Steuerunterlagescheibe 118 gesteuert, die sich in Position in der Steuerkammer 94
befindet und die durch den Betätigungsbereich 96 eingegriffen wird, um so
den Grad der maximalen Öffnung zu beschränken. Wie angemerkt worden ist,
ist mit einem System, das soweit beschrieben ist, die einzige
Möglichkeit, daß die Menge des Kraftstoffs, die eingespritzt wird, variiert
werden kann, diejenige durch Variieren des Drucks in der Sammelkammer 79
und/oder der Rate und der Zeit der Öffnung des Einspritzventils 75.
-
Ein Steueranschlagmechanismus, der allgemein mit dem Bezugszeichen 119
bezeichnet ist, ist in der Sammelkammer 79 unterhalb des
Unterteilungsteils 84 vorgesehen und arbeitet mit einer Anschlagschulter 121 des
Einspritzventils 75 zusammen, um dessen Grad einer Bewegung zu steuern.
Dieser Steueranschlagmechanismus 119 umfaßt den Anker 93, der zuvor
beschrieben ist und der eine zylindrische Verlängerung 122 besitzt, die
innerhalb einer Bohrung 123 eines Kerns 124 eines Solenoids aufgenommen
ist. Eine Solenoidwicklung 125 umgibt den Kern 124 und wird an ihrer
Stelle mittels eines Jochs 126 gehalten, das innerhalb des oberen Endes
der Sammelkammer 79 aufgenommen ist. Das Schließteil 81 ist integral mit
dem Joch 126 gebildet. Der Kern 124 ist mit einer Gegenbohrung 127
versehen, die die Feder 101, wie dies zuvor beschrieben ist, aufnimmt.
-
Wenn die Wicklung 125 nicht erregt wird, können sich der Anker 93 und
dessen Verlängerung 122 zu der oberen Position bewegen, wie dies in
Figur 5 dargestellt ist, und eine Erregung der Solenoidwicklung 115 wird
eine vollständige Umkehrbewegung des Einspritzventils 75 bewirken.
Allerdings werden, wenn die Wicklung 125 erregt wird, der Anker 93 und die
Verlängerung 122 nach unten so gezogen werden, um mit der Schulter 121 an
dem Einspritzventil 75 einzugreifen und seine nach oben gerichtete
Bewegung zu begrenzen. Dieser Betrieb wird weiterhin in Verbindung mit den
Figuren 6 und 14 beschrieben werden.
-
Die CPU 48 kann so programmiert werden, um eine geeignete Steuerung zu
liefern, wobei ein Beispiel davon unter Bezugnahme auf die Figuren 9 bis
14 beschrieben werden wird, das die Steuerstrategie zur Aktivierung der
Wicklung 115 des Elektromagneten 112, der das Entlastungsventil 103
steuert, und der Wicklung 125 des Anschlagmechanismus 119 liefert. In einem
typischen Beispiel kann der Steuermechanismus 48 Eingangssignale von
einer Drosselklappenposition heranziehen und einen
Maschinengeschwindigkeitsindikator aufnehmen.
-
Wie die Figuren 6 bis 8 zeigen ist, wie zuvor angemerkt worden ist, der
Steuerspitzenbereich 78 der Einspritzeinrichtung 75 mit einem
konfigurierten Ende so versehen, um die Menge eines Kraftstoffs, der zugeführt
wird, in Abhängigkeit dessen Position zu variieren. Zum Beispiel ist das
Ende 78 mit einem ersten, zylindrischen Bereich 128 mit größerem
Durchmesser und einem zweiten Bereich 129 mit kleinerem Durchmesser versehen,
die mit der Düsenöffnung 67 zusammenwirken, um so die Strömung dort
hindurch zu steuern. Figur 6 stellt die geschlossene Position dar, während
Figur 7 die Position für eine niedrige Kraftstoffströmung darstellt. In
dieser Position wird die Solenoidwicklung 125 so erregt, um den Grad
einer Öffnung der Einspritzeinrichtung 75 zu der Höhe Lh zu begrenzen. In
dieser Position ist die Düsenöffnung 67 offen, allerdings wird der
Bereich 128 mit dem größeren Durchmesser der Einspritzventilspitze 75 noch
in einer Position in der Düsenöffnung 67 so sein, um die Kraftstoffzufuhr
zu begrenzen. Der Bereich 128 mit dem großen Durchmesser besitzt einen
Durchmesser R&sub1;, der geringfügig kleiner als der Durchmesser R&sub2; der
Düsenöffnung 67 ist, um einen kontrollierten Strömungsflächenbereich zu
bilden, um die Menge einer Kraftstoffzuführung zu beschränken, wie dies
angemerkt ist.
