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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1, das nicht verbranntes Gas wie zum Beispiel Kohlenwasserstoffe (HC) zu einem Abgas einer Kraftmaschine zuführen kann.
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Aus der
US 6 363 315 B1 sind ein Steuerungssystem und –verfahren zum Schützen von elektronischen Schaltkreisen eines Motors vor thermischer Schädigung bekannt, die eine mit dem Motor gekoppelte elektronische Steuereinrichtung und einen oder mehrere mit der Steuereinrichtung gekoppelte Sensoren zum Eingeben mindestens eines eine Bedingung anzeigenden Signals umfasst, die der Temperatur der elektronischen Schaltkreise entsprechen kann.
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Aus der
DE 102 10 163 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Einspritzvorgang in wenigstens zwei Teileinspritzungen aufgeteilt ist.
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Aus der
JP H08-261 052 A ist ein Dieselmotor bekannt, in dem eine Katalysatorvorrichtung zum Reduzieren und Reinigen von NOx in einem Abgaskanal angeordnet ist, der mit einer Kraftstoffeinspritzungssteuerungseinrichtung mit einer ECU versehen ist, die eine Ausgabe eines Sensors zum Erfassen einer Abgastemperatur empfängt.
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Aus der
JP H10-252 544 A ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Es ist ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Zuführen von nicht verbranntem Gas zu einem Abgas einer Kraftmaschine bekannt, um einen Partikelfilter zu regenerieren, der in einem Abgaskanal angeordnet ist, oder um einen Katalysator schnell zu erwärmen, der in dem Abgaskanal angeordnet ist. Eine Technik zum Durchführen einer Nacheinspritzung nach einer normalen Einspritzung ist als eine Einrichtung zum Zuführen des nicht verbrannten Gases zu dem Abgas der Kraftmaschine bekannt. Zum Beispiel ist die normale Einspritzung eine einzige Einspritzung, die aus einer Haupteinspritzung besteht, oder sie ist eine Mehrfacheinspritzung als eine Kombination einer Voreinspritzung und der Haupteinspritzung. Die normale Einspritzung wird zum Erzeugen eines Kraftmaschinendrehmomentes durchgeführt. Zum Beispiel wird die Nacheinspritzung bei einem Kurbelwinkel von 20 bis 50° (20 bis 50°CA) nach einem oberen Totpunkt durchgeführt.
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Bei der Nacheinspritzung wird Kraftstoff während eines Expansionshubes der Kraftmaschine zugeführt. Daher wird die Verbrennung instabil und eine große Menge des nicht verbrannten Gases (HC) wird erzeugt. Das nicht verbrannte Gas wird in dem Partikelfilter oder in dem Katalysator gezündet, die in dem Abgaskanal angeordnet sind, und es regeneriert den Partikelfilter oder es erwärmt den Katalysator schnell.
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Eine Steuervorrichtung zum Steuern von Einspritzvorrichtungen hat eine Einspritzsteuereinrichtung und eine Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung. Die Einspritzsteuereinrichtung ist ein Teil einer Funktion einer elektronischen Steuereinheit (ECU). Die Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung ist ein Teil einer Funktion einer elektrischen Antriebseinheit (EDU), oder eine Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung. Die Einspritzsteuereinrichtung berechnet ein Einspritzmuster, eine Einspritzzeitgebung und eine Einspritzmenge oder eine Einspritzperiode entsprechend einem Betriebszustand der Kraftmaschine, und sie gibt Befehlssignale (Einspritzvorrichtungsantriebssignale) für jede Einspritzung ab. Die Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung führt eine Antriebsleistung einem Aktuator (zum Beispiel einem Elektromagnetventil) der Einspritzvorrichtung als Reaktion auf das Befehlssignal zu, das von der ECU abgegeben wird.
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Da die Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung eine Schaltung zum Zuführen eines elektrischen Antriebsstromes zu der Einspritzvorrichtung für jede Einspritzung ist, erzeugt die Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung eine große Wärmemenge. Daher ist eine Verminderung der Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung erforderlich. Insbesondere im Falle der Mehrfacheinspritzung und zum Durchführen von mehreren Kraftstoffeinspritzungen während eines Verdichtungshubes ist die Anzahl der Einspritzungen groß, so dass eine große Wärmemenge erzeugt wird.
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Außerdem zeigt die Anzahl der Einspritzungen eine positive Wechselwirkung mit der Kraftmaschinendrehzahl. Daher zeigt die durch die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung erzeugte Wärmemenge eine positive Wechselwirkung mit der Kraftmaschinendrehzahl. Dementsprechend erhöht sich die durch die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung erzeugte Wärmemenge, wenn sich die Kraftmaschinendrehzahl erhöht. In einigen Fällen wird die obere Grenze der Kraftmaschinendrehzahl durch die Wärmeerzeugungsgrenze der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung festgelegt.
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Wenn die Nacheinspritzung in einer Situation durchgeführt wird, bei der die Verminderung der Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung stark gefordert wird, dann ist eine Verminderung der Wärmeerzeugung aufgrund der Nacheinspritzung zusätzlich zu der Verminderung der Wärmeerzeugung aufgrund der normalen Einspritzung erforderlich. Daher ist es erforderlich, die Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung insbesondere in einer Zeitperiode zum Durchführen der Nacheinspritzung zu vermindern.
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Eine Technik zum Aussetzen der Einspritzung, falls der Betriebszustand der Kraftmaschine in einem bestimmten Bereich ist, in dem die Kraftmaschinendrehzahl hoch ist und in dem eine Last der Kraftmaschine gering ist, ist als eine Technik zum Unterdrücken der Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungseintriebseinrichtung bekannt, wie dies zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP H09-60 541 A offenbart ist. Eine Technik zum Aussetzen der Einspritzung, falls ein Common-Rail-Druck größer ist als ein Soll-Wert, und zwar um einen vorbestimmten Wert oder mehr, wenn die Kraftmaschine einen Beschleunigungszustand erreicht, ist als eine Technik zum Vermindern der Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung bekannt, wie dies zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentoffenlegungsschrift
JP H08-232 740 A offenbart ist.
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Jedoch werden die vorstehend genannten Techniken bei jenen Bedingungen durchgeführt, die ziemlich unterschiedlich von der Bedingung zum Durchführen der Nacheinspritzung sind. Daher können die Techniken die Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung in der Zeitperiode zum Durchführen der Nacheinspritzung nicht vermindern.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, das die Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung in einer Zeitperiode zum Durchführen einer Nacheinspritzung vermindern kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß implementiert eine Einspritzsteuereinrichtung eines Kraftstoffeinspritzsystems intermetierend ein Nacheinspritzaussetzmuster zum Aussetzen einer Abgabe eines Nacheinspritzbefehlssignals in einer Zeitperiode zum Durchführen eines Nacheinspritzbetriebes, der zum Zuführen von nicht verbranntem Gas zu einem Abgas einer Kraftmaschine durchgeführt wird, nachdem ein Normaleinspritzbefehlssignal abgegeben wurde.
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Somit wird die Nacheinspritzung in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes intermetierend ausgesetzt. Infolgedessen kann die Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes vermindert werden.
