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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Kraftstoffzuführvorrichtung mit variabler Abgabe, welche beispielsweise in einer Zylindereinspritzung einer inneren Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffzuführvorrichtung mit variabler Abgabe, welche ein elektromagnetisches Ventil aufweist, das in einem Ölerleichterungsdurchgang angeordnet ist und für eine vorbestimmte Zeitperiode während eines Ausgabe- oder Ausgangshubs einer Kraftstoffpumpe geöffnet werden kann, um dadurch die Abgabe oder den Auslass der Menge des Kraftstoffs zu kontrollieren bzw. zu steuern.
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Stand der Technik
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Zum besseren Verständnis des Konzepts der vorliegenden Erfindung wird nun eine herkömmliche Kraftstoffversorgungsvorrichtung mit variabler Abgabe beschrieben, welche bis jetzt bekannt ist. 9 der anhängigen Zeichnungen zeigt ein Schaltkreisdiagramm eines Kraftstoffzuführsystems, welches eine Kraftstoffzuführvorrichtung 100 mit variabler Abgabe aufweist. Bezug nehmend auf die Figur weist die Kraftstoffzuführvorrichtung 100 mit variabler Ausgabe einen Niederdruckdämpfer 2 auf, welcher in Verbindung mit einem Niederdruckkraftstoffsaugdurchlass 1 zur Absorbierung der Pulsation eines Niederdruckkraftstoffflusses (d. h. des Kraftstoffflusses mit niedrigem Druck) angeordnet ist, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4 zum Unterdrucksetzen eines Niederdruckkraftstoffes, welcher von dem Niederdruckdämpfer 2 zur Ausgabe des Kraftstoffes in einen Hochdruckkraftstoffausgabedurchlass 3 unter Druck gesetzt wird, ein Kraftstoffdruckhalteventil 5 zum Halten eines Drucks des Kraftstoffs, welcher durch den Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 unter einem Hochdruck fließt, einen Ölerleichterungsdurchgang 5, welcher in Verbindung mit einem Sauganschluss der Kraftstoffpumpe 4 und einer Druckkammer davon vorgesehen ist, ein elektromagnetisches Ventil 7 (welches ebenso als Solenoidventil bezeichnet werden kann), welches in dem Ölerleichterungsdurchgang 6 angeordnet ist und für eine vorbestimmte Zeitperiode während des Auslasshubs der Kraftstoffpumpe 4 zur Anpassung oder Regulierung der Menge des Kraftstoffausstoßes der Kraftstoffpumpe 4 geöffnet werden kann, und eine Steuereinheit 8, welche zum Steuern der Ventilöffnungszeiten des elektromagnetischen Ventils 7 vorgesehen ist. Die Kraftstoffpumpe 4 weist ein Saugventil 4a und ein Ausstoßventil 4b auf.
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Auf der anderen Seite sind als umgebende Komponenten der Kraftstoffzuführvorrichtung 100 mit variablem Ausgang vorgesehen: ein Kraftstofftank 10, eine Niederdruckkraftstoffpumpe 11, welche innerhalb des Kraftstofftanks 10 angeordnet ist, ein Niederdruckregulator 12, welcher in der Niederdruckkraftstoffsaugleitung 1 angeordnet ist, durch welche der Niederdruckkraftstoff von der Niederdruckkraftstoffpumpe 11 ausgegeben wird, um den Druck des Kraftstoffflusses zu stabilisieren, ein Erleichterungsventil 15, welches in einer Drainageleitung 14 angeordnet ist, die von der Hochdruckkraftstoffzuführpassage 3 an einem Zweigabschnitt 13 abgezweigt ist, und Kraftstoffeinspritzventile 18, welche an einer Ausgabeleitung 17 angeordnet sind, die mit der Hochdruckkraftstoffzuführpassage 3 verbunden ist, sowie ein Filter 19, welcher in der Drainageleitung 14 an einer entsprechenden Stelle davon angeordnet ist.
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Beim Betrieb der Kraftstoffzuführvorrichtung 100 mit variabler Abgabe und der vorstehend beschriebenen Struktur ist das Saugventil 4a der Kraftstoffpumpe 4 während des Saughubs geöffnet, um den Kraftstoff in die Druckkammer einzusaugen, wobei im Ausstoßhub das Ausstoßventil 4b geöffnet ist, wobei der Kraftstoff innerhalb der Druckkammer in die Ausstoßleitung 17 abgegeben wird, welche mit Kraftstoffeinspritzventilen 18 ausgestattet ist. Die Ölerleichterungspassage 6 ist bis zum Saugventil 4a der Kraftstoffpumpe 4 vorgesehen, um den Sauganschluss der Hochdruckkraftstoffpumpe 4 und die Druckkammer davon zu verbinden. Das Solenoidventil oder elektromagnetische Ventil 7, welches in der Ölerleichterungspassage 6 angeordnet ist, dient zur Justierung oder Regulierung der Menge des Ausstoßes der Kraftstoffpumpe 4 durch Öffnung für eine vorbestimmte Zeitdauer beim Durchlauf des Ausströmhubes der Kraftstoffpumpe 4. Die Steuereinheit 8 ist für die Steuerung der Ventilöffnungszeiten des elektromagnetischen Ventils 7 verantwortlich.