-
Andererseits kann sich, wenn die Wicklung 125 nicht erregt ist, das
Einspritzventil 75 vollständig zu der Position hin, die in Figur 8
dargestellt ist, öffnen, wo sich das Ventil 75 um den Abstand LH bewegt. In
dieser Position wird sich nur der Bereich 129 mit dem kleineren
Durchmesser in die Einspritzöffnung 67 erstrecken und eine im wesentlichen
uneingeschränkte Kraftstoffströmung wird gebildet.
-
Wie nun die Figuren 9 bis 14 zeigen, ist dort eine Form einer
Steuerstrategie dargestellt. Für niedrige Motorgeschwindigkeiten und wenn eine
niedrige Kraftstoffabgabe erforderlich ist, wird sowohl die
Solenoidwicklung 125 erregt (Impuls A) als auch die Solenoidwicklung 115 erregt
(Impuls B), und zwar für die vollständige Zeitdauer T. Wenn dies
auftritt, wird sich das Einspritzventil zu der Position bewegen, die in
Figur 10 dargestellt ist, und eine Kraftstoffabgabe liefern, wie dies in
Figur 12 dargestellt ist. Um eine maximale Kraftstoffströmung zu
erreichen, wird nur die Solenoidwicklung 115 erregt und die
Solenoidwicklung 125 wird nicht erregt, wie dies in Figur 10 dargestellt ist. Das
Einspritzventil 75 wird dann in seiner vollständig offenen Position LH
für die Zeit T gehalten, um eine maximale Kraftstoffabgabe zu erreichen,
wie dies in Figur 13 dargestellt ist.
-
Die Figuren 11 und 14 stellen dar, wie Zwischengeschwindigkeits- und
niedrige Bereiche durch Vorsehung einer vollständigen Erregung der
Wicklung 115 für die Zeit T und durch Variieren der Erregung der Wicklung 125
für variierende Zeitdauern erreicht werden können, um so eine anfänglich
geringe Öffnung der Einspritzeinrichtung 75 LH und dann eine vollständige
Öffnung LH für eine variable Zeitdauer E zu bilden. Durch Variieren der
relativen Zeiten kann die Menge eines Kraftstoffs, die zugeführt wird,
akkurat gesteuert werden.
-
Wie die Figuren 6 bis 14 zeigen, ist die Kraftstoffeinspritzdauer T
normalerweise in dem Bereich des Kurbelwinkels von 20 bis 24 Grad
eingestellt, allerdings kann sie innerhalb des totalen Bereichs von 15 bis
30 Grad fallen. Demzufolge ist unter Niedrigbelastungszuständen, wie dies
in den Figuren 7, 9 und 12 dargestellt ist, die Dauer T allgemein auf
ungefähr 20 Grad festgelegt, wenn beide Elektromagneten 125 und 115
erregt werden. Unter dem hohen Belastungszustand liegt, wie in den
Figuren 9, 10 und 13 dargestellt ist, wenn nur der Elektromagnet erregt wird,
die Dauer T in dem Bereich von 20 bis 24 Grad. In dem
Mittelbereichszustand liegt, wie in den Figuren 11 und 14 dargestellt ist, die
Periodendauer T bei ungefähr 20 Grad einer Kurbelwellendrehung festgelegt, und
die Zeit E wird entsprechend der tatsächlichen Belastung variiert. Alle
diese Informationen werden der CPU 48 zugeführt und die tatsächlichen
Merkmale, wie dies vorstehend angemerkt ist, werden aus der Auflistung
davon abgeleitet.
-
Figur 19 stellt eine Tabelle zum Ableiten der Anhebungsbeträge Lh und der
Erregungsdauern T und E optimal für Betriebszustände dar. Der Computer
oder die CPU 48 sucht, basierend auf den gemessenen Daten, die Tabelle
ab, um die geeignete Kraftstoffsteuerung in Abhängigkeit der
Charakteristika, wie dies vorstehend angegeben ist (Geschwindigkeit und
Belastung) zu bestimmen.
