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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Sammlerkraftstoffeinspritzvorrichtung, die
eine Pumpe aufweist, die wirkt, um Kraftstoff zu einem Sammler zu
fördern,
um den Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine einzuspritzen, und
bezieht sich insbesondere auf eine solche Vorrichtung, die ausgelegt
ist, um den Druck in dem Sammler zu prüfen und die Überdruckbeaufschlagung
des Sammlers zu mindern.
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Stand der Technik
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Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Es
sind Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, die mit einer
Common-Rail ausgestattet sind, durch die Hochdruckkraftstoff zu
Kraftstoffinjektoren zugeführt
wird, die in Zylindern eines Automobildieselverbrennungsmotors installiert
sind. Diese Bauart der Kraftstoffeinspritzsysteme wird typischerweise
mit einer Drucksteuerung ausgestattet, die wirkt, um in einem Rückführregelungsmodus
einen gemessenen Druck in der Common-Rail in Übereinstimmung mit einem Sollniveau
zu bringen. Insbesondere betätigt
die Drucksteuerung ein Ansaugsteuerventil, das in einer Kraftstoffpumpe
installiert ist, um den Druck in der Common-Rail zu steuern. Fremdkörper können jedoch
zwischen einem Gleitabschnitt eines Ventils und einer Innenwand
des Ansaugsteuerventils hängen
bleiben, was eine Fehlfunktion des Ansaugsteuerventils zur Folge
hat. Eine Energiezufuhrverkabelung kann ebenso von dem Ansaugsteuerventil
getrennt werden, was eine Fehlfunktion des Ansaugsteuerventils zur
Folge hat. Das kann verursachen, dass die Common-Rail mit Überdruck
beaufschlagt wird, was zu einem Bruch von Bauteilen des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems
führt,
wie z.B. der Kraftstoffinjektoren, der Common-Rail, von Sensoren,
Ventilen usw. Ein solcher Bruch kann ebenso zu einer Leckage des
Kraftstoffs aus dem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
führen.
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-156558 offenbart eine
Verwendung eines Druckbegrenzers, der wirkt, um den Kraftstoff aus
der Common-Rail abzulassen, um den Druck darin zu verringern, wenn
die Common-Rail mit Überdruck
beaufschlagt wird. Wenn insbesondere der Druck in der Common-Rail
eine obere Grenze erreicht hat, die auf der Grundlage des Widerstandsdruck
der Common-Rail bestimmt wird, wird der Druckbegrenzer mechanisch
geöffnet,
um den Kraftstoff aus der Common-Rail abzulassen. Als Alternative
zur Verwendung des Druckbegrenzers kann ein Druckverringerungsventil
eingesetzt werden, um den Druck in der Common-Rail zu verringern.
Wenn diese Tatsache, dass die Common-Rail mit Überdruck beaufschlagt ist,
durch einen Drucksensor herausgefunden wird, wird das Druckverringerungsventil
fortgesetzt geöffnet,
um den Kraftstoff aus der Common-Rail zu einer Rückführleitung abzulassen.