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10 ist ein Zeitabfolgediagramm zur Darstellung des Steuer- oder Antriebssignals, welches zu dem elektromagnetischen Ventil 7 von der Steuereinheit 8 zusammen mit den Saug-Ausgabehüben der Kraftstoffpumpe 4 vorgesehen ist. Bezüglich 10 ist der Kolbenhub entlang der Ordinate an einer oberen Reihe angetragen, in welcher die schraffierten Bereiche die Beträge oder Quantitäten des Kraftstoffs anzeigen, welcher von der Kraftstoffpumpe 4 ausströmt. Ferner ist entlang der Ordinate an einer unteren Reihe eine Wellenform eines elektromagnetischen Stromes angetragen, welcher zum Antrieb des elektromagnetischen Ventils 7 anliegt, das als ein normalerweise geschlossenes Ventil vorgesehen ist, welches wiederum geöffnet werden kann, d. h. eingeschaltet werden kann, wenn es elektrisch versorgt wird. Bei der herkömmlichen Kraftstoffzuführvorrichtung 100 mit variabler Ausgabe ist der Zeitpunkt zur Bestimmung der elektrischen Energie des Ventils 7 (d. h. der Zeitpunkt zum Schließen oder Abschalten des Ventils 7) auf einen festgelegten Zeitpunkt festgesetzt, wohingegen die Energieversorgung des Startpunktes (der Zeitpunkt, an dem das Ventil geöffnet oder eingeschaltet ist) relativ zu dem Saugausstoßhub der Kraftstoffpumpe 4 variabel festgelegt ist, um die Steuerung der Ausströmquantität davon zu bezwecken. Insbesondere in dem in 10 dargestellten Beispiel ist der Bestimmungszeitpunkt der elektrischen Energieversorgung (der Ventilschließzeitpunkt) am Ende des Ausstoßhubes festgesetzt (oder am Start des Saughubes, um es anders auszudrücken), wohingegen der Startzeitpunkt der elektrischen Energieversorgung (der Ventilöffnungszeitpunkt) während des Ausstromhubes variabel gesteuert ist.
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Im Allgemeinen ist der Öffnungs-Schließvorgang des elektromagnetischen Ventils oder Solenoidventils 7, welches als Antwort auf ein Steuersignal getriggert wird, das von einer Steuereinheit 8 ausgegeben wird, bei praktischen Anwendungen mit einer mehr oder weniger großen Zeitverzögerung verbunden. Dem entsprechend wird bei herkömmlichen Kraftstoffversorgungsvorrichtungen mit variabler Ausgabe die vorstehend erwähnte Zeitverzögerung, d. h. die Verzögerung der Antwort des elektromagnetischen Ventils 7, arithmetisch von einer Steuereinheit 8 im voraus geschätzt, und das elektromagnetische Ventil 7 wird unter Berücksichtigung der geschätzten oder erwarteten Zeitverzögerung angetrieben oder gesteuert. In diesem Zusammenhang ist es jedoch zu erwähnen, dass eine derartige Zeitverzögerung (Verzögerung der Antwort) in Abhängigkeit der Änderungen der Zuführspannung, der Umgebungstemperatur und anderer Faktoren variieren wird, wie beispielsweise der Herabsenkung der Zuführspannung, dem Anstieg der Umgebungstemperatur und/oder ähnlichem. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlich, dass die Kraftstoffsteuerung der Quantität der Ausgabe nicht einheitlich vorgenommen wird, was zu dem Problem führt, dass die Variation dazu führt, dass eine Veränderung des Kraftstoffdrucks innerhalb der Zuführleitung 17 auftritt und somit die Kraftstoffmenge variiert, welche durch die Kraftstoffeinspritzventile 18 eingespritzt wird. Um dieses Problem zu bewältigen, ist eine sehr komplizierte Steuerprozedur an die herkömmliche Kraftstoffzuführvorrichtung mit variabler Ausgabe anzupassen.
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DE 198 66 449 A1 offenbart eine Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang mit einer Kraftstoffpumpe und einen Entlastungsdurchgang, in dem ein Kraftstoffdrucksteuerventil angeordnet ist. Dieses wird während einer spezifischen Zeitdauer von dem mittleren Abschnitt des Entladetaktes zum Ende des Entladetaktes geöffnet.
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DE 38 85 689 T2 offenbart eine Hochdruckventilpumpe mit einem Solenoidventil, bei dem sowohl der Startzeitpunkt als auch der Endzeitpunkt relativ zum Nockenwinkel fest ist.
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DE 36 09 599 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Entregungszeit von elektromagnetischen Einrichtungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf den vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffzuführvorrichtung mit variabler Ausgabe bereitzustellen, welche zur Reduzierung oder Unterdrückung der Veränderung des Kraftstoffdruckes innerhalb der Ausgabeleitung und somit zur Reduzierung oder Unterdrückung der Veränderung der Menge des Kraftstoffs fähig ist, welcher durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, und welche es ermöglicht, dass das Steuerungsverfahren vereinfacht wird.