-
Zum Beispiel bestimmt unter dem Zustand, wo die Maschine bei 3.000 U/min
und unter vollständiger Belastung arbeitet, die CPU 48, daß die
Erregungsdauer der Wicklung 125 null Grad ist und gibt ein Signal, das für
diese Erregungsdauer repräsentativ ist, zu der Wicklung 125 ab. Anders
ausgedrückt wird die Wicklung 125 unter diesem Zustand nicht erregt. In
ähnlicher Weise erregt, falls die Maschine bei 1.500 U/min und bei
mittlerer Belastung betrieben wird, die CPU 48 die Wicklung 125 für ungefähr
8 bis 10 Grad eines Kurbelwinkels.
-
Über den Betriebszustand einer niedrigen Belastung, einschließlich
Leerlauf und dem gesamten Maschinenbereich vom Leerlauf bis 5.000 U/min, ist
die Dauer einer Erregung der Wicklung 115 bei 22 Grad festgelegt, wie
dies in den Figuren 19 dargestellt ist. Diese Situation tritt auf, wenn
der Solenoid 125 so erregt wird, um die Einspritzdüse in dem Zustand
beizubehalten, wie dies in den Figuren 7, 9 und 12 dargestellt ist, um
eine laminare Strömung durch die Düse und eine geringe Veränderlichkeit
in den Strömungsraten sicherzustellen.
-
Gerade wenn eine Veränderung in der Umgebungstemperatur vorhanden ist, um
so zu bewirken, daß sich die Viskosität des Kraftstoffs ändert und sich
der Druck des Kraftstoffs, der zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
zugeführt wird, ändert, wird die Änderungsrate in der
Kraftstoffeinspritzrate hinsichtlich des Kraftstoffdrucks niedrig gehalten, wie durch
die Kurve X-1 in Figur 20 dargestellt ist, so daß die
Maschinengeschwindigkeit gut stabilisiert in dem niedrigen Umdrehungsbereich,
einschließlich dem Leerlauf, verbleiben wird.
-
Wenn die Maschine im Wechsel von einer niedrigen Belastung zu einer hohen
Belastung arbeitet, wird bei einer hohen Umdrehung, wo die
Kraftstoffeinspritzrate ansteigt, die Erregungsdauer der Wicklung 125 null werden und
das Einspritzventil 75 bewegt sich zu der Position, die in Figur 8
dargestellt ist, und die Steuerung befindet sich in der maximalen
Anhebungsdauer. Als Folge wird die Menge des Kraftstoffs, die aus der
Düsenöffnung 68 herausströmt, turbulent und die Einspritzrate kann so
sichergestellt werden, um die erforderliche Kraftstoffeinspritzrate in dem hohen,
niedrigen, hohen Umdrehungsbetriebsbereich zu erfüllen, wie dies durch
die Kurve X-2 in Figur 20 dargestellt ist. Um eine
Geschwindigkeitssteuerung zu liefern, kann die CPU 48 dahingehend wirken, eine Erregung
irgendeiner der Wicklungen 115 und 125 bei der erwünschten, maximalen
Geschwindigkeit zu verhindern, wie beispielsweise 5.000 U/min. Dies wird
eine Kraftstoffeinspritzung durch Zurückführung der Einspritzdüse zu der
Position, die in Figur 6 dargestellt ist, anhalten.
-
Zuvor ist das Entlastungsventil 103 mit einem großen,
ringscheibenförmigen Anker gebildet worden. Allerdings führt dies zu bestimmten Problemen
dahingehend, daß dann, wenn die Entlastungsöffnung 104 geöffnet wird,
irgendwelche Luft, die mit dem Kraftstoff vermischt werden kann, in die
Kammer unterhalb des Entlastungsventils 103 eingespritzt werden wird.
Falls Luft ihren Weg in diesen Bereich findet, könnte eine Luftschicht in
dem Zwischenraum zwischen dem Ventil und seinem Kern gebildet werden und
das Ventil könnte nicht sanft arbeiten. Allerdings wird in dieser
Ausführungsform, da das Entlastungsventil 103 einen Kolbentyp mit einem kleinen
Durchmesser mit einer geringeren Fläche, die zu dem Kern 116 hin
gerichtet ist, besitzt, die Wahrscheinlichkeit von Luftblasen, die in diesen
Raum eintreten, wesentlich verringert und der Betrieb wird verbessert
werden.