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Die
Verwendung des Druckbegrenzers oder des Druckverringerungsventils
ergibt den Bedarf der Auslegung von dessen Druckverringerungsfähigkeit für jedes
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem. Insbesondere
muss der obere Grenzwert des Druckbegrenzers auf einer Systembasis
eingestellt werden. Das Druckverringerungsventil muss eine ausreichende
Fähigkeit
haben, den Kraftstoff aus der Common-Rail abzulassen, wenn der Druck
in der Common-Rail bis auf ein ungewöhnliches Niveau angestiegen
ist. Das ergibt eine Verringerung der Auflösung der Steuerung des Drucks
des Kraftstoffs in der Common-Rail.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Sammlerkraftstoffeinspritzsystem
zu schaffen, das mit einem Drucksteuermechanismus ausgestattet ist, der
ausgelegt ist, um einen übermäßigen Anstieg
des Drucks in einem Sammler zu steuern, und das mit einer Vielzahl
von Systemen ohne Abwandlung verwendet werden kann.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Sammlerkraftstoffeinspritzvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine vorgesehen, die bei Automobilen verwendet werden
kann. Die Sammlerkraftstoffeinspritzvorrichtung weist Folgendes
auf: (a) einen Sammler, in dem Kraftstoff auf einem gesteuerten
Druckniveau zu sammeln ist; (b) einen Kraftstoffinjektor, der wirkt,
um den in dem Sammler gesammelten Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine
einzuspritzen; (c) eine Kraftstoffpumpe, die an ihrem Einlass mit
einer Kraftstoffquelle und an ihrem Auslass mit dem Sammler verbunden
ist, wobei die Kraftstoffpumpe wirkt, um den Kraftstoff durch den
Einlass von der Kraftstoffquelle anzusaugen und den Kraftstoff mit
Druck zu beaufschlagen und zu dem Sammler zu fördern, und die mit einem Durchflussratensteuerventil
ausgestattet ist, das wirkt, um eine Durchflussrate des Kraftstoffs
zu steuern, der aus der Kraftstoffpumpe zu dem Sammler auszustoßen ist;
(d) einen Durchflussratensteuermechanismus, der zwischen dem Einlass
der Kraftstoffpumpe und der Kraftstoffquelle eingebaut ist, wobei
der Durchflussratensteuermechanismus wahlweise in einer Betriebsart
mit größerer Durchflussrate
und einer Betriebsart mit kleiner Durchflussrate wirkt, wobei in
der Betriebsart mit größerer Durchflussrate
der Durchflussratensteuermechanismus eine Durchflussrate des Kraftstoffs, der
von der Kraftstoffquelle zu der Kraftstoffpumpe strömt, auf
einen größeren Wert
reguliert, wobei in der Betriebsart mit kleinerer Durchflussrate
der Durchflussratensteuermechanismus die Durchflussrate des Kraftstoffs,
der von der Kraftstoffquelle zu der Kraftstoffpumpe strömt, auf
einen kleineren Wert reguliert, der kleiner als der größere Wert
in der Betriebsart mit größerer Durchflussrate
ist; und (e) eine Überdrucksteuerung,
die überwacht,
ob der Druck des Kraftstoffs in dem Sammler über einen vorgegebenen zulässigen Bereich
angestiegen ist oder nicht. Wenn herausgefunden wird, dass der Druck
des Kraftstoffs über
einen vorgegebenen zulässigen
Bereich angestiegen ist, betreibt die Überdrucksteuerung den Durchflussratensteuermechanismus
in der Betriebsart mit kleinerer Durchflussrate, um die Durchflussrate
des Kraftstoffs zu verringern, der zu dem Sammler gefördert wird.
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Die
Verringerung der Durchflussrate des Kraftstoffs, der zu dem Sammler
gefördert
wird, wird eine verringerte Menge des Kraftstoffs in dem Sammler
zur Folge haben, was somit verursacht, dass der Druck in dem Sammler
abfällt,
wenn der Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor versprüht wird.
Das vermeidet einen mechanischen Bruch der Bauteile des Systems.