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Im Hinblick auf die vorstehende und andere Aufgaben, welche im Laufe der Beschreibung ersichtlich werden, ist gemäß einem allgemeinen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoffzuführvorrichtung mit variabler Abgabe vorgesehen, welche aufweist: eine Kraftstoffpumpe einschließlich eines Saugventils, welches während eines Saughubs zum Einsaugen von Kraftstoff in eine Druckkammer während der Hin- und Herbewegung eines Kolbens innerhalb eines Zylinders geöffnet werden kann, und einschließlich eines Ausstoßventils, welches während eines Ausstoßhubs zum Ausstoßen des Kraftstoffs von der Druckkammer in eine Hochdruckkraftstoffzuführpassage einer inneren Verbrennungskraftmaschine geöffnet werden kann, welche mit Kraftstoffeinspritzventilen während der Hin- und Herbewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders ausgestattet ist, eine Ölerleichterungspassage, die zwischen einem Sauganschluss der Kraftstoffpumpe und der Druckkammer über das Saugventil der Kraftstoffpumpe hinweg vorgesehen ist, so dass der Sauganschluss und die Druckkammer miteinander verbunden werden, ein elektromagnetisches Ventil, welches in der Ölerleichterungspassage angeordnet ist und für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Ausstoßhubs der Kraftstoffpumpe geöffnet werden kann, um dadurch eine Quantität des Kraftstoffausstoßes der Kraftstoffpumpe zu steuern, und eine Steuereinheit, um die Zeitabfolge bzw. das Teilnehmen zu steuern, in welcher das elektromagnetische Ventil geöffnet ist, wobei die Steuereinheit derart gestaltet ist, dass sie den Öffnungs- bzw. Schließvorgang des elektromagnetischen Ventils derart steuert, dass der Zeitpunkt zum Starten der elektrischen Energieversorgung des elektromagnetischen Ventils auf einen vorbestimmten Zeitpunkt bezüglich des Saug-Ausstoßhubes der Kraftstoffpumpe festgesetzt wird, wobei es möglich ist, einen Zeitpunkt zur Bestimmung der elektrischen Energieversorgung zu variieren, um dadurch die Menge des Kraftstoffausstoßes der Kraftstoffpumpe zu steuern.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Anordnung kann die Variation des Kraftstoffdrucks in der Ausgabeleitung und somit die Veränderung der Kraftstoffmenge, welche durch ein Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, effektiv unterdrückt werden. Ferner ist die Antwortzeit des elektromagnetischen Ventils weniger für den Einfluss der Verminderung der Versorgungsspannung, den Anstieg der Umgebungstemperatur und ähnliche Faktoren empfänglich. Anders ausgedrückt, kann ein stabilisiertes Antwortverhalten oder eine Performance des elektromagnetischen Ventils unter im Wesentlichen jeglichen Bedingungen sichergestellt werden. Da zusätzlich die Verzögerung der Antwort im Wesentlichen unabhängig von den Bedingungen konstant bleibt, wie beispielsweise vorstehend erwähnt, kann das Steuerverfahren sehr stark vereinfacht werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung kann das elektromagnetische Ventil als ein normalerweise geschlossenes Ventil ausgeführt sein, welches derart gestaltet ist, dass es geöffnet ist, wenn es elektrisch mit Energie versorgt wird.
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Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung kann die Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der Erfindung auf den Einfluss der Veränderung der Antwortzeit starker unanfällig gemacht werden, wodurch eine weiter gesteigerte Stabilisierung für das Antwortverhalten der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausstoß sichergestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das elektromagnetische Ventil bevorzugterweise ein Ventilelement aufweisen, welches einem Hochdruck in einer Richtung rechtwinklig zu einer axialen Richtung einer Ventilschließfeder unterworfen wird.
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Aufgrund der vorstehenden Anordnung kann das Antwortverzögerungsverhalten des elektromagnetischen Ventils stabilisiert werden, wobei das Antwortverhalten der Kraftstoffzuführeinrichtung mit variablem Ausgang ferner stabilisiert und verbessert werden kann. Ferner kann die Zeitdauer der elektrischen Energieversorgung des elektromagnetischen Ventils relativ zu dem Saug-Ausstoßhub verkürzt werden, wobei der Unterdrückungseffekt des Spulentemperaturanstiegs und auch der Reduzierungseffekt des Leistungsverbrauchs signifikant gesteigert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit vorzugsweise derart zu gestalten, dass ein Antriebsstrom des elektromagnetischen Ventils auf einen hohen Pegel gesteigert wird, unmittelbar, nachdem die elektrische Energieversorgung des Ventils gestartet worden ist, wobei der Antriebsstom des elektromagnetischen Ventils auf einen niedrigen Pegel gehalten wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Start der elektrischen Energieversorgung verstrichen ist.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen Merkmale kann die elektrische Energie reduziert werden, mit welcher das elektromagnetische Ventil versorgt wird, wobei nicht nur der Temperaturanstieg des Solenoids oder der Spule effektiv unterdrückt werden kann, sondern auch der Leistungs- bzw. Stromverbrauch positiv reduziert werden kann, um weitere vorteilhafte Effekte zu bewirken.