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Vorteile eines Ausführungsbeispiels werden ebenso wie die Betriebsweisen und die Funktion der dazugehörigen Bauteile aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich. Zu den Zeichnungen:
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1A zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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1B zeigt eine Querschnittsansicht einer Kraftstoffzuführungspumpe des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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1C zeigt eine Querschnittsansicht der Kraftstoffzuführungspumpe des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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2A zeigt eine Längsschnittansicht einer Einspritzvorrichtung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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2B zeigt eine Längsschnittansicht der Einspritzvorrichtung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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2C zeigt eine Längsschnittansicht der Einspritzvorrichtung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt eine Schaltungsansicht einer elektronischen Steuereinheit und einer Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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4A zeigt ein Zeitdiagramm eines Musters einer Einspritzrate, die durch das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel vorgesehen wird;
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4B zeigt ein Zeitdiagramm eines Musters von Einspritzraten, die durch ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem Stand der Technik vorgesehen werden;
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4C zeigt ein Zeitdiagramm eines Musters von Einspritzraten, die durch das Kraftstoffeinspritzsystem des Ausführungsbeispiels vorgesehen werden;
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5 zeigt ein Zeitdiagramm eines Verhaltens eines Common-Rail-Druckes und eines Kraftstoffdruckförderbetriebs einer Kraftstoffzuführungspumpe des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
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6 zeigt eine grafische Darstellung einer Wechselwirkung zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Wärmeerzeugungsmenge der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung des Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Unter Bezugnahme auf die 1A ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie dies in der 1A gezeigt ist, ist das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles ein Druckakkumulations-Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich einer Common-Rail 2 als ein Druckakkumulationsgefäß zum Akkumulieren von Kraftstoff unter einem hohen Druck. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 spritzt den Kraftstoff von der Common-Rail 2 in verschiedene Zylinder einer Kraftmaschine 3 ein.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 hat eine Kraftstoffzuführungspumpe 4, die Common-Rail 2, Einspritzvorrichtung 5 und eine Steuervorrichtung 6. Die Kraftstoffzuführungspumpe 4 fördert den Kraftstoffunterdruck. Die Common-Rail 2 akkumuliert den Kraftstoff, der unter Druck von der Kraftstoffzuführungspumpe 4 gefördert wird, und zwar auf den hohen Druck. Die Einspritzvorrichtungen 5 sind an den verschiedenen Zylindern der Kraftmaschine 3 angebracht und spritzen den Hochdruckkraftstoff, der in der Common-Rail 2 akkumuliert ist, in die verschiedenen Zylinder der Kraftmaschine 3 ein. Die Steuervorrichtung 6 treibt das Kraftstoffeinspritzsystem 1 an und steuert es. Die Kraftstoffeinspritzungen werden in den Zylindern #1, #2, #3, #3, #5, #6 der Kraftmaschine 3 in dieser Reihenfolge durchgeführt, wie dies in den 4C und 5 gezeigt ist.
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Wie dies in der 1A gezeigt ist, hat die Kraftstoffzuführungspumpe 4 einen Hochdruckzuführungsbereich 11, eine Niederdruckpumpe 13 und eine Pumpenantriebswelle. Der Hochdruckzuführungsbereich 11 beaufschlagt den Kraftstoff mit Druck und fördert den Kraftstoff unter Druck in die Common-Rail 2. Die Niederdruckpumpe 13 zieht den Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 12 ein und fördert den Kraftstoff zu dem Hochdruckzuführungsbereich 11. Die Pumpenantriebswelle treibt den Hochdruckzuführungsbereich 11 und die Niederdruckpumpe 13 durch Nutzung des Kraftmaschinendrehmomentes an, das von einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 3 übertragen wird. Da sich die Pumpenantriebswelle mit einer Drehzahl dreht, die gleich der Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle ist, macht die Pumpenantriebswelle eine Umdrehung während zwei Zyklen der Kraftmaschine 3.
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Der Hochdruckzuführungsbereich 11 hat ein erstes und ein zweites Hochdruckpumpenelement 14, 15, einen Nockenmechanismus 16 sowie ein erstes und ein zweites Saugsteuerventil. Das erste und das zweite Hochdruckpumpenelement 14, 15 beaufschlagen den Kraftstoff mit Druck und fördern den Kraftstoffunterdruck in die Common-Rail 2. Der Nockenmechanismus 16 treibt das erste und das zweite Hochdruckpumpenelement 14, 15 an. Das erste und das zweite Saugsteuerventil regulieren die Kraftstoffmengen, die von der Niederdruckpumpe 13 in das erste und in das zweite Hochdruckpumpenelement 14, 15 zugeführt werden. Die Steuervorrichtung 6 reguliert die Kraftstoffmengen, die in das erste und in das zweite Hochdruckpumpenelement 14, 15 zugeführt werden, damit ein Kraftstoffdruck der Common-Rail 2 (ein Common-Rail-Druck PC) mit einem Kraftstoffeinspritzdruck übereinstimmt, der einem Betriebszustand der Kraftmaschine 3 entspricht.
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Wie dies in der 1B gezeigt ist, hat das erste Hochdruckpumpenelement 14 einen ersten kurzen Tauchkolben 17, einen ersten langen Tauchkolben 18 und einen ersten Zylinder 19. Der erste kurze Tauchkolben 17 und der erste lange Tauchkolben 18 beaufschlagen den Kraftstoff mit Druck. Der erste Zylinder 19 nimmt den ersten kurzen Tauchkolben 17 und den ersten langen Tauchkolben 18 verschiebbar auf. Eine Endfläche des ersten kurzen Tauchkolbens 17 ist einer Endfläche des ersten langen Tauchkolbens 18 zugewandt. Die Endflächen des ersten kurzen Tauchkolbens 17 und des ersten langen Tauchkolbens 18, die einander zugewandt sind, und eine Innenumfangsfläche des ersten Zylinders 19 definieren eine erste Druckkammer 20 zum Aufnehmen des Kraftstoffes und zum Beaufschlagen des Kraftstoffes mit Druck. Die erste Druckkammer 20 wiederholt eine Expansion und eine Kontraktion, um den Einzugsbetrieb und den Betrieb der Druckförderung des Kraftstoffes zu wiederholen.
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Der erste kurze Tauchkolben 17 ist so gestaltet, dass die Größe des ersten kurzen Tauchkolbens 17 entlang einer Richtung der Längsachse kürzer ist als der erste lange Tauchkolben 18, und die erste Druckkammer 20 ist an einer Position ausgebildet, die von der Mitte des ersten Zylinders 19 abweicht. Somit ist die Ausbildung eines Kraftstoffkanals erleichtert, der mit einem Sauganschluss der ersten Druckkammer 20 in Verbindung ist. Erste Gleitstücke 22 sind an den anderen Endflächen des ersten kurzen Tauchkolbens 17 und des ersten langen Tauchkolbens 18 zum Aufnehmen von ersten Nockenwalzen 21 so ausgebildet, dass sich die ersten Nockenwalzen 21 gleitbar drehen können. Erste Gleitstückführungen 23 halten die ersten Gleitstücke 22 derart, dass sich die ersten Gleitstücke 22 verschiebbar hin und her bewegen können.
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Ähnlich wie das erste Hochdruckpumpenelement 14 hat das zweite Hochdruckpumpenelement 15 einen zweiten kurzen Tauchkolben 24, einen zweiten langen Tauchkolben 25 sowie einen zweiten Zylinder 26, und es bildet eine zweite Druckkammer 27, wie dies in der 1C gezeigt ist. Ähnlich wie die ersten Gleitstücke 22 sind zweite Gleitstücke 28 zum Aufnehmen von zweiten Nockenwalzen so ausgebildet, dass sich die zweiten Nockenwalzen 28 gleitbar drehen können. Zweite Gleitstückführungen 30 halten die zweiten Gleitstücke 29 derart, dass sich die zweiten Gleitstücke 29 verschiebbar hin- und her bewegen können. Wie dies in 1B und 1C gezeigt ist, haben das zweite Hochdruckpumpenelement 15 und das erste Hochdruckpumpenelement 14 dazwischen einen Winkel von 90°, und beide Pumpenelemente 14, 15 sind entlang einer Achsrichtung oder entlang einer Richtung einer Drehachse der Pumpenantriebswelle getrennt angeordnet.
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Wie dies in den 1B und 1C gezeigt ist, besteht der Nockenmechanismus 16 aus einem inneren Nocken 32 und den ersten und den zweiten Nockenwalzen 21, 28. Der innere Nocken 32 hat eine elyptisch/zylindrische Nockenfläche 31, koaxial zu der Pumpenantriebswelle ausgebildet ist. Die ersten Nockenwalzen 28 und die zweiten Nockenwalzen 28 werden so angetrieben, dass sie durch die Nockenfläche 31 gedreht werden. Wenn der Kraftstoff unter Druck gefördert wird, dann werden die ersten Nockenwalzen 21 oder die zweiten Nockenwalzen 28 durch die Nockenfläche 31 gedrückt, und die ersten Nockenwalzen 21 oder die zweiten Nockenwalzen 28 drücken den ersten kurzen Tauchkolben 17 und den ersten langen Tauchkolben 18 oder den zweiten kurzen Tauchkolben 24 und den zweiten langen Tauchkolben 25 nach innen. Wenn der Kraftstoff eingezogen wird, dann werden die ersten Nockenwalzen 21 oder die zweiten Nockenwalzen 28 durch den ersten kurzen Tauchkolben 17 und den ersten langen Tauchkolben 18 oder den zweiten kurzen Tauchkolben 24 und den zweiten langen Tauchkolben 25 nach außen gedrückt, und die ersten Nockenwalzen 21 oder die zweiten Nockenwalzen 28 werden gegen die Nockenfläche 31 gedrückt.