-
Mit der Ausnahme des Aufbaus des Entlastungsventils 103 ist der Aufbau
und die Betriebsweise der Einspritzeinrichtung 45 im wesentlichen
dieselbe wie diejenige, die in dem United States Patent 5,004,154 mit dem Titel
"High Pressure Fuel Injection Device For Engine", herausgegeben am
2. April 1991 und auf den Inhaber von hier übertragen, offenbart ist.
-
Zusätzlich zu der verbesserten Kraftstoffsteuerung, die durch die
Verwendung der zwei Solenoide 125 und 115 ermöglicht wird, wird auch eine
Anordnung zur Steuerung des Drucks der Kraftstoffzuführung zu der
Einspritzeinrichtung 45 eingesetzt, um noch weiter die Betriebsweise des
gesamten Kraftstoffeinspritzsystems zu verbessern. Wie zuvor angemerkt
worden ist, ist das Druckentlastungsventil 46 für diesen Zweck vorgesehen
und der Aufbau und die Betriebsweise dieses Ventils werden nun unter
Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben.
-
Das Drucklöse- bzw. -freigabeventil 46 umfaßt eine Bohrung 131, die in
dem Kolbengehäuse 59 gebildet ist, in der ein Ventilsitzelement 132
positioniert ist. Eine Mutter 133 besitzt eine Gewindeverbindung 134 mit dem
Kolbengehäuse 159, um eine O-Ringdichtung 135 an dem Ende des
Sitzteils 132 in einem dichtenden Eingriff mit dem Kolbengehäuse 59 zu halten.
-
Ein Kanal 136 ist in dem Kolbengehäuse 59 gebildet, um die Druckkammer 42
an der Einströmseite des Filters 43 mit einer Ventilöffnung 137, die in
dem Ventilsitzteil 132 gebildet ist, in Verbindung zu setzen. Ein
Kugelventiltypelement 138 ist gleitend innerhalb einer Bohrung 139 gehalten,
die in dem Ventilsitzteil 132 gebildet ist, und schließt normalerweise
die Ventilöffnung 137. Ein Kolbenteil, das allgemein mit dem
Bezugszeichen 141 bezeichnet ist, besitzt einen zylindrischen Bereich 142, der
gleitbar innerhalb der Bohrung 139 gehalten ist und der einen
Spitzenbereich besitzt, der in die Kugel 138 eingreift und sie in einer
Sitzposition halten wird, unter Bedingungen, die beschrieben werden.
-
Das Kolbenteil 141 besitzt einen Bereich 143 mit einem größeren
Durchmesser, der in einer Bohrung 144 mit einem größeren Durchmesser aufgenommen
ist, die in einem Verschlußteil 145 gebildet ist, das geeignet an dem
Kolbengehäuse 59 befestigt ist.
-
Der Bereich 142 mit kleinerem Durchmesser des Kolbenbereichs 141 besitzt
eine Durchgangsbohrung 146, die mit einer Kammer 147, die an dem oberen
Ende der Bohrung 145 gebildet ist, in Verbindung steht. Öffnungen 148
erstrecken sich durch die Spitze des Kolbenbereichs 142 mit kleinerem
Durchmesser, um die Bohrung 139 mit der Bohrung 146 und der Kammer 147 in
Verbindung zu setzen, wenn das Kugelventil 138 offen ist.
-
Hochdruckkraftstoff, der zu dem Entlastungsventil 46 durch Öffnung des
Kugelventils 138 eingelassen worden ist, wird einen Druck in der
Kammer 147 auf den Bereich 143 mit größerem Durchmesser des Kolbens 146
ausuben, um ihn so nach unten zu drücken, um das Kugelventil 138 zu
seiner geschlossenen Position zu bewegen. Demzufolge wird dann ein Druck in
dem System aufrechterhalten. Um den Druck zu reduzieren, ist ein mittels
Solenoid betätigtes Ventil 47, das nun beschrieben wird, für ein
selektives Abbauen des Drucks in der Kammer 147 auf Atmosphäre vorgesehen, um
so den Druck des Kraftstoffs in der Hochdruckkammer 42 und demzufolge den
Druck des Kraftstoffs, der zu der Einspritzeinrichtung 45 zugeführt wird,
zu reduzieren.
-
Eine weitere Kammer ist durch eine Bohrung 149 in dem Verschlußstück 145
gebildet. Diese Bohrung wird durch ein Ventilsitzteil 151 geschlossen,
das eine O-Ringdichtung 152 trägt, die einen Verbindungskanal 153 umgibt,
der sich von der Kolbenkammer 147 zu der Bohrung 149 erstreckt. Das
Ventilsitzteil 151 besitzt einen Entlastungskanal 154, der mit dem Kanal 153
in Verbindung steht.