Die Struktur der Sammlerkraftstoffeinspritzvorrichtung hat den Durchflussratensteuermechanismus,
der zwischen dem Einlass der Kraftstoffpumpe und der Kraftstoffquelle
installiert ist, um einen übermäßigen Anstieg
des Drucks in dem Sammler zu steuern, was somit den Bedarf nach
der Auslegung des Durchflussratensteuermechanismus hinsichtlich
des Widerstandsdrucks für
jedes System beseitigt, was gestattet, dass diese Bauart der Durchflussratensteuermechanismen
in einer Vielzahl von Sammlerkraftstoffeinspritzsystemen ohne Abwandlung
verwendet werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Durchflussratensteuermechanismus durch ein
Kraftstoffbegrenzungsventil ausgeführt. Wenn herausgefunden wird,
dass der Druck des Kraftstoffs in dem Sammler innerhalb des zulässigen Bereichs
liegt, ordnet die Überdrucksteuerung das
Kraftstoffbegrenzungsventil in einem vollständig offenen Zustand an, um
die Betriebsart mit größerer Durchflussrate
zu erzielen. Alternativ ordnet, wenn herausgefunden wird, dass der
Druck des Kraftstoffs in dem Sammler über den zulässigen Bereich angestiegen
ist, die Überdrucksteuerung
das Kraftstoffbegrenzungsventil in einem geringfügig offenen Zustand an, dessen Öffnungsgrad
des Kraftstoffbegrenzungsventils kleiner als der vollständig offene
Zustand ist, um die Betriebsart mit kleinerer Durchflussrate zu
erzielen, so dass eine geringe Menge des Kraftstoffs fortgesetzt
zu dem Sammler gefördert wird,
um dadurch zu gestatten, dass der Kraftstoffinjektor den Kraftstoff
in den Verbrennungsmotor versprüht,
um eine Notlaufbetriebsart des Fahrzeugs sicherzustellen.
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Wenn
herausgefunden wird, dass der Druck des Kraftstoffs in dem Sammler über dem
zulässigen Bereich
angehoben ist, gibt die Überdrucksteuerung ein
Steuersignal ab, um das Kraftstoffbegrenzungsventil in dem geringfügig offenen
Zustand anzuordnen, was somit die Genauigkeit beim Steuern der Durchflussrate
des Kraftstoffs sicherstellt, der zu der Kraftstoffpumpe zu fördern ist.
Wenn insbesondere der übermäßige Anstieg
des Drucks in dem Sammler sich aus einem Grund ergeben hat, der
ein anderer als die Fehlfunktion des Kraftstoffbegrenzungsventils ist,
wird ermöglicht,
dass die Überdrucksteuerung den
Kraftstoff genau zu der Kraftstoffpumpe zuführt.
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Die
Vorrichtung weist ferner einen Kraftstoffdrucksensor auf, der einen
Ist-Druck des Kraftstoffs in
dem Sammler misst. Wenn der Ist-Druck des Kraftstoffs, der durch
den Kraftstoffdrucksensor gemessen wird, größer als oder gleich wie ein
vorgegebenes oberes Niveau ist, das auf der Grundlage eines Widerstandsdrucks
des Sammlers bestimmt wird, bestimmt die Überdrucksteuerung, dass der
Druck des Kraftstoffs in dem Sammler über dem zulässigen Bereich liegt. Insbesondere
ergreift die Überdrucksteuerung
eine Maßnahme,
um den übermäßigen Anstieg
des Drucks in dem Sammler auf der Grundlage des Widerstandsdrucks
des Sammlers zu steuern.
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Die Überdrucksteuerung
wirkt, um den Druck des Kraftstoffs in dem Sammler in einer Rückführregelungsbetriebsart
in Übereinstimmung
mit dem Solldruck zu bringen. Wenn eine Differenz zwischen dem Druck
in dem Sammler und dem Solldruck fortgesetzt größer als ein vorgegebener Wert über eine
vorbestimmte Zeitdauer ist, bestimmt die Überdrucksteuerung, dass der
Druck des Kraftstoffs in dem Sammler außerhalb des zulässigen Bereichs
liegt. Wenn eine derartige Druckdifferenz einen unüblichen
Wert zeigt, wird üblicherweise
angenommen, dass die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass ein Kraftstofffördersystem
einer Fehlfunktion unterliegt, so dass der Druck des Kraftstoffs
den Widerstandsdruck des Sammlers erreichen wird. Diese Bedenken
werden durch den vorstehend angegebenen Betrieb der Überdrucksteuerung
beseitigt. Insbesondere wirkt die Überdrucksteuerung, um die Durchflussrate
des Kraftstoffs, der zu dem Sammler gefördert wird, zur Verringerung
des Drucks darin zu steuern, bevor der Druck den Widerstandsdruck
des Sammlers erreicht, um dadurch den Sammler vor dem übermäßigen Anstieg des