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Als nächstes wird auf der Grundlage der 1B, 1C und 5 der Betrieb der Kraftstoffzuführungspumpe 4 beschrieben. Die 1B zeigt einen Zustand, bei dem der erste kurze Tauchkolben 17 und der erste lange Tauchkolben 18 am dichtesten zueinander positioniert sind, oder einen Zustand, bei dem das Volumen der ersten Druckkammer 20 minimiert ist. Die 1B zeigt einen Zustand, bei dem der Druckförderbetrieb beendet ist und der Kraftstoffeinzugsbetrieb zum Einziehen des Kraftstoffes in die erste Druckkammer 20 startet. Die 1C zeigt einen Zustand, bei dem der zweite kurze Tauchkolben 24 und der zweite lange Tauchkolben 25 am weitesten voneinander weg positioniert sind, oder einen Zustand, bei dem das Volumen der zweiten Druckkammer 27 maximiert ist. Die 1c zeigt einen Zustand, bei dem der Einzugsbetrieb einer vorbestimmten Kraftstoffmenge beendet ist. Die 1B und 1C zeigen einen Zustand, bei dem ein Drehwinkel RA des inneren Nockens 32 0° beträgt. Der innere Nocken 32 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn gemäß den 1B und 1C.
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Ein Bezugszeichen L1 in der 5 bezeichnet einen Abstand zwischen Bewegungspunkt α1 und einem Referenzpunkt α2, wie diese in der 1B gezeigt sind. Wie dies in der 1B gezeigt ist, meint der Bewegungspunkt α1 einen Punkt, der sich an der Nockenfläche 31 gemäß der Drehung des inneren Nockens 32 bewegt, während er der ersten Nockenwalze 21 entlang einer axialen Richtung des ersten Zylinders 19 zugewandt ist. Der Referenzpunkt α2 meint einen Punkt, der an einer vorbestimmten Position der Kraftstoffzuführungspumpe 4 fixiert ist, wie dieser in der 1B gezeigt ist. Ein Bezugszeichen L2 in der 5 bezeichnet einen Abstand zwischen einem ähnlichen Bewegungspunkt β1 und einem ähnlichen Referenzpunkt β2, wie diese in der 1C gezeigt sind. Die 1B zeigt den Bewegungspunkt α1 und den Referenzpunkt α2 und jenem Zustand, bei dem der Drehwinkel RA 0° beträgt. Die 1C zeigt den Bewegungspunkt β1 und den Referenzpunkt β2 in jenem Zustand, bei dem der Drehwinkel RA 0° beträgt. Der Abstand L1 zwischen dem Bewegungspunkt 1 und dem Referenzpunkt α2, wie dies in der 1B gezeigt ist, ist der maximale Wert. Der Abstand L2 zwischen dem Bewegungspunkt β1 und dem Bewegungspunkt β2, wie diese in der 1C gezeigt sind, ist der minimale Wert.
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Während sich der Drehwinkel RA von 0° auf 90° ändert, verringert sich der Abstand L1 von dem maximalen Wert zu dem minimalen Wert bei dem ersten Hochdruckpumpenelement 14, wie dies in der 5 gezeigt ist. Währenddessen wird der Einzugsbetrieb des Kraftstoffes in die erste Druckkammer 20 beendet, und die ersten Nockenwalzen 21 trennen sich von der Nockenfläche 31. Während sich der Drehwinkel RA von 0° auf 90° ändert, erhöht sich der Abstand L2 von dem minimalen Wert auf den maximalen Wert bei dem zweiten Hochdruckpumpenelement 15. Währenddessen berühren die zweiten Nockenwalzen 28 die Nockenfläche 31, um das Drücken des zweiten kurzen Tauchkolbens 24 und des zweiten langen Tauchkolbens 25 zu starten. Somit startet der Druckförderbetrieb des Kraftstoffes aus der zweiten Druckkammer 27. wenn der Drehwinkel RA 90° wird, dann wird der Druckförderbetrieb des Kraftstoffes aus der zweiten Druckkammer 27 beendet, und der Einzugsbetrieb des Kraftstoffes in die zweite Druckkammer 27 wird gestartet. Somit wird eine Nichtdruckförderperiode N1 von einer Druckförderperiode F1 gefolgt, während der der erste Druckförderbetrieb durch das zweite Hochdruckpumpenelement 15 durchgeführt wird, wie dies in der 5 gezeigt ist.
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Während sich der Drehwinkel RA von 90° auf 180° ändert, erhöht sich der Abstand L1 von dem minimalen Wert auf den maximalen Wert bei dem ersten Hochdruckpumpenelement 14. Währenddessen berühren die ersten Nockenwalzen 21 die Nockenfläche 31 und starten das Drücken des ersten kurzen Tauchkolbens 17 und des ersten langen Tauchkolbens 18. Somit startet der Druckförderbetrieb des Kraftstoffes aus der ersten Druckkammer 20. Wenn der Drehwinkel RA 180° wird, dann endet der Druckförderbetrieb des Kraftstoffes aus der ersten Druckkammer 20, und der Kraftstoffeinzugsbetrieb in die erste Druckkammer 20 startet. Während sich der Drehwinkel RA von 90° auf 180° ändert, dann verringert sich der Abstand L2 von dem maximalen Wert auf den minimalen Wert bei dem zweiten Hochdruckpumpenelement 15. Somit endet der Kraftstoffeinzugsbetrieb in die zweite Druckkammer 27, und die zweiten Nockenwalzen 28 trennen sich von der Nockenfläche 31. Somit wird eine Nichtdruckförderperiode N2 von einer Druckförderperiode F2 gefolgt, während der der zweite Druckförderbetrieb durch das erste Hochdruckpumpenelement 14 durchgeführt wird.
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Während sich der Drehwinkel RA von 180° auf 270° ändert, dann werden die gleichen Betriebe als jene Betriebe, die dann durchgeführt werden, während sich der Drehwinkel RA von 0° auf 90° ändert, bei dem ersten und dem zweiten Hochdruckpumpenelement 14, 15 wiederholt. Daher wird eine Nichtdruckförderperiode N3 von einer Druckförderperiode F3 gefolgt, während der der dritte Druckförderbetrieb durch das zweite Hochdruckpumpenelement 15 durchgeführt wird. Während sich der Drehwinkel RA von 270° auf 360° ändert, dann werden die gleichen Betriebe wie jene Betriebe, die dann durchgeführt werden, während sich der Drehwinkel RA von 90° auf 180° ändert, bei dem ersten und dem zweiten Hochdruckpumpenelement 14, 15 wiederholt. Daher wird eine Nichtdruckförderperiode N4 durch eine Druckförderperiode F4 gefolgt, während der der vierte Druckförderbetrieb durch das erste Hochdruckpumpenelement 14 durchgeführt wird.
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Wie dies in der 5 gezeigt ist, werden somit während einer Umdrehung der Pumpenantriebswelle, nämlich während zwei Zyklen der Kraftmaschine 3 die Druckförderbetriebe insgesamt 4 mal durchgeführt, oder der Kraftstoff wird mit Druck von dem ersten und dem zweiten Hochdruckpumpenelement 14, 15 der Kraftstoffförderpumpe 4 jeweils zwei mal und abwechselnd gefördert.
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Die Common-Rail 2 sieht einen Teil eines Kraftstoffrohres vor, das von der Kraftstoffförderpumpe 4 zu den verschiedenen Einspritzvorrichtungen 5 führt, und sie akkumuliert den Kraftstoff unter einem hohen Druck entsprechend dem Einspritzdruck. Wie dies in der 1A gezeigt ist, ist die Common-Rail 2 mit einem Kraftstoffkanal 35 verbunden, durch den der Kraftstoffunterdruck von der Kraftstoffzuführpumpe 4 gefördert wird, sowie mit mehreren Kraftstoffkanälen 36, durch die der Kraftstoff in die Einspritzvorrichtungen 5 gefördert wird, die an den verschiedenen Zylindern angebracht sind. Ein Common-Rail-Drucksensor 37 zum Erfassen des Kraftstoffdruckes in der Common-Rail 2 (der Common-Rail-Druck PC) ist an der Common-Rail 2 angebracht. Der Common-Rail-Drucksensor 37 gibt ein Erfassungssignal des Common-Rail-Druckes zu der Steuervorrichtung 6 ab.