-
Das Ventilsitzteil 151 wird durch ein Joch 155 des Solenoid 47 in
Position gehalten, der wiederum an seiner Stelle durch ein Abdeckstück 156
gehalten wird, das an dem Verschlußteil 145 durch eine Mutter 157
gesichert ist. Der Solenoid 47 besitzt eine Wicklung 158, die einen
Kern 159 umgibt, der wiederum eine Bohrung 161 besitzt, die einen
Kolben 162 eines Ankers 163 aufnimmt. Der Anker 163 greift in ein
Kugeltypventil 164 ein, um die Ventilöffnung 154 in ihrer geschlossenen Position
zu halten. Ein Blattfedertyp 165 greift in den Ankerkolben 162 zum Halten
des Ventils 164 in seiner geschlossenen Position ein.
-
Wenn die Solenoidwicklung 158 erregt wird, wird der Anker 163 nach oben
gezogen werden und Kraftstoff in dem Kanal 153 und in dem
Bypass-Kanal 154 wird das Kugelabsperrventil 164 aus seinem Sitz lösen und eine
Kraftstoffströmung durch Öffnungen, die in dem Joch 155 gebildet sind, zu
einer Kammer 166, die durch das Abdeckstück 156 gebildet ist,
ermöglichen. Ein Kraftstoffrückführanschlußstück 167 steht mit dem
Rückführkanal 52 zum Rückführen des Kraftstoffs zurück zu dem Kraftstofftank 33 in
Verbindung, um so den Druck in der Kammer 42 und demzufolge des
Kraftstoffs, der zu der Einspritzeinrichtung 45 zugeführt wird, zu reduzieren.
-
Der Druck, der durch den Kolben 37 erzeugt wird, wird eingesetzt, um zu
bestimmen, wann der Solenoid 47 betätigt werden sollte, um das
Entlastungsventil 46 zu öffnen. Zu diesem Zweck ist ein Drucksensor 168
(Figur 4) vorgesehen, der mit der Kolbenbohrung 61 über eine kleine
Öffnung 169 in Verbindung steht. Wie in dieser Figur zu sehen ist, ist ein
Kugeltyp-Regulierventil 171 in dem Kanal 35 vorgesehen, das die
Niederdruckkammer 58 mit der Kolbenbohrung 61 verbindet. Dieses
Regulierventil
171 stellt sicher, daß Druck durch die Wirkung des Kolbens 37 nicht
nach hinten in die Niederdruckkammer 58 verlorengeht.
-
Der Ausgangsdruck von dem Drucksensor 168 wird zu der CPU 48 übertragen,
um so zu bestimmen, wenn die Zustände derart sind, daß der Druck
entlastet werden sollte. Dies wird in einer Art und Weise bestimmt, die
beschrieben werden wird, und wenn der Druck entlastet werden soll, wird
die Solenoidwicklung 158 erregt, um dem Kugelventil 164 zu ermöglichen,
sich zu öffnen und den Druck in einer Kammer 147 zu reduzieren, um zu
bewirken, daß sich der Kolben 141 nach oben bewegt, um das
Kugelventil 138 aus seinem Sitz zu lösen und den Druck, der durch den Kolben 37
in der Bohrung 61 erzeugt wird, zu entlasten. Dies wird den Druck, der zu
der Hochdruckkammer 42 übertragen wird, reduzieren. Ein reduzierter Druck
in der Kammer 42 wird den Druck des Kraftstoffs, der zu der
Einspritzeinrichtung 45 zugeführt wird, und demzufolge die Menge eines Kraftstoffs,
die durch die Einspritzeinrichtung 45 während ihres Betriebs eingespritzt
wird, reduzieren.
-
Das Druckentlastungsventil 46 besitzt einen differentiellen
Flächenbereich zwischen dem Hochdruckflächenbereich, der durch die
Ventilöffnung 137 festgelegt ist, und der Bohrung 139 und zwischen der Bohrung 139
und der größeren Bohrung 144, der die Steuerung eines Hochdrucks mit
Niederdruckkomponenten ermöglicht. Dies bedeutet, daß der Drucksensor 168
und der Solenoid 47 und das Ventil 164 unter niedrigeren Drücken als der
tatsächliche Druck, der gesteuert wird, arbeiten können.
-
Wie angemerkt worden ist, bestimmt die CPU 48 die Zustände, unter denen
das Entlastungsventil 46 betätigt werden sollte, um so den
Kraftstoffdruck, der zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 45 zugeführt wird, zu
reduzieren. Ein Plan wird in der CPU 48 für diesen Zweck erzeugt und der
Plan wird auf Spannungssignale begründet, die aus dem Spannungsausgang
von dem Drucksensor 168 und der Spannung, die auf die Wicklung 158
beaufschlagt werden soll, um so den Druck zu reduzieren, zusammengesetzt sind.