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Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter verständlich werden, wenn die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, welche lediglich als Beispiele zu verstehen sind, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Verlauf der Beschreibung wird im Folgenden Bezug auf die folgenden Zeichnungen genommen. Es zeigt:
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1 ein Schaltkreisdiagramm eines Kraftstoffversorgungssystems, welches mit einer Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausstoß gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
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2 eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang darstellt;
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3 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Kraftstoffzuführvorrichtung, wie durch den Kreis A mit gestrichelter Linie in 2 angezeigt;
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4 eine grafische Ansicht, welche eine Wellenform eines Antriebsstroms des elektromagnetischen Ventils und ein Antwortverzögerungsverhalten des elektromagnetischen Ventils darstellt;
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5 eine grafische Ansicht, welche eine Wellenform eines Antriebsstroms für das elektromagnetische Ventil und ein Antwortverzögerungsverhalten des elektromagnetischen Ventils in dem Fall darstellt, in dem eine Spannungsversorgung zu dem Ventil im Verhältnis zu dem Fall niedrig ist, welcher in 4 dargestellt ist;
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6 ist ein Zeitabfolgediagramm zur Darstellung der Steuerung des Antriebssignals, welches dem elektromagnetischen Ventil von einer Steuereinheit zugefügt wird, zusammen mit den Saug-Ausstoßhüben einer Hochdruckkraftstoffpumpe, welche einen Hauptteil der Kraftstoffversorgungsvorrichtung darstellt;
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7 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffversorgungsvorrichtung mit variablem Ausstoß gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
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8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Kraftstoffversorgungsvorrichtung, wie durch die gestrichelte Linie und den Kreis B in 7 dargestellt;
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9 ein Schaltkreisdiagramm eines Kraftstoffversorgungssystems, welches eine herkömmliche Kraftstoffversorgungsvorrichtung mit variablem Ausgang aufweist; und
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10 ein Zeitabfolgediagramm zur Darstellung eines Steuer- oder Antriebssignals, welches einem elektromagnetischen Ventil einer Kraftstoffversorgungsvorrichtung von einer Steuereinheit zugeführt wird, und zwar zusammen mit Saug-Ausstoßhüben der Kraftstoffzuführvorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit den als bevorzugten oder typischen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten.
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Ausführungsform 1
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1 zeigt ein Blockschaltdiagramm, welches eine Anordnung des Kraftstoffversorgungssystems darstellt, das eine Kraftstoffversorgungsvorrichtung 101 mit variablem Ausgang gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Bezug nehmend auf auf 1, weist die Kraftstoffversorgungsvorrichtung 101 mit variablem Ausgang auf: einen Niederdruckdämpfer 2, welcher in Verbindung mit einem Niederdruckkraftstoffsaugdurchgang 1 zur Absorbierung der Pulsation eines Kraftstoffstromes vorgesehen ist, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4 zum Unterdrucksetzen des Niederdruckkraftstoffes, welcher von dem Niederdruckdämpfer 2 zugeführt wird, um dabei den unter Druck gesetzten Kraftstoff in einen Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 zu entlassen, ein Kraftstoffdruckhalteventil 4 zum Halten des Drucks eines Hochdruckkraftstoffs, welcher durch den Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 fließt, einen Ölerleichterungsdurchgang 6, welcher zur Verbindung mit einem Sauganschluss der Kraftstoffpumpe 4 und einer Druckkammer über ein Saugventil 4a vorgesehen ist, ein elektromagnetisches Ventil oder Solenoidventil 7, welches in dem Ölerleichterungsdurchgang 6 zur Anpassung oder Regulierung der Ausströmmenge der Kraftstoffpumpe 4 durch Öffnen für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Ausströmhubs der Kraftstoffpumpe 4 angeordnet ist, und eine Kontroll-/Steuereinheit 108, um die Öffnungszeiten des elektromagnetischen Ventils 7 zu kontrollieren/steuern. Die Kraftstoffpumpe 4 enthält ein Saugventil 4a und ein Ausströmventil 4b.
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Auf der anderen Seite sind als periphere Komponenten der Kraftstoffversorgungsvorrichtung 101 mit variablem Ausgang vorgesehen: der Kraftstofftank 10, welcher eine darin angeordnete Niederdruckkraftstoffpumpe 11 aufweist, ein Niederdruckregulator 12, welcher in dem Niederdruckkraftstoffsaugdurchgang 1 angeordnet ist, durch welchen der Kraftstoff von der Niederdruckkraftstoffpumpe 11 ausströmt und dazu gezwungen wird, mit einem niedrigen Druck zu strömen bzw. zu fließen, der Regulator 12, welcher für eine Stabilisierung des Druckpegels des Niederdruckkraftstoffflusses sorgt, ein Erleichterungsventil 15, das in einer Drainageleitung 14 angeordnet ist, die von dem Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 an einen Abzweigabschnitt 13 abzweigt, und Kraftstoffeinspritzventile 18, die in einer Zuführleitung 17 angebracht sind, welche mit dem Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 verbunden ist, und ein Filter 19, der an einer vorbestimmten Stelle vorgesehen ist.