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Die Einspritzvorrichtung 5 ist ein Elektromagnetkraftstoffeinspritzventil, das durch eine magnetische Kraft betätigt wird, die durch eine Antriebsleistung induziert wird, welche von einer Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 zugeführt wird. Wie dies in den 2A bis 2C gezeigt ist, hat die Einspritzvorrichtung 5 einen Ventilhauptkörper 40 und ein Elektromagnetventil 41. Der Ventilhauptkörper 40 öffnet oder schließt ein Einspritzloch 39 mit einer Nadel 38, um die Kraftstoffeinspritzung zu starten oder zu stoppen. Das Elektromagnetventil 41 ist ein Aktuator zum Betätigen des Ventilhauptkörpers 40. Eine Richtung, in der die Nadel 38 das Einspritzloch 9 39 öffnet, wird als eine Lochöffnungsrichtung bezeichnet, und eine Richtung, in der die Nadel 38 das Einspritzloch 39 schließt, wird nachfolgend als eine Lochschließrichtung bezeichnet. Da die Kraftmaschine 3 des Ausführungsbeispieles die 6 Zylinder aufweist, wie dies in der 1A gezeigt ist, hat das Kraftstoffeinspritzsystem 1 die 6 Einspritzvorrichtungen 5.
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Der Ventilhauptkörper 40 hat die Nadel 38 zum Öffnen und zum Schließen des Einspritzloches 39, einen Kolben 42, der den Staudruck des Kraftstoffes aufnimmt und die Nadel 38 in der Lochschließrichtung vorspannt, eine Feder 43 zum Vorspannen der Nadel 38 in der Lochschließrichtung, und einen Körperabschnitt 44 zum Aufnehmen der Nadel 38, des Kolbens und der Feder 43. Das Einspritzloch 39 wird an einem Spitzenende des Körperabschnittes 44 vorgesehen.
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Die Nadel 38 ist in dem Abschnitt des Spitzenendes des Körperabschnittes 44 untergebracht und wird in der Lochöffnungsrichtung durch einen Fluiddruck des Kraftstoffes in einem Kraftstoffreservoir das in dem spitzen Endabschnitt des Körperabschnittes 44 ausgebildet ist. Das Kraftstoffreservoir 45 ist mit der Common-Rail 2 durch Kraftstoffkanäle 46, 47 in Verbindung, die in dem Körperabschnitt 44 ausgebildet sind, sowie mit dem Kraftstoffkanal 36, der die Common-Rail 2 mit der Einspritzvorrichtung 5 verbindet. Das Kraftstoffreservoir 45 ist mit dem Zylinder durch das Einspritzloch 39 in Verbindung, wenn das Einspritzloch 39 offen ist.
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Der Kolben 42 ist koaxial mit der Nadel 38 durch einen Druckstift 48 verbunden, und er bewegt sich mit der Nadel 38 innerhalb des Körperabschnittes 44. Der Kolben 42 ist in einem hinteren Endabschnitt des Körperabschnittes 44 untergebracht. Der Kolben 42 wird in der Lochschließrichtung durch einen Staudruck des Kraftstoffes in einer Staudrucksteuerkammer 49 vorgespannt, die in dem hinteren Endabschnitt des Körperabschnittes 44 ausgebildet ist. Die Staudrucksteuerkammer 49 ist mit dem Kraftstoffkanal 46 durch eine eingangsseitige Öffnung 50 in Verbindung, und mit dem inneren des Elektromagnetventils 41 durch eine ausgangsseitige Öffnung 51.
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Der Durchmesser der eingangsseitigen Öffnung 50 ist so festgelegt, dass er kleiner ist als jener der ausgangsseitigen Öffnung 51. Somit kann der Staudruck durch das Öffnen und das Schließen der ausgangsseitigen Öffnung 51 gesteuert werden. Wenn die ausgangsseitige Öffnung 51 offen ist, dann hat insbesondere der von der Staudrucksteuerkammer 49 ausgelassene Kraftstoff eine größere Menge als jener Kraftstoff, der in die Staudrucksteuerkammer 49 zugeführt wird. Dementsprechend verringert sich der Staudruck. Wenn die ausgangsseitige Öffnung 51 geschlossen ist, dann wird das Verringern des Kraftstoffes aus der Staudrucksteuerkammer 49 gestoppt, aber die Zufuhr des Kraftstoffes von der eingangsseitigen Öffnung 50 wird fortgesetzt, so dass sich der Staudruck erhöht.
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Die Feder 43 ist zwischen der Nadel 38 und dem Kolben 42 angeordnet. Das hintere Ende der Feder 43 ist an dem Körperabschnitt 44 angebracht, und das Spitzenende der Feder 43 ist an dem hinteren Ende der Nadel 38 angebracht. Die Feder 43 spannt die Nadel 38 in der Lochschließrichtung durch ihre elastische Kraft vor.
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Das Elektromagnet 41 hat einen Solenoid 70, ein Ventilelement 52, eine Feder 53 und dergleichen. Der Solenoid 70 erzeugt eine magnetische Kraft, wenn der Solenoid 70 erregt wird, und zwar durch die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8. Das Ventilelement 52 öffnet die ausgangsseitige Öffnung 51 der Staudrucksteuerkammer 49, wenn das Ventilelement 52 die magnetische Kraft aufnimmt. Die Feder 53 spannt das Ventilelement 52 in der Richtung zum Schließen der ausgangsseitigen Öffnung 51 vor. Ein Kraftstoffkanal 54 ist in dem Elektromagnetventil 41 ausgebildet und mit dem Kraftstoffbehälter 12 durch einen Auslassanschluss 55 in Verbindung. Das Ventilelement 52 öffnet und schließt die ausgangsseitige Öffnung 51, um den Staudruck in der Staudrucksteuerkammer 49 zu steuern.
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Als nächstes wird auf der Grundlage der 1A und der 2A bis 2C der Betrieb der Einspritzvorrichtung 5 beschrieben.
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Wie dies in der 1A gezeigt ist, wird der Hochdruckkraftstoff in der Common-Rail 2 dem Ventilhauptkörper 40 durch den Kraftstoffkanal 36 zugeführt. Wie dies in der 2A gezeigt ist, wird der in dem Ventilhauptkörper 40 zugeführte Kraftstoff dem Kraftstoffreservoir 45 durch die Kraftstoffkanäle 46, 47 zugeführt, und er wird außerdem Staudruckkammer 49 durch den Kraftstoffkanal 46 und die eingangsseitige Öffnung 50 zugeführt. Wenn die ausgangsseitige Öffnung 51 durch das Ventilelement 52 geschlossen wird, dann ist eine Vorspannkraft in der Loch-Schließrichtung, die die Summe des auf dem Kolben 42 wirkenden Staudruckes und der elastischen Kraft der Feder 43 ist, größer als eine Vorspannkraft in der Loch-Öffnungsrichtung, die der Fluiddruck des Kraftstoffreservoirs 45 ist. Daher wird das Einspritzloch 39 durch die Nadel 38 geschlossen gehalten, und der Kraftstoff wird nicht eingespritzt.
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Falls die Erregung des Solenoids 70 gestartet wird und die durch den Solenoid 70 erzeugte magnetische Kraft die elastische Kraft der Feder 53 überschreitet, dann öffnet das Ventilelement 52 die ausgangsseitige Öffnung 51, wie dies in der 2B gezeigt ist. Somit hat in der Staudrucksteuerkammer 49 der durch die ausgangsseitige Öffnung 51 ausgelassene Kraftstoff eine größere Menge als der durch die eingangsseitige Öffnung 50 zugeführte Kraftstoff, so dass sich der Staudruck verringert. Wenn die Vorspannkraft in der Lochschließrichtung, die die Summe des auf den Kolben 42 wirkenden Staudruckes und der elastischen Kraft der Feder 43 ist, kleiner wird als die Vorspannkraft in der Lochöffnungsrichtung, die der Fluiddruck des Kraftstoffreservoirs 45 ist, dann wird die Nadel 48 angehoben, um die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 39 zu starten.
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Falls der Solenoid 70 entregt ist, dann wird das Ventilelement 52 danach durch die elastische Kraft der Feder 53 vorgespannt, und die ausgangsseitige Öffnung 51 wird geschlossen, wie dies in der 2C gezeigt ist. Somit wird der Kraftstoffausstoß aus der Staudrucksteuerkammer 49 gestoppt, aber die Kraftstoffzufuhr durch die Eingangsseitige Öffnung 50 wird fortgesetzt, so dass sich der Staudruck erhöht. Falls die Vorspannkraft in der Lochschließrichtung, die die Summe des auf den Kolben 42 wirkenden Staudruckes und der elastischen Kraft der Feder 43 ist, größer wird als die Vorspannkraft in der Lochöffnungsrichtung, die der Fluiddruck des Kraftstoffreservoirs 45 ist, dann wird die Nadel 38 abgesenkt, um die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 39 zu stoppen.