Drucks zu schützen.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen der
Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständig aus der genauen Beschreibung,
die im Folgenden angegeben ist, und aus den beigefügten Zeichnungen
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung verstanden, die jedoch nicht zur Beschränkung der
Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen
werden sollten, sondern die ausschließlich den Zweck der Erklärung und
des Verständnisses
haben.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Sammlerkraftstoffeinspritzsystem
gemäß der Erfindung
zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die einen internen Aufbau einer Kraftstoffpumpe
zeigt, die bei dem Sammlerkraftstoffeinspritzsystem von 1 verwendet
wird;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm eines Programms, das durch das Sammlerkraftstoffeinspritzsystem
von 1 ausgeführt
wird, um einen übermäßigen Anstieg
des Drucks in einer Common-Rail zu überwachen und zu steuern;
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4(a) ist ein Zeitdiagramm, das eine Änderung
des Drucks in einer Common-Rail des Sammlerkraftstoffeinspritzsystems
von 1 demonstriert;
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4(b) ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb eines
Ansaugsteuerventils demonstriert, das in einer Kraftstoffpumpe des
Sammlerkraftstoffeinspritzsystems von 1 installiert
ist; und
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4(c) ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb eines
Kraftstoffbegrenzungsventils demonstriert, das in dem Sammlerkraftstoffeinspritzsystem von 1 installiert
ist.
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Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche
Teile in mehreren Ansichten bezeichnen, insbesondere unter Bezugnahme
auf 1 ist ein Sammlerkraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt. Das Sammlerkraftstoffeinspritzsystem, auf das
nachstehend Bezug genommen wird, ist beispielhaft als Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
ausgelegt, das wirkt, um die Einspritzung des Kraftstoffs in diese
Verbrennungsmotoren für
Automobile zu steuern.
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Das
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Kraftstoffpumpe 14,
eine Common-Rail (gemeinsame Schiene) 16, Kraftstoffinjektoren 20 und
eine Verbrennungsmotorsteuerung 30 auf.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 wirkt, um den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 10 durch
ein Niederdruckkraftstoffrohr 12 zu pumpen und diesen zu
der Common-Rail 16 zu fördern.
Das Niederdruckkraftstoffrohr 12 hat einen Kraftstofffilter 13,
der darin installiert ist. Die Common-Rail 16 wirkt, um
den Kraftstoff bei einem gesteuerten hohen Druck zu sammeln und
diesen zu den Kraftstoffinjektoren 20 in einer Abfolge
mit einer gesteuerten Zeitabstimmung durch die Hochdruckkraftstoffleitungen 18 zuzuführen.
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Das
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem weist ebenso einen Kraftstoffdrucksensor 22,
einen Kurbelwinkelsensor 26, einen Beschleunigerpositionssensor 28 und
ein Solenoid betätigtes
Druckverringerungsventil 34 auf. Das Druckverringerungsventil 34 ist
so ausgelegt, dass es wahlweise zwischen zwei diskreten Positionen
umgeschaltet werden kann: eine vollständig offene Position und eine
vollständig
geschlossene Position. Anders gesagt ist das Druckverringerungsventil 34 ausgelegt,
so dass es nur entweder die vollständig offene Position oder die vollständig geschlossene
Position hat.
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Wenn
das Druckverringerungsventil 34 geöffnet wird, wird der Kraftstoff
in der Common-Rail 16 zu dem Kraftstofftank 10 durch
ein Ablassrohr 36 abgelassen, um dadurch den Druck in der
Common-Rail 16 zu verringern.
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Der
Kraftstoffdrucksensor 22 wirkt, um den Druck des Kraftstoffs
in der Common-Rail 16 zu messen und ein Signal, das diesen
anzeigt, an die Verbrennungsmotorsteuerung 30 abzugeben.