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Beim Betrieb der Kraftstoffversorgungsvorrichtung 101 mit variablem Ausgang, welche die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, ist das Saugventil 4a der Kraftstoffpumpe 4 während des Saughubs geöffnet, um den Kraftstoff in die Druckkammer zu saugen, wohingegen im Ausströmhub das Ausströmventil 4b geöffnet ist, wobei der Kraftstoff innerhalb der Druckkammer in die Zuführleitung 17 ausströmt, welche mit Kraftstoffeinspritzventilen 18 ausgestattet ist. Der Ölerleichterungsdurchgang 6 ist über das Saugventil 4a der Kraftstoffpumpe 4 zur Verbindung des Sauganschlusses der Hochdruckkraftstoffpumpe 4 und der Druckkammer davon vorgesehen. Das elektromagnetische Ventil oder Solenoidventil 7, welches in dem Ölerleichterungsdurchgang 6 angeordnet ist, dient zur Justierung oder Regulierung der Kraftsstoffausströmmenge der Kraftstoffpumpe 4 durch Öffnen für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Ausströmhubes der Kraftstoffpumpe 4. Die Steuereinheit 108 ist für die Steuerung der Ventilöffnungszeit des elektromagnetischen Ventils 7 verantwortlich.
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2 ist eine Schnittansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffversorgungsvorrichtung 101 mit variablem Ausgang darstellt, und 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, welcher durch einen Kreis A mit gestrichelter Linie in 2 angezeigt ist. Wie aus der Figur ersichtlich, ist das Saugventil 4a in dem Niederdruckkraftstoffsaugdurchgang 1 der Kraftstoffpumpe 4 angeordnet. Andererseits ist das Ausströmventil 4b in dem Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 angeordnet. Der Kraftstoff, welcher in das Saugventil 4a eintritt oder durch dieses eingesaugt wird, wird innerhalb der Druckkammer 4e unter Druck gesetzt, welche von einem Zylinder 4c und einem Kolben 4d gebildet ist, um auf diese Weise durch das Ausströmventil 4b ausgetragen zu werden.
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Die Druckkammer 4e der Kraftstoffpumpe 4 kommuniziert mit dem Niederdruckkraftstoffsaugdurchgang 1 mittels dem Ölerleichterungsdurchgang 6, welcher über das Saugventil 4a hinweg vorgesehen ist. Das elektromagnetische Ventil 7 ist in einem mittleren Abschnitt des Ölerleichterungsdurchgangs 6 angebracht.
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Das elektromagnetische Ventil 7 enthält ein Ventil 7b mit einem Ventilelement 7a, das an einem Spitzenabschnitt des Ventils 7b zum Öffnen/Schließen des Ölerleichterungsdurchgangs 6 angebracht ist. Das Ventil 7b ist bewegbar in axialer Richtung gelagert, wobei das Ventilelement 7a an dem Spitzenende angebracht ist und wahlweise zu oder von einem Ventilblatt 6 bewegt wird, um dabei den Ölerleichterungsdurchgang 6 zu schließen oder zu öffnen. Ein Anker 7c, welcher aus einem magnetischen Material gebildet ist, ist integriert an dem rückwärtigen Endabschnitt des Ventils 7b vorgesehen. Das Ventil 7b ist herkömmlicherweise oder normalerweise mittels einer Ventilschließfeder 7d in einer Richtung federnd beaufschlagt, um den Ölerleichterungsdurchgang 6 zu schließen.
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Das elektromagnetische Ventil 7 enthält ferner einen Kern 7e und ein Solenoid oder eine Spule 7f, welche um den Kern 7 gewickelt ist. Wenn die Spule 7f elektrisch mit Energie versorgt wird, wird eine magnetische Kraft im Kern 7e erzeugt, um den Anker 7c magnetisch anzuregen. Dann wird das Ventil 7e dazu gedrängt, sich gegen die Federkraft der Ventilschließfeder 7d zu bewegen, wobei der Ölerleichterungsdurchgang 6 geöffnet wird. Im Gegensatz dazu wird der Ölerleichterungsdurchgang 6 geschlossen, wenn die Spule 7f nicht mehr elektrisch mit Energie versorgt wird.
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4 ist eine grafische Ansicht, welche eine Wellenform eines Antriebsstroms des elektromagnetischen Ventils und die Ventilantwortverzögerungen darstellt. Ferner ist 5 eine Ansicht zur grafischen Darstellung eines Antriebsstroms für das elektromagnetische Ventil und die elektromagnetische Ventilantwortverzögerung in dem Fall, in dem die Versorgungsspannung gering ist. In beiden Figuren ist die Antriebsstromwellenform im oberen Figurenteil gezeigt, wohingegen der Hub des elektromagnetischen Ventils schematisch im unteren Teil dargestellt ist.