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Wie dies in der 1A gezeigt ist, hat die Steuervorrichtung 6 eine elektronische Steuereinheit (ECU) 7, die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 und dergleichen. Die ECU 7 gibt vielfältige Befehlssignale zum Steuern der Kraftstoffzuführungspumpe 4, der Einspritzvorrichtungen 5 und dergleichen ab. Die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 führt die Antriebsleistung dem Elektromagnetventilen 41 der Einspritzvorrichtungen 5 als Reaktion auf die Befehlssignale zu, die von der ECU 7 abgegeben werden. Die ECU 7 dient als eine Einspritzsteuereinrichtung zum Abgeben eines Normal-Einspritzbefehl-Signals zum Durchführen einer normalen Einspritzung, die zum Erhalten eines Kraftmaschinendrehmomentes durchgeführt wird, und eines Nach-Einspritzbefehl-Signals zum Durchführen einer Nacheinspritzung nach der normalen Einspritzung zum Zuführen von nicht verbranntem Gas in das Abgas. Die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 dient als eine Einspritzvorrichtungsantriebseinrichtung zum Durchführen der Erregung der Elektromagnetventile 41 als Reaktion auf die Befehlssignale, die von der ECU 7 abgegeben werden.
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Die ECU 7 hat einen Computer, der eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU), eine Speichervorrichtung, eine Eingabevorrichtung, eine Abgabevorrichtung und dergleichen aufweist. Die ECU 7 nimmt Sensorsignale von vielfältigen Sensoren auf und bildet diese künstlich, und sie gibt die vielfältigen Befehlssignale gemäß den Sensorsignalen ab. Somit werden der Druckförderbetrieb der Kraftstoffzuführungspumpe 4, die Kraftstoffeinspritzung aus den Einspritzvorrichtungen 5 und dergleichen gesteuert.
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Zum Beispiel berechnet die ECU 7 bei der Steuerung der normalen Einspritzung eine Einspritzzeitgebung und Einspritzperioden gemäß den Sensorsignalen, die von den Sensoren wie zum Beispiel ein Kraftmaschinendrehzahlsensor 56 und ein Beschleunigungsvorrichtungspositionssensor 57 abgegeben werden, die die Betriebszustände der Kraftmaschine 3 erfassen. Die ECU 7 bestimmt einen Zylinder (einen spezifizierten Zylinder), bei dem die Kraftstoffeinspritzung durchzuführen ist, und zwar auf der Grundlage eines Sensor-Signals, das von einem Zylinderbestimmungssensor 58 abgegeben wird. Dann bildet die ECU 7 künstlich das Normal-Einspritz-Befehlssignal zum Erregen des Elektromagnetventils 41 der Einspritzvorrichtung 5, die an dem spezifizierten Zylinder angebracht ist.
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Wie dies in der 4A gezeigt ist, wird bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die normale Einspritzung in zwei geteilten Stufen durchgeführt, um einen plötzlichen Anstieg einer Einspritzrate R bei dem Start der Einspritzung zu vermindern und um Verbrennungsgeräusche und Schwingungen zu reduzieren. Insbesondere wird die normale Einspritzung in eine Voreinsritzung B zum Einspritzen einer kleinen Kraftstoffmenge bei der ersten Stufe und eine Haupteinspritzung A zum Einspritzen eines großen Teiles des Kraftstoffes bei der zweiten Stufe geteilt. Daher werden die Einspritzzeitgebung und die Einspritzperioden jeweils für die Haupteinspritzung A und die Voreinspritzung B berechnet, und außerdem sind die Normal-Einspritzbefehlssignale jeweils für die Haupteinspritzung A und die Voreinspritzung B künstlich gebildet.
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Bei der Steuerung der Nacheinspritzung C, die in der 4A gezeigt ist, bestimmt die ECU 7, ob ein Nach-Einspritzbetrieb zum Zuführen des nicht verbrannten Gases in das Abgas durchgeführt werden soll oder nicht, und zwar gemäß Sensorsignalen, die von vielfältigen Sensoren abgegeben werden, die an einem Abgasreinigungssystem angebracht sind. Die ECU 7 bestimmt, ob der spezifizierte Zylinder ein Zylinder ist oder nicht, bei dem die Nacheinspritzung C durchgeführt werden kann, und zwar gemäß dem von dem Zylinderbestimmungssensor 58 abgegebenen Sensorsignal. Falls bestimmt wird, dass der Nacheinspritzbetrieb durchgeführt werden soll und der spezifizierte Zylinder jener Zylinder ist, bei dem die Nacheinspritzung C durchgeführt werden kann, dann berechnet die ECU 7 die Einspritzzeitgebung und die Einspritzperiode gemäß den vorstehend erwähnten Sensorsignalen, und sie bildet künstlich das Nacheinspritzbefehlssignal zum Erregen des Elektromagnetventils 42 der Einspritzvorrichtung 5, die an dem spezifizierten Zylinder angebracht ist (nachfolgend werden die Einspritzbefehlssignale wie zum Beispiel das Normal-Einspritzbefehlssignal und das Nacheinspritzbefehlssignal als Einspritzvorrichtungsantriebssignale bezeichnet).
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Das Abgasreinigungssystem beseitigt Partikeistoffe, die in dem Abgas enthalten sind, und es reinigt Stickoxyde, Kohlenmonoxyde und dergleichen. Das Abgasreinigungssystem hat einen Filter (einen Partikelfilter) zum Beseitigen der Partikeistoffe, einen Katalysator zum Reinigen der Gase wie zum Beispiel die Stickoxyde oder die Kohlenmonoxyde und dergleichen. Das aus der Kraftmaschine 3 ausgelassene Abgas tritt zunächst durch den Partikelfilter hindurch. Somit werden die Partikeistoffe beseitigt. Nachfolgend tritt das Abgas durch den Katalysator hindurch. Somit werden die Gase wie zum Beispiel die Stickoxyde oder die Kohlenmonoxyde gereinigt. Die vielfältigen Sensoren haben einen Drucksensor, der quer an einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Partikelfilters zum Erfassen einer Druckdifferenz des Abgases quer über den Partikelfilter angebracht ist, einen Temperatursensor, der zwischen dem Partikelfilter und dem Katalysator zum Erfassen der Temperatur des Abgases angebracht ist, und dergleichen.
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Der bei der Nacheinspritzung C eingespritzte Kraftstoff wird in dem Zylinder nicht verbrannt, aber er wird dem Abgasreinigungssystem als das nicht verbrannte Gas zugeführt. Die Nacheinspritzung C in einem bestimmten Zylinder wird unmittelbar nach der Voreinspritzung B bei einem nächsten Zylinder und unmittelbar vor der Haupteinspritzung A bei dem nächsten Zylinder durchgeführt, wie dies in den 4B und 4C gezeigt ist. Der nächste Zylinder ist jener Zylinder, bei dem die normale Einspritzung als nächste von der normalen Einspritzung bei den bestimmten Zylinder durchgeführt wird. In den 4B und 4C sind die Haupteinspritzungen A in die Zylinder #1, #2, #3, #4, #5, #6 durch die Bezugszeichen A1, A2, A3, A4, A5 beziehungsweise A6 bezeichnet, und die Voreinspritzungen B in die Zylinder #1, #2, #3, #4, #5, #6 sind durch die Bezugszeichen B1, B2, B3, B4, B5 beziehungsweise B6 bezeichnet. Die Nacheinspritzungen C, die bei den Zylindern #1, #2, #3, #4, #5, #6 gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden, sind durch die Bezugszeichen C1, C2, C3, C4, C5 beziehungsweise C6 in der 4B bezeichnet. Die Nacheinspritzungen C, die bei den Zylindern #3, #6 des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles durchgeführt werden, sind durch die Bezugszeichen C3' beziehungsweise C6' in der 4C bezeichnet.
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Die ECU 7 gibt das Einspritzvorrichtungsantriebssignal zu der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 auf der Grundlage der berechneten Einspritzzeitgebung und Einspritzperiode ab. Insbesondere startet die ECU7 das Abgeben des Einspritzvorrichtungsantriebssignales, wenn die Einspritzzeitgebung erreicht ist, und sie stoppt das Abgeben des Einspritzvorrichtungsantriebssignales, wenn die Einspritzperiode verstrichen ist.