Figur 15 zeigt eine graphische Ansicht, die das Spannungsignalerfordernis
darstellt, um eine erwünschte Kraftstoffströmung zu liefern, und Figur 16
stellt die Menge einer Kraftstoffströmung, die erforderlich ist, dar, und
wobei beide Kurven zu einer Motorgeschwindigkeit und Motorbelastung in
Bezug gesetzt sind. Es wird aus diesen Figuren ersichtlich werden, daß
die Referenzspannung innerhalb des Bereichs von 0,47 Volt bis 4,8 Volt
variiert, und dann der Kraftstoffdruck, der zu der
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 45 zugeführt wird, innerhalb des Bereichs von 83,5 Kilogramm
pro Quadratzentimeter bis 300 Kilogramm pro Quadratzentimeter variieren
wird.
-
Grundsätzlich ist die Art und Weise, in der die CPU 48 den erwünschten
Druck erreicht, diejenige, eine Tabelle von Referenzspannungen zu haben,
die den geeigneten Druck für einen vorgegebenen Maschinenlaufzustand
angibt, wie beispielsweise eine Belastung und eine Geschwindigkeit. Diese
Referenzspannung V&sub2; wird dann mit der Spannung V&sub1;, die einen
tatsächlichen Kraftstoffdruck darstellt, verglichen, und falls der tatsächliche
Kraftstoffdruck höher als die Referenzspannung ist, wird die Wicklung 158
erregt, um so den Druck zu reduzieren. Das Steuerprogramm ist so, wie es
in Figur 17 dargestellt ist, wobei das Programm startet und dann zu dem
Schritt S1 übergeht, um den tatsächlichen Kraftstoffdruck in der
Kolbenbohrung 61 durch das Ausgangssignal von dem Drucksensor 168 zu ermitteln.
Dieses Signal wird dann an dem Schritt S2 in einen Spannungswert
konvertiert. Das Programm geht dann zu dem Schritt S3 über, um die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit und Motorbelastung zu bestimmen, und gibt dann den
Standard V&sub2; an dem Schritt S4 aus.
-
Das Programm bewegt sich dann zu dem Schritt S5, um zu bestimmen, ob V&sub1;
größer als der Standard oder die erforderliche Spannung V&sub2; ist. Falls
dies der Fall ist, geht das Programm zu dem Schritt S6 über, um die
Wicklung 158 zu erregen und das Entlastungsventil 46 zu öffnen, um den Druck
abzusenken. Falls allerdings an dem Schritt S5 bestimmt wird, daß der
Druck nicht größer als der Standardreferenzdruck ist, wiederholt sich das
Programm.
-
Figur 18 zeigt eine graphische Darstellung, die die Bewegung des
Kolbens 37, das Verhältnis der Bewegung des Kolbens 37 und die ermittelte
Spannung V&sub1; und deren Verhältnis zu der erwünschten Spannung V&sub2;
darstellt. Die Kurve B stellt das Verhältnis während des Steuervorgangs dar.
Wie ersichtlich werden kann, wird, wenn die ermittelte Spannung die
Referenzspannung übersteigt, ein Impuls zum Antreiben des
Entlastungsventils erzeugt, und der Druck wird dann abfallen. Wenn der Druck unterhalb
der Standardspannung V&sub2; abfällt, wird das Entlastungsventil 46 entregt,
bis der Druck wieder oberhalb der Referenzspannung V&sub2; ansteigt, so daß
die Erregung der Wicklung 158 und eine erneute Öffnung des
Entlastungsventils 46 erforderlich ist. Es wird ersichtlich werden, daß dann, wenn
die Einspritzeinrichtung 45 einspritzt, der Kraftstoffdruck abfallen
wird, und während dieser Zeit wird das Entlastungsventil 46 wieder
geschlossen.
-
Deshalb sollte leicht ersichtlich werden, daß die beschriebene Anordnung
sehr effektiv bei der Steuerung der Menge der Kraftstoffabgabe nicht nur
durch die Verwendung der gesteuerten Kraftstoffeinspritzeinrichtung 45
ist, sondern auch durch Regulierung des Drucks des Kraftstoffs, der zu
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 45 zugeführt wird. Als Folge können
extrem gute Laufbedingungen erreicht werden.