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In dem Fall, in dem das elektromagnetische Ventil in der vorstehend beschriebenen Struktur eingesetzt ist, wird im Allgemeinen relativ viel Zeit zum Anstieg des Antriebsstroms auf einen Strompegel oder Stromwert benötigt (Dichte des magnetischen Flusses), welcher zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils erforderlich ist, wenn das elektromagnetische Ventil elektrisch mit Energie versorgt wird. In ähnlicher Weise ist ebenso viel Zeit zum Absenken des Antriebsstroms auf einen Strompegel erforderlich (Dichte des magnetischen Flusses), um das elektromagnetische Ventil zu öffnen. Es ist ferner zu erwähnen, dass in dem Zustand, in dem das elektromagnetische Ventil geschlossen ist, ein relativ großer Abstand zwischen dem Anker 7c und dem Kern 7e besteht. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den magnetisch angeregten Oberflächen ist zu dem Zeitpunkt erheblich groß, wenn die elektrische Energieversorgung des elektromagnetischen Ventils begonnen wird (d. h. wenn die Ventilöffnung gestartet wird), wobei als Folge davon ein relativ großer Strom zum Öffnen des elektromagnetischen Ventils erforderlich ist. Wenn das elektromagnetische Ventil jedoch auf der anderen Seite geschlossen werden soll (d. h. durch elektrische Energieversorgung des Ventils), ist der Abstand zwischen den vorstehend erwähnten, magnetisch wirksamen Oberflächen gering, was bedeutet, dass ein Strom mit relativ geringem Wert ausreichend ist, um das elektromagnetische Ventil zu schließen.
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Unter diesen Umständen, und mit dem Ziel, die Verzögerung der Antwort des elektromagnetischen Ventils zu verhindern und den Betriebsstrom und folglich eine Wärmeerzeugung zu reduzieren, ist eine derartige Steuerung dazu ausgelegt, den Antriebsstrom des elektromagnetischen Ventils beim/nach dem Starten der elektrischen Energieversorgung auf einen hohen Pegel zu setzen und abzusenken, nachdem das elektromagnetische Ventil geöffnet worden ist. In diesem Zusammenhang wird auf die Wellenform des Antriebsstroms Bezug genommen, welche in 4 gezeigt ist. Ferner ist aus 4 ersichtlich, dass eine größere Verzögerung der Antwort bei der elektrischen Energieversorgung involviert ist, welche, wie vorstehend erwähnt, einen großen Strom erforderlich macht, verglichen mit dem Fall, in welchem die elektrische Energieversorgung gestoppt wird. Wenn die Spannungsversorgung niedrig wird, nimmt darüber hinaus die Verzögerung der Antwort zu, welche beim Öffnen des elektromagnetischen Ventils auftritt, wie aus 5 ersichtlich. Jedoch bleibt in diesem Fall die Verzögerung der Antwort im Wesentlichen unverändert, welche in dem Ventilschließvorgang auftritt. In diesem Zusammenhang sollte es erwähnt werden, dass die Verzögerung der Antwort, welche in dem Ventilöffnungsvorgang auftritt, nicht nur zunimmt, wenn die Spannungsversorgung, wie vorstehend erwähnt, gering wird, sondern ebenso, wenn die Umgebungstemperatur steigt.
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6 zeigt ein Zeitabfolgediagramm zur Darstellung des Antriebssignals, welches dem elektromagnetischen Ventil 7 von der Steuereinheit 108 zugeführt wird, gemeinsam mit den Saug- und Ausstoßhüben der Kraftstoffpumpe 4. In 6 ist der Kolbenhub entlang der Ordinate in einer oberen Reihe dargestellt, in welcher die schraffierten Flächen jeweils die Beträge oder Mengen des Kraftstoffs anzeigen, welcher von der Kraftstoffpumpe 4 ausgestoßen wird. Ferner ist entlang der Ordinate in einer unteren Reihe eine Wellenform eines elektrischen Stroms angezeigt, welcher zum Antrieb des elektromagnetischen Ventils 7 anliegt, welches normalerweise als ein geschlossenes Ventil vorliegt, das derart gestaltet ist, dass es öffnet, wenn es elektrisch mit Energie versorgt wird. Bei der Kraftstoffzuführvorrichtung 101 mit variablem Ausstoß gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist der Startzeitpunkt der elektrischen Energieversorgung (der Ventilöffnungszeitpunkt) auf eine vorbestimmte Zeitabfolge festgelegt, wohingegen der Endzeitpunkt der elektrischen Energieversorgung (der Ventilschließzeitpunkt) bezüglich zu dem Saug-Ausstoßhub der Kraftstoffpumpe 4 variabel festgelegt ist, um dadurch die Kraftstoffausstoßmenge der Kraftstoffpumpe 4 zu steuern. Insbesondere in dem Fall des Beispiels, welches in 6 dargestellt ist, ist der Startzeitpunkt der elektrischen Energieversorgung (der Ventilöffnungszeitpunkt) um das Ende des Saughubs herum fix festgelegt, wohingegen der Endzeitpunkt der elektrischen Energieversorgung (der Ventilschließzeitpunkt) während des Ausströmhubs variabel kontrolliert wird.