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Die Einspritzvorrichtungsantriebssignale werden für die verschiedenen Zylinder künstlich aufgebaut und zu der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 abgegeben, wie dies durch die Bezugszeichen IJt#1, IJt#2, IJt#3, IJt#4, IJt#5, IJt#6 in der 3 gezeigt ist. Die Einspritzvorrichtungsantriebssignale IJt#1, IJt#2, IJt#3, IJt#4, IJt#5, IJt#6 sind Signale für die Zylinder #1, #2, #3, #4, #5 beziehungsweise #6. Die Signale IJt#1, IJt#2, IJt#3, IJt#4, IJt#5, IJt#6 werden künstlich so gebildet, dass nur das Antriebssignal für den spezifizierten Zylinder ein H-Niveau (high) bekommt, um das Elektromagnetventil 41 der Einspritzvorrichtung 5 zu erregen, die an dem spezifizierten Zylinder angebracht ist. Ein Bezugszeichen Ijf1 in der 3 bezeichnet ein Anormalitätsdiagnosesignal, das ausdrückt, ob die Erregung des Elektromagnetventils 41 normal durchgeführt wird oder nicht.
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Die Einspritzvorrichtung der Antriebsschaltung 8 hat eine Hochspannungserzeugungsschaltung 59, Antriebstransistoren 61, eine Steuerschaltung 60, Stromerfassungswiderstände 62 und dergleichen, wie dies in der 3 gezeigt ist. Die Hochspannungserzeugungsschaltung 59 nimmt die Leistung von einer Batterie auf, um den Antriebsstrom zum Erregen des Elektromagnetventils 41 der Einspritzvorrichtung 5 zu erzeugen. Der Antriebstransistor 61 führt den Antriebsstrom dem Elektromagnetventil 41 der Einspritzvorrichtung 5 zu, die an dem spezifizierten Zylinder angebracht ist, und zwar von der Hochspannungserzeugungsschaltung 59. Die Steuerschaltung 60 betätigt die Antriebstransistoren 61 und steuert die den Elektromagnetventilen 41 zugeführten Antriebsströme. Der Stromerfassungswiderstand 62 überwacht, ob irgendeine Anormalität bei der Zufuhr des Antriebsstromes beteiligt ist oder nicht.
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Die Hochspannungserzeugungsschaltung 59 hat zwei Kondensatoren, zwei Ladetransistoren, zwei Starkstromtransistoren, zwei Konstantstromtransistoren und dergleichen. Der Kondensator nimmt die Leistung von der Batterie auf und wird auf eine hohe Spannung aufgeladen. Der Ladetransistor führt einen Ladestrom von der Batterie zu dem Kondensator zu. Der Starkstromtransistor gibt die in dem Kondensator gespeicherte Hochspannung ab, um den Ladestrom den Solenoiden 70 zuzuführen. Der Konstantstromtransistor führt den Konstantstrom, der kleiner ist als der Starkstrom, direkt von der Batterie zu den Solenoiden 70 zu. Die Transistoren werden durch Steuersignale betätigt, die von der Steuerschaltung 60 abgegeben werden.
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Einer von den beiden Kondensatoren, einer von den beiden Ladetransistoren, einer von den beiden Starkstromtransistoren und einer von den beiden Konstantstromtransistoren sind miteinander verdrahtet und werden für die Zylinder #1, #3, #5, verwendet. Der andere Kondensator, der andere Ladetransistor, der andere Starkstromtransistor und der andere Konstantstromtransistor sind miteinander verdrahtet und werden für die Zylinder #2, #4, #6 verwendet. Ein Abgabeanschluss CUM1 für die Zylinder #1, #3, #5 ist mit den Solenoiden 70 der Elektromagnetventile 41 der Einspritzvorrichtungen 5 verbunden, die an den Zylindern #1, #3, #5 angebracht sind. Ein Abgabeanschluss CUM2 für die Zylinder #2, #4, #6 ist mit den Solenoiden 70 der Elektromagnetventile 41 der Einspritzvorrichtungen 5 verbunden, die an den Zylindern #2, #4, #6 angebracht sind. Die Transistoren werden für die Einspritzung in jedem Zylinder abwechselnd so erregt, dass die Transistoren entsprechend dem einen Zylinder nicht fortlaufend erregt werden.
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Die Steuerschaltung 60 nimmt die Einspritzvorrichtungsantriebssignale IJt#1, IJt#2, IJt#3, IJt#4, IJt#5, IJt#6 von der ECU 7 auf und gibt diese Signale zu den jeweiligen Antriebstransistoren 61 ab. Während dessen zeugt die Steuerschaltung 60 künstlich vielfältige Steuersignale und gibt die Steuersignale zu der Hochspannungserzeugungsschaltung 59 ab. Die Steuerschaltung 60 erfasst die Antriebsströme unter Verwendung der Stromerfassungswiderstände 62, um zu überwachen, ob irgendeine Anormalität bei den Antriebsströmen beteiligt ist oder nicht, und die Steuerschaltung 60 gibt das Ergebnis der Überwachung der Antriebsströme zu der ECU7 als das Anormalitätsdiagnosesignal (IJf1).
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Die Anzahl der Antriebstransistoren 61 ist gleich der Anzahl der Zylinder. Die jeweiligen Antriebstransistoren 61 sind mit den Solenoiden 70 der Elektromagnetventile 41 der Einspritzvorrichtungen 5, die an den Zylindern angebracht sind, durch Anschlüsse INJ#1, INJ#2, INJ#3, INJ#4, INJ#5, INJ#6 verbunden. Die Anschlüsse INJ#1, INJ#2, INJ#3, INJ#4, INJ#5, INJ#6 sind mit den Solenoiden 70 der Einspritzvorrichtungen 5 verbunden, die an den Zylindern #1, #2, #3, #4, #5 beziehungsweise #6 angebracht sind. Der Antriebstransistor 61, der mit dem Solenoid 70 des spezifizierten Zylinders verbunden ist, wird durch das von der Steuerschaltung 60 abgegebene Einspritzvorrichtungsantriebssignal betätigt. Somit wird der Solenoid 70 des spezifizierten Zylinders durch den Antriebsstrom erregt.
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Die Anzahl der Stromerfassungswiderstände 62 ist gleich der Anzahl der Abgabeanschlüsse COM1, COM2, die von der Hochspannungserzeugungsschaltung 59 führen. Einer der Stromerfassungswiderstände 62 wird zum Erfassen der Antriebsströme verwendet, die von dem Abgabeanschluss COM1 den Elektromagnetventilen 41 der Einspritzvorrichtungen 5 zugeführt werden, die an den Zylindern #1, #3, #5 angebracht sind. Der andere Stromerfassungswiderstand 62 wird zum Erfassen der Antriebsströmung verwendet, die von dem Abgabeanschluss COM2 den Elektromagnetventilen 41 der Einspritzvorrichtungen 5 zugeführt werden, die an den Zylindern #2, #4, #6 angebracht sind.
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Als nächstes wird ein Betrieb der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 beschrieben. Falls das Einspritzvorrichtungsantriebssignal von der ECU 7 zu der Steuerschaltung 60 eingegeben wird, dann gibt die Steuerschaltung 60 zunächst das Einspritzvorrichtungsantriebssignal zu dem Antriebstransistor 61 ab. Somit wird der Antriebstransistor 61 für den spezifizierten Zylinder betätigt. Gleichzeitig gibt die Steuerschaltung 60 das Steuersignal zu dem Starkstromtransistor ab, um den Starkstromtransistor entsprechend dem spezifiziertem Zylinder zu betätigen. Somit wird der Starkstrom von dem Kondensator zu dem Solenoid entsprechend dem spezifiziertem Zylinder zugeführt, und die Nadel 38 wird unmittelbar angehoben, um die Einspritzung zu starten. Wenn die Einspritzung gestartet wird, wird somit der Starkstrom entsprechend der in dem Kondensator gespeicherten hohen Spannung dem Solenoid 70 zugeführt, um das Ansprechverhalten des Startes der Einspritzung zu verbessern.