-
Mit dem Aufbau, der bis jetzt beschrieben ist, wird eine extrem gute
Kraftstoffeinspritzsteuerung geliefert. Ein Maschinenlauf kann unter
allen Bedingungen aufgrund Verwendung des Druckregulators, einschließlich
des Entlastungsventils 46, und seiner Steuerung, wie dies zuvor
beschrieben worden ist, stabilisiert werden. Unter einigen Bedingungen allerdings
kann die Notwendigkeit einen vollständigen Druck erzeugen, bevor das
Entlastungsventil geöffnet wird, hohe Antriebsbelastungen erzeugen und
den Leistungsabtrieb der Maschine verringern. Deshalb sind verschiedene
Zustände vorhanden, wo es wünschenswert sein könnte, weiterhin den
maximalen Druck, der durch die Pumpe entwickelt wird, zu beschränken.
Allerdings entsteht eine Gefahr, wenn eine solche Druckbegrenzungsanordnung
eingesetzt wird. Falls die Druckbegrenzungsanordnung in ihrem Betrieb
ausfällt und dahingehend wirkt, die Erzeugung eines Drucks zu verhindern,
wird die Kraftstoffeinspritzeinrichtung nicht mit einem ausreichenden
Kraftstoff versorgt werden, um einen Lauf unter irgendeinem Zustand zu
liefern. Demzufolge ist es erwünscht, einen größeren Kraftstoffdruck
während des Startens und auch unter einem maximalen Belastungszustand zu
liefern.
-
Deshalb wird ein weiteres Freigabesystem vorgesehen, das im größten
Detail in Figur 21 dargestellt ist, das dahingehend wirksam ist, den Druck
zu reduzieren und das insbesondere in dem Fall eines gewissen Ausfalls
noch einen ausreichenden Kraftstoffdruck zuführen würde. Anhand der
Figur 21 wird ersichtlich werden, daß der Kolbenkörper 59 mit dem
vorstehend angegebenen Freigabekanal 49 versehen ist, der die Bohrung 61 an
einem Punkt S&sub2; unterhalb des Totpunkthubs S des Kolbens 57 schneidet.
Der Entlastungskanal 49 erscheint auch teilweise in angedeuteten Linien
in Figur 2 und in Figur 1, um die Orientierung relativ zu dem gesamten
Mechanismus darzustellen. Der Entlastungskanal 49 ist allgemein an einer
Stelle positioniert, die ungefähr der Hälfte des Hubs S des Kolbens 57
entspricht.
-
Der Freigabekanal 49 steht mit der Kraftstoffdruckrückführleitung 52 in
Verbindung und diese Verbindung wird durch das vorstehend angegebene
Löseventil 51 gesteuert, das von irgendeinem bekannten Typ sein kann und
allgemein ein Auf/Zu-Ventil aufweist. Das Entlastungsventil 51 wird
normalerweise durch die CPU 48 so gesteuert, um während des Startens der
Maschine und zu dem Zeitpunkt, zu dem die Maschine eine maximale
Geschwindigkeit und ein maximales Drehmoment erreicht, geschlossen zu sein.
Unter Zuständen, die anders sind als diese, bestimmt die CPU 48 die
Anzahl der Impulse, die zu dem Solenoid 47 hin erzeugt werden, um das
Entlastungsventil 46 zu öffnen und zu schließen, und falls diese Anzahl der
Öffnungen anzeigt, daß eine höhere Druckentlastung erforderlich ist, wird
das Lösungsventil 51 geöffnet, um so weiterhin den Druck zu reduzieren.
Ein Plan kann erzeugt werden, um diese Betriebsweise zu liefern.
-
Die CPU 48 arbeitet dann in dem Programm, das in Figur 22 dargestellt
ist, um zu dem Schritt S1 zu gehen, um die Anzahl oder Male, für die der
Solenoid 47 innerhalb einer vorgegebenen Zeitperiode erregt worden ist,
zu ermitteln. Ein Vergleich wird an dem Schritt S2 vorgenommen, um zu
bestimmen, ob die Betriebsweise derart ist, daß eine Öffnung des
Entlastungsventils erforderlich ist, und falls dies der Fall in dieser
Zeitperiode ist, geht das Programm zu einem Schritt S3 über, um die Zeit
einer Öffnung des Entlastungsventils 51 zu bestimmen, um die erwünschte
Druckreduzierung zu erhalten.