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Bei der Kraftstoffzuführvorrichtung 101 mit variablem Ausstoß, welche die vorstehend beschriebene Struktur aufweist, ist der Startzeitpunkt für die elektrische Energieversorgung des elektromagnetischen Ventils fix an dem Ende oder um das Ende des Saughubs herum festgelegt, wobei der Endzeitpunkt der elektrischen Energieversorgung variabel während des Ausstoßhubs kontrolliert bzw. festgelegt ist. Aufgrund dieses Merkmals kann die Antwortzeit des elektromagnetischen Ventils weniger empfänglich für den Einfluss der Absenkung der Versorgungsspannung, den Anstieg der Umgebungstemperatur und Ähnliches gemacht werden. Anders gesagt, kann ein stabilisiertes Antwortverhalten der Performance des elektromagnetischen Ventils unter im Wesentlichen allen Bedingungen sichergestellt werden.
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Wie vorstehend erwähnt, ist die Verzögerung der Antwort des elektromagnetischen Ventils auf die Bestimmung der elektrischen Stromversorgung im Verhältnis zur Verzögerung der Antwort gering, welche involviert ist, wenn die elektronische Stromversorgung selbst unter herkömmlichen, bevorzugten Bedingungen begonnen wird. Dem entsprechend kann eine stabilisierte Steuerung als Antwort auf das Antriebssignal der Steuereinheit 108 realisiert werden. Da die Verzögerung der Antwort im Wesentlichen konstant bleibt, unabhängig von den Bedingungen, wie sie oben erwähnt sind, kann das Steuerverfahren zusätzlich stark vereinfacht werden.
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Natürlich verändert sich die Verzögerung der Antwortzeit in Abhängigkeit von den Spezifikationen des elektromagnetischen Ventils und der Wellenform des Antriebsstroms. In diesem Zusammenhang wurde ein Experiment für Kraftstoffzuführvorrichtungen mit variablem Ausgang durchgeführt, welche gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung hergestellt worden sind. Es wurde herausgefunden, dass die Verzögerung der Antwortzeit auf das Starten der elektrischen Energieversorgung innerhalb des Bereichs von 1,0 ms bis 1,8 ms liegt, wenn die Spannungsversorgung abgesenkt wird oder wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Andererseits bleibt die Antwortrate bezüglich der Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung im Bereich von 0,5 ms bis 0,6 ms im Wesentlichen konstant.
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Wie nun aus dem Vorhergehenden ersichtlich ist, umfasst die Kraftstoffzuführvorrichtung 101 mit variablem Ausgang gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4, einschließlich eines Saugventils 4a, welches beim Saughub zum Einsaugen des Kraftstoffs in die Druckkammer 4a beim Vorgang der Hin- und Herbewegung des Kolbens 4d innerhalb des Zylinders 4c geöffnet ist, und ein Ausströmventil 4d, welches in dem Ausströmhub zum Ausströmen des Kraftstoffs von der Druckkammer 4e in den Hochdruckkraftstoffzuführdurchgang 3 eines Motors geöffnet ist, welcher mit elektromagnetischen Ventilen ausgestattet ist (beispielsweise Kraftstoffeinspritzventilen), einen Ölerleichterungsdurchgang 6, welcher zwischen dem Sauganschluss der Kraftstoffpumpe 4 und der Druckkammer 4e über das Saugventil 4a der Kraftstoffpumpe 4 hinweg vorgesehen ist, das elektromagnetische Ventil 7, welches in der Ölerleichterungspassage 6 angeordnet ist und für eine vorbestimmte Zeitdauer während des Ausströmhubes der Kraftstoffpumpe 4 geöffnet ist, um dadurch die Menge des Kraftstoffausstoßes der Kraftstoffpumpe 4 zu steuern, und die Steuereinheit 108, um den Zeitpunkt zu steuern, bei welchem das elektromagnetische Ventil geöffnet ist, wobei die Steuereinheit 108 so programmiert oder ausgestaltet ist, dass sie die Öffnungs-/Schließvorgänge des elektromagnetischen Ventils steuert, so dass der Zeitpunkt zum Starten der elektrischen Energieversorgung fix auf einen vorbestimmten Zeitpunkt bezüglich des Saug-Ausströmhubes der Kraftstoffpumpe 4 festgelegt ist, während es möglich ist, dass der Zeitpunkt zur Beendigung der elektrischen Energieversorgung variabel ist, um dadurch die Menge des Kraftstoffausstroms von der Kraftstoffpumpe 4 zu steuern. Aufgrund dieses Merkmals kann die Variation des Kraftstoffdrucks in der Zuführleitung 17 und die Kraftstoffmenge, welche durch das Kraftstoffeinspritzventil 18 eingespritzt wird, effektiv unterdrückt werden. Ferner ist die Antwortzeit des elektromagnetischen Ventils bezüglich des Einflusses der Herabsenkung der Spannungszufuhr, dem Anstieg der Umgebungstemperatur und ähnlichen Faktoren weniger empfänglich. Mit anderen Worten, kann ein verbessertes, stabilisiertes Antwortverhalten oder eine Performance des elektromagnetischen Ventils im Wesentlichen unter jeglichen Bedingungen sichergestellt werden. Da die Verzögerung der Antwort unabhängig von den Bedingungen, welche vorstehend erwähnt worden sind, im Wesentlichen konstant bleibt, kann das Steuerverfahren zusätzlich stark vereinfacht werden.