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Dann schaltet die Steuerschaltung 60 von einem Zustand, bei dem die Steuerschaltung 60 das Steuersignal zu dem Starkstromtransistor abgibt, zu einen Zustand, bei dem die Steuerschaltung 60 das Steuersignal zu dem Konstantstromtransistor abgibt. Somit betätigt die Steuerschaltung 60 den Konstantstromtransistor entsprechend dem spezifiziertem Zylinder. Somit wird der Konstantstrom von der Batterie zu dem Solenoid 70 entsprechend dem spezifiziertem Zylinder zugeführt. dementsprechend wird die Nadel 38 angehoben gehalten, und die Einspritzung wird fortgesetzt. Falls die Eingabe des Einspritzvorrichtungsantriebssignales von der ECU 7 beendet wird, dann werden die zu dem Antriebstransistoren 61 und dem Konstantstromtransistor abgegebenen Steuersignale gestoppt, und die Erregung des Solenoids 70 wird gestoppt.
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Wie dies in der 5 gezeigt ist, sind bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Zylinder #1, #3, #4, #6 sich überlappende Zylinder, und die Zylinder #2, #5 sind sich nicht überlappende Zylinder. Insbesondere ist eine Einspritzperiode t#1 der normalen Einspritzung des Zylinders #1 im Wesentlichen an der Mitte der Druckförderperiode F1 vorhanden, und sie überlappt sich mit der Druckförderperiode F1. Eine Einspritzperiode t#2 der normalen Einspritzung des Zylinders #2 ist in der letzten Hälfte der Nichtdruckförderperiode N2 vorhanden, und sie überlappt sich mit keiner Druckförderperiode. Eine Einspritzperiode t#3 der normalen Einspritzung des Zylinders #3 ist im Wesentlichen an dem Ende der Druckförderperiode F2 vorhanden, und sie überlappt sich mit der Druckförderperiode F2. Die Einspritzperiode t#4 der normalen Einspritzung des Zylinders #4 ist im Wesentlichen an der Mitte der Druckförderperiode F3 vorhanden, und sie überlappt sich mit der Druckförderperiode F3. Die Einspritzperiode t#5 der normalen Einspritzung des Zylinders #5 ist in der letzten Hälfte der Nichtdruckförderperiode N4 vorhanden, und sie überlappt sich mit keiner Druckförderperiode. Die Einspritzperiode t#6 der normalen Einspritzung des Zylinders #6 ist im Wesentlichen an dem Ende der Druckförderperiode F4 vorhanden, und sie überlappt sich mit der Druckförderperiode F4.
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Unter Berücksichtigung von derartigen sich überlappenden Zylindern und sich nicht überlappenden Zylindern zeigt der Common-Rail-Druck PC ein bestimmtes Verhalten in den beiden Zyklen der Kraftmaschine 3, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Zunächst bleibt in der Druckförderperiode F1 der Common-Rail-Druck PC vorübergehend auf Grund der normalen Einspritzung des Zylinders #1 konstant, die im Wesentlichen an der Mitte der Zeitperiode F1 durchgeführt wird, und dann wird der Common-Rail-Druck PC weiter auf einen Wert erhöht, der größer ist als ein Mittelwert PCm des Common-Rail-Druckes PC, wie dies in der 5 gezeigt ist. Dann bleibt der Common-Rail-Druck PC größer als der Mittelwert PCm in der ersten Hälfte der Nichtdruckförderperiode N2, aber der Common-Rail-Druck PC verringert sich plötzlich auf einen Wert, der kleiner als der Mittelwert PCm ist, und zwar auf Grund der normalen Einspritzung des Zylinders #2, die in der letzten Hälfte der Nichtdruckförderperiode N2 durchgeführt wird. In der Druckförderperiode F2 wird der Common-Rail-Druck PC weiter übereinstimmend auf einen Wert erhöht, der größer ist als der Mittelwert PCm. Dann verringert sich der Common-Rail-Druck PC plötzlich auf einen Wert, der geringfügig kleiner als der Mittelwert PCm ist, und zwar im Wesentlichen an dem Ende der Druckförderperiode F2 auf Grund der normalen Einspritzung des Zylinders #3. In der Nichtdruckförderperiode N3 wird keine normale Einspritzung durchgeführt und ein Zustand wird aufrecht erhalten, bei dem der Common-Rail-Druck PC in gewissem Maße geringer ist als der Mittelwert PCm. In der Druckförderperiode F3 wird ein Verhalten gezeigt, das dem Verhalten in der Druckförderperiode F1 ähnelt, und zwar auf Grund der normalen Einspritzung des Zylinders #4. In der Nichtdruckförderperiode N4 wird ein Verhalten gezeigt, das dem Verhalten in der Nichtdruckförderperiode N2 ähnelt, und zwar auf Grund der normalen Einspritzung des Zylinders #5. In der Druckförderperiode F4 wird ein Verhalten gezeigt, das dem Verhalten in der Druckförderperiode F2 ähnelt, und zwar auf Grund der normalen Einspritzung des Zylinders #6.
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Bei dem Nacheinspritzbetrieb des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles werden nach Nacheinspritzung C1, C2, C3, C5 der Zylinder #1, #2, #4, #5, die bei dem Stand der Technik gemäß der 4B durchgeführt werden, ausgesetzt, wie dies in 4C gezeigt ist. Die Zylinder #2, #5 sind die sich nicht überlappenden Zylinder, und die Zylinder #1, #4 sind die sich überlappenden Zylinder, bei denen die normalen Einspritzungen unmittelbar vor den normalen Einspritzungen der sich nicht überlappenden Zylinder #2 beziehungsweise #5 durchgeführt werden. Bei dem Nacheinspritzbetrieb des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles werden nur die Nacheinspritzungen C3', C6' der Zylinder #3, #6 durchgeführt, wie dies in der 4C gezeigt ist. In einer Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes bei jedem der Zylinder #1, #2, #4, #5 implementiert die ECU 7 nämlich ein Nacheinspritzaussetzmuster, bei dem kein Nacheinspritzbefehlsignal abgegeben wird, nach dem das Normaleinspritzbefehlssignal abgegeben wurde. In einer Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes bei jedem der Zylinder #3, #6 implementiert die ECU 7 ein Nacheinspritzdurchführungsmuster, bei dem das Nacheinspritzbefehlssignal abgegeben wird, nach dem das Normaleinspritzbefehlssignal abgegeben wurde.
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Das durch die Nacheinspritzung C bereitgestellte nicht verbrannte Gas wird hauptsächlich zu dem Partikelfilter gleitet, und es wird zusammen mit den Partikelstoffen verbrannt, die in dem Partikelfilter gesammelt sind. Ein Hauptzweck der Nacheinspritzung C bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist nämlich die Regenerierung des Partikelfilters. Wie dies in den 4B und 4C gezeigt ist, beträgt daher die Kraftstoffmenge, die bei jeder der Nacheinspritzungen C3', C6' zugeführt wird, ungefähr das Dreifache von der Kraftstoffmenge, die bei jeder der Nacheinspritzungen C3, C6 gemäß dem Stand der Technik zugeführt wird. Somit wird die Kraftstoffmenge vermehrt, die bei jeder der Nacheinspritzungen C3', C6' zugeführt wird, um die Verringerung des Kraftstoffes auszugleichen, die die Aussetzung der Nacheinspritzungen C1, C2, C4, C5 mit sich bringt.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles implementiert das Nacheinspritzaussetzmuster bei dem vier Zylindern #1, #2, #4, #5 in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes.
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Somit wird in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes die Nacheinspritzung C intermittierend ausgesetzt. Daher kann die Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes vermindert werden, bei dem sich die Wärmemenge erhöhen kann, die durch die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 erzeugt wird. Insbesondere kann die Anzahl der Einspritzungen von 18 auf 14 für jeweils zwei Zyklen der Kraftmaschine 3 verkürzt werden, so dass die thermische Last der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 vermindert werden kann, wie dies von der 6 gezeigt ist. Eine durchgezogene Linie ”a” in der 6 gibt die durch die Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 erzeugte Wärmemenge in jenem Fall an, wenn die Anzahl der Einspritzungen 18 beträgt, und die gestrichelte Linie ”b” gibt die in jenem Fall erzeugte Wärmemenge an, wenn die Anzahl der Einspritzungen 14 beträgt. Eine obere Grenze der Kraftmaschinendrehzahl (Kraftmaschinen-U/Min), unter der die Nacheinspritzung möglich ist, wird durch eine Wärmeerzeugungsgrenze festgelegt, die durch eine durchgezogene Linie GRENZE in der 6 gezeigt ist. Daher kann die obere Grenze der Kraftmaschinendrehzahl bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel angehoben werden.