-
Der Effekt der Öffnung des Ventils 51 ist in Figur 23 dargestellt, wo die
Kraftstoffabgabemenge in Bezug auf den Hub des Kolbens gezeigt ist. Zu
einer Zeit T, wenn bestimmt wird, das Entlastungsventil 51 zu öffnen,
wird der Druckaufbau angehalten, und wenn sich der Kolben an der
Entlastungsöffnung 149 vorbeibewegt, wird der Druck erneut aufgebaut, so daß
der Druck der Kurve in der durchgezogenen Linie folgt, im Gegensatz zu
der Kurve B, die dann existieren würde, wenn sich das Löseventil 51 nicht
öffnen wird. Die Kurve C stellt dar, daß dann, wenn das Löseventil 51
fehlerhaft arbeitet und offen zu allen Zeitpunkten verbleibt, der
Kolben 37 noch einen gewissen Druck aufgrund der Positionierung der
Öffnung 175 erzeugen wird, und eine Menge eines Kraftstoffs Q wird noch zu
der Einspritzeinrichtung 45 zugeführt werden, um sicherzustellen, daß die
Maschine noch adäquat laufen wird.
-
Deshalb ist das Löseventil 51 beim Vermeiden der Erzeugung eines unnötig
hohen Drucks in dem Pumpsystem nützlich und wird die Leistung, die
erforderlich ist, um die Kraftstoffpumpe und insbesondere die
Hochdruckpumpe 36 anzutreiben, reduzieren.
-
Die Figuren 24 und 25 stellen einen unterschiedlichen Typ eines
Steuerprogramms für das Entlastungsventil dar, das nicht die Ermittlung der
Anzahl der Pulsierungen der Betätigung des Entlastungsventils 46
erfordert. In dieser Ausführungsform ist die CPU 48 so programmiert, um den
Laufzustand der Maschine zu ermitteln, wenn eine Öffnung des
Löseventils 51 erwünscht sein wird. Gemäß diesem Programm geht, wenn das System
startet, es zu dem Schritt S1, wo die CPU 48 eine
Maschinengeschwindigkeit und -belastung berechnet. Das Programm geht dann zu dem Schritt S2
über, um zu bestimmen, ob das Löseventil 51 geöffnet werden sollte, und
falls dies der Fall ist, geht es zu dem Schritt S3 über, um tatsächlich
das Löseventil 51 zu öffnen und die Zeitabstimmung seiner Öffnung
einzustellen.
-
Das Verhältnis der Öffnung des Löseventils relativ zu der
Maschinengeschwindigkeit und -belastung ist in Figur 25 dargestellt.
-
Die Figuren 26 und 27 stellen eine andere Anordnung zur Betätigung des
Druckentlastungsventils 46 dar. In dieser Ausführungsform sind die
Spannungsimpulse zum Bewirken des Betriebs des Entlastungsventils 46 durch
Erregung des Solenoid 47 im wesentlichen dieselben, wie dies in Figur 18
dargestellt ist. Allerdings ist, wie in Figur 27 dargestellt ist, der
wirkliche Effekt einer Hysterese dargestellt, die die Verzögerung bei der
tatsächlichen Öffnung und Schließung des Ventils aufgrund der Hysterese
in dem System darstellt. Der Solenoid 47 wird an einem Punkt erregt, wenn
die ermittelte Spannung V&sub3; größer als der vorbestimmte Wert V&sub2; ist,
und entregt, wenn die ermittelte Spannung V&sub3; geringer als der
vorbestimmte Wert V&sub1; ist. Ein Vorteil dieser Ausführung ist es, in der Lage
zu sein, den Betrieb des Solenoid 47 herabzusetzen. Deshalb besitzt sie
einen guten Effekt bei der Herabsetzung einer Abnutzung der sich
bewegenden Teile.
-
Ein anderes Verfahren zur Steuerung ist in Figur 28 dargestellt. Bei
diesem Verfahren wird die Spannung nicht kontinuierlich, wie in den
vorherigen Ausführungsformen, ermittelt. Auch wird der Druck durch Variieren
des Arbeitszyklus des Solenoid 47 gesteuert. Der Druck (die Spannung)
wird zu zwei Zeitpunkten T&sub1; und t&sub2;, die voneinander durch die
Zeitperiode T beabstandet sind, ermittelt.
-
Es sollte schließlich aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein,
daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ein extrem
effektives Kraftstoffeinspritzsystem liefern, wobei die Menge einer
Kraftstoffzuführung akkurat gesteuert werden kann. Zusätzlich wird diese
Steuerung in einer solchen Weise erreicht, um einen maximalen
Leistungsabtrieb sicherzustellen.