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Das elektromagnetische Ventil 7 wird als ein normalerweise geschlossenes Ventil eingesetzt, welches als Antwort auf die elektrische Energieversorgung geöffnet wird. Daher kann die Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der Erfindung unempfänglicher bezüglich des Einflusses der Variation der Antwortzeit gemacht werden, wodurch ferner eine erhöhte Stabilisierung der Antwortperformance der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang realisiert werden kann.
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Darüber hinaus ist die Steuereinheit 108 derart gestaltet, dass der Antriebsstrom des elektromagnetischen Ventils auf einen höheren Pegel erhöht werden kann, unmittelbar, nachdem die elektrische Energieversorgung gestartet worden ist, wobei der Antriebsstrom des elektromagnetischen Ventils währenddessen auf einem niedrigen Pegel gehalten wird, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit dem Start der elektrischen Energieversorgung verstrichen ist. Aufgrund dieses Merkmales kann die elektrische Energie reduziert werden, welche dem elektromagnetischen Ventil zugeführt wird, wobei der Temperaturanstieg des Solenoids oder der Wicklung mit dem Leistungsverbrauch effektiv unterdrückt werden kann, welcher in positiver Weise reduziert wird und weitere vorteilhafte Effekte aufweist.
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Ausführungsform 2
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7 ist eine Schnittansicht, welche einen Hauptteil der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, welcher durch einen Kreis B mit gestrichelter Linie in 7 dargestellt wird. Die Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung weist ein Ventil 107b und einen Anker 107c auf, welcher integral mit dem Ventil 107b ausgebildet ist, wobei diese Teile jeweils im Wesentlichen in einer zylindrischen Form ausgebildet sind.
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Des Weiteren ist auch ein Ventilelement 107a im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt. Das zylindrische Ventilelement 107a ist dazu ausgelegt, sich von einem ebenen Ventilblatt 106a weg und zu diesem hin zu bewegen, um dadurch den Ölerleichterungsdurchgang 6 zu schließen und zu öffnen. Bezüglich weiterer Aspekte ist die Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform.
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Im Fall der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilelement einem Druck in axialer Richtung der Ventilschließfeder 7d ausgesetzt. Andererseits, im Falle der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der vorliegenden bzw. zweiten Ausführungsform der Erfindung, ist das Ventilelement 107a derart angeordnet, dass eine radial zu der axialen Richtung verlaufende Strömung des Kraftstoffs durch das Ventilelement 107a öffenbar und verschließbar ist, so dass der Kraftstoff bei geöffnetem Ventilelement 107a rechtwinklig zu der axialen Richtung der Ventilschließfeder 7d verläuft. Aufgrund dieser Anordnung kann das Antwortverzögerungsverhalten des elektromagnetischen Ventils oder Solenoidventils 7 weiter stabilisiert werden. Darüber hinaus kann das elektromagnetische Ventil bei der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer höheren Geschwindigkeit antworten, wenn diese mit derjenigen der Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der ersten Ausführungsform verglichen wird. Somit kann die Zeitdauer der elektromagnetischen Energieversorgung des elektromagnetischen Ventils während des Saug-Ausströmhubs vermindert werden, wobei der Effekt zur Unterdrückung des Anstiegs der Wicklungstemperatur und auch der Effekt zur Reduzierung des Stromverbrauchs signifikant erhöht werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben, weist die Kraftstoffzuführvorrichtung mit variablem Ausgang gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung das elektromagnetische Ventil 7 auf, welches das Ventil 107d enthält, das einem hohen Druck in der Richtung ausgesetzt ist, welche rechtwinklig zur Axialrichtung der Ventilschließfeder 7d verläuft. Aufgrund dieser Anordnung kann das Antwortverzögerungsverhalten des elektromagnetischen Ventils 7 stabilisiert werden, wobei die Stabilität der Antwortperformance der Kraftstoffversorgungsvorrichtung mit variablem Ausgang weiter gesteigert werden kann. Des weiteren kann die Zeitdauer der elektrischen Energieversorgung des elektromagnetischen Ventils 7 bezüglich derjenigen des Saug-Ausströmhubs vermindert werden, wobei der Effekt der Unterdrückung des Spulentemperaturanstiegs und auch der Effekt der Reduzierung des Stromverbrauchs signifikant gesteigert werden können.
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Viele Modifikationen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung sind im Hinblick auf die obigen Techniken möglich. Es ist daher ersichtlich, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche auch anders als hier speziell beschrieben durchgeführt werden kann.