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Wie dies durch die Flächen D in der 5 gezeigt ist, wird der Common-Rail-Druck PC stark verringert, nach dem die normalen Einspritzungen bei den sich nicht überlappenden Zylindern #2, #5 durchgeführt wurden. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles implementiert das Nacheinspritzaussetzmuster in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes bei den sich nicht überlappenden Zylinder #2, #5. Somit werden die Nacheinspritzungen C2, C5 der sich nicht überlappenden Zylinder #2, #5 ausgesetzt. In Folge dessen kann eine weitere Verringerung des Common-Rail-Druckes PC auf Grund den Nacheinspritzungen C verhindert werden, die nach den normalen Einspritzungen bei den sich nicht überlappenden Zylindern #2, #5 durchgeführt werden.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles implementiert das Nacheinspritzaussetzmuster auch bei den sich überlappenden Zylindern #1, #4, bei denen die normalen Einspritzungen unmittelbar vor den normalen Einspritzungen bei den sich nicht überlappenden Zylindern #2 beziehungsweise #5 durchgeführt werden, und zwar außer den sich überlappenden Zylindern #1, #3, #4, #6. Wie dies in den 4B und 4C gezeigt ist, stimmt bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Einspritzzeitgebung der Nacheinspritzung C im Wesentlichen mit der Einspritzzeitgebung der nächsten normalen Einspritzung überein (die Haupteinspritzung A und die Voreinspritzung B). Daher wird die nächste normale Einspritzung, die als nächstes zu der Nacheinspritzung C durchgeführt wird, durch eine Druckpulsierung beeinflusst, die durch die Nacheinspritzung C hervorgerufen wird. Daher wird die Nacheinspritzung C bei den sich überlappenden Zylindern #1, #4 ausgesetzt, bei denen die normalen Einspritzungen unmittelbar vor den normalen Einspritzungen bei den sich nicht überlappenden Zylindern #2 beziehungsweise #5 durchgeführt werden. In Folge dessen kann der Einfluss der Druckpulsierung der unmittelbar vorherigen Nacheinspritzungen (die Nacheinspritzung C1 oder die Nacheinspritzung 4 gemäß dem Stand der Technik) auf die normalen Einspritzungen (die Haupteinspritzung A2 und die Voreinspritzung B2 oder die Haupteinspritzung A5 und die Voreinspritzung B5) der sich nicht überlappenden Zylinder #2, #5 verhindert werden, die durch die Druckpulsierung auf Grund der Nacheinspritzung C stark beeinflusst werden könnten. Dementsprechend kann die Schwankung der normalen Einspritzungen der sich nicht überlappenden Zylinder #2, #5 unterbunden werden.
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Bei der Einspritzung 5 des Kraftstoffeinspritzsystems 1 des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles wird das Ventilelement 52 des Elektromagnetventils 41 durch die Feder 53 vorgespannt, die eine sehr große elastische Kraft ausüben kann, um zu verhindern, dass der Hochdruckkraftstoff, der in die Staudrucksteuerkammer 49 zugeführt wird, durch die ausgangsseitige Öffnung 51 austritt. Daher ist ein großer Strom zum Antreiben des Ventilelementes 52 gegen die elastische Kraft der Feder 53 erforderlich, so dass die Einspritzvorrichtung der Antriebsschaltung 8 eine große Wärmemenge pro Einspritzung erzeugt. In einem derartigen Fall, bei dem die große Wärmemenge pro Einspritzung erzeugt wird, ist das Schema des gegenwärtigen Ausführungsbeispieles zum intermittierenden Aussetzen der Nacheinspritzung C in der Zeitperiode zum Durchführen des Nacheinspritzbetriebes insbesondere wirkungsvoll, da die thermische Last der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 reduziert werden kann und die obere Grenze der Kraftmaschinendrehzahl angehoben werden kann, die durch die Wärmeerzeugungsgrenze festgelegt wird.
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(Abwandlungen)
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Nacheinspritzungen C3', C6' bei den verschiedenen Zylindern #3, #6 durchgeführt. Alternativ kann die Nacheinspritzung C6' des Zylinders #6 ausgesetzt werden, und es kann nur die Nacheinspritzung C3' des Zylinders #3 durchgeführt werden.
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Die Nacheinspritzungen C1, C4 können durchgeführt werden, und die Nacheinspritzungen C3', C6' können insoweit ausgesetzt werden, als dass die Einspritzzeitgebung von jeder der normalen Einspritzungen der sich nicht überlappenden Zylinder #2, #5 einen Abstand von der Einspritzzeitgebung von jeder der Nacheinspritzungen C1, C4 aufweist, der groß genug ist, dass Einflüsse der Druckpulsierung auf Grund der Nacheinspritzungen C1, C4 der Zylinder #1, #4 auf die normalen Einspritzungen der sich nicht überlappenden Zylinder #2, #5 vermieden werden.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Wärmeerzeugung der Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung 8 durch zyklisches Aussetzen der Nacheinspritzung C vermindert. Alternativ kann eine andere Einspritzart als die Nacheinspritzung C insoweit ausgesetzt werden, als dass die Aussetzung der Einspritzung die Abgabe der Kraftmaschine 3 nicht beeinträchtigt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird jede Einspritzung auf der Grundlage der Einspritzzeitgebung und der Einspritzperiode durchgeführt. Alternativ kann eine Einspritzmenge an Stelle der Einspritzperiode berechnet werden, und die Einspritzung kann zum Beispiel auf der Grundlage der Einspritzzeitgebung und der Einspritzmenge durchgeführt werden.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles ist so spezifiziert, dass 6 Einspritzungen und vier Druckförderbetriebe alle zwei Zyklen der Kraftmaschine 3 durchgeführt werden, wie dies in der 5 gezeigt ist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf ein Kraftstoffeinspritzsystem angewendet werden, das so spezifiziert ist, dass es sechs Einspritzungen und drei Druckförderbetriebe oder vier Einspritzungen und vier Druckförderbetriebe alle zwei Zyklen der Kraftmaschine 3 durchführt.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles ist so spezifiziert, dass es die normale Einspritzung einmal in jeder der Druckförderperioden F1, F2, F3, F4 durchführt, wie dies in der 5 gezeigt ist. Alternativ kann die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem angewendet werden, das zum Beispiel so spezifiziert ist, dass es drei oder mehrere normale Einspritzungen in einer Druckförderperiode durchführt.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles ist das Druckakkumulations-Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich der Common-Rail 2. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf ein Kraftstoffeinspritzsystem angewendet werden, bei dem der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffzuführungspumpe 4 unter Druck gefördert wird, direkt in die Zylinder eingespritzt wird.
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Die Einspritzvorrichtung 5 des Kraftstoffeinspritzsystems 1 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles ist eine Einspritzvorrichtung mit indirektem Antrieb, bei der die Nadel 38 dadurch indirekt angetrieben wird, dass der Staudruck von der Staudrucksteuerkammer 49 entspannt wird, und die das Einspritzloch 39 öffnet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf eine Einspritzvorrichtung mit direktem Antrieb angewendet werden, die das Einspritzloch 39 dadurch öffnet, dass die Nadel 38 direkt angetrieben wird.
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Der Antriebsstrom des Kraftstoffeinspritzsystems 1 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles wird durch die von der Batterie zugeführten Leistung erzeugt. Alternativ kann der Antriebsstrom unter Verwendung eines piezoelektrischen Elementes und dergleichen erzeugt werden.
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Wenn eine elektronische Steuereinheit (ECU) (7) einen Nacheinspritzbetrieb durchführt, dann implementiert die (ECU) (7) intermittierend ein Nacheinspritzaussetzmuster zum Aussetzen einer Abgabe eines Nacheinspritzbefehlssignals, nach dem ein Normaleinspritzbefehlssignal abgegeben wurde. Die ECU (7) implementiert das Nacheinspritzaussetzmuster bei sich nicht überlappenden Zylindern (#2, #5) und bei bestimmten sich überlappenden Zylindern (#1, #4) von den gesamten sich überlappenden Zylindern (#1, #3, #4, #6). Normale Einspritzungen werden bei den bestimmten sich überlappenden Zylindern (#1, #4) durchgeführt, unmittelbar bevor die normalen Einspritzungen bei den sich nicht überlappenden Zylindern (#2, #5) durchgeführt werden. Somit kann eine Wärmeerzeugung einer Einspritzvorrichtungsantriebsschaltung (8) reduziert werden. Während dessen kann ein Einspritzdruck der normalen Einspritzung stabilisiert werden, die durch eine Einspritzvorrichtung (5) in entsprechende Zylinder durchgeführt wird.