Der Kurbelwinkelsensor 26 wirkt, um die Winkelposition
einer Kurbelwelle 24 des Dieselverbrennungsmotors zu messen
und ein Signal, das diesen anzeigt, an die Verbrennungsmotorsteuerung 30 abzugeben.
Der Beschleunigerpositionssensor 28 wirkt, um eine Fahrereinwirkung
auf ein Beschleunigerpedal des Verbrennungsmotors oder eine Position
desselben zu messen, die eine Anforderung des Fahrers zur Beschleunigung
des Verbrennungsmotors darstellt, und um ein Signal, das diese angibt,
an die Verbrennungsmotorsteuerung 30 abzugeben.
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Die
Verbrennungsmotorsteuerung 30 besteht aus einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) und einer elektronischen Antriebseinheit (EDU)
und wirkt, um die Abgaben der Sensoren 22, 26, 28 und 34 zu überwachen,
um den Druck in der Common-Rail 16 in einer Rückführregelungsbetriebsart zu
steuern. Insbesondere bestimmt die Verbrennungsmotorsteuerung 30 einen
Sollkraftstoffdruck auf der Grundlage der Drehzahl des Verbrennungsmotors
und der Position des Beschleunigerpedals und reguliert die Menge
des Kraftstoffs, die aus der Kraftstoffpumpe 14 auszustoßen ist,
um einen Ist-Druck der Common-Rail 16, der durch den Kraftstoffdrucksensor 22 gemessen
wird, in der Rückführbetriebsart
in Übereinstimmung
mit dem Sollkraftstoffdruck zu bringen. Wenn das Fahrzeug verzögert, so
dass es erforderlich ist, den Druck in der Common-Rail 16 zu
verringern, öffnet
die Verbrennungsmotorsteuerung 30 das Druckverringerungsventil 34, um
den Druck aus der Common-Rail 16 abzulassen.
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2 zeigt
einen internen Aufbau der Kraftstoffpumpe 14.
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Die
Kraftstoffpumpe 14 besteht im Wesentlichen aus einer Förderpumpe 40,
einer Hochdruckpumpe 50 und einem Ansaugsteuerventil 60.
Die Förderpumpe 40 wirkt,
um den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 zu pumpen.
Die Hochdruckpumpe 50 wirkt, um den Kraftstoff, der durch
die Förderpumpe 40 gepumpt
wird, mit Druck zu beaufschlagen und diesen auszustoßen. Das
Ansaugsteuerventil 60 wirkt als Durchflussratensteuerventil,
um den Kraftstoff, der durch die Hochdruckpumpe 50 abgegeben wird,
auf eine gesteuerte Menge einzustellen.
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Die
Förderpumpe 40 ist
durch eine Trochoidalpumpe ausgeführt, die als Niederdruckpumpe ausgelegt
ist und durch ein Drehmoment einer Antriebswelle 41 angetrieben
wird, um den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 durch
einen Einlass 42 anzusaugen, um diesen zu der Hochdruckpumpe 50 zu fördern. Die
Antriebswelle 41 wird infolge der Drehung der Kurbelwelle 24 des
Dieselverbrennungsmotors gedreht.
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Die
Hochdruckpumpe 50 ist durch eine Kolbenpumpe ausgeführt, die
ausgelegt ist, um den Kraftstoff, der von dem Ansaugsteuerventil 60 gefördert wird,
mit Druck zu beaufschlagen und diesen abzugeben. Die Hochdruckpumpe 50 besteht
aus Kolben 51, einer Druckkammer 52, einem Ansaugventil 53 und
einem Förderventil 54.
Die Kolben 51 werden die durch die Antriebswelle 41 hin-
und herbewegt, um das Volumen der Druckkammer 52 zu ändern. Das
Ansaugventil 52 wirkt, um eine Verbindung zwischen der
Druckkammer 52 und der Förderpumpe 40 zu bilden
oder zu blockieren. Das Förderventil 54 wirkt,
um eine Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 52 und
der Common-Rail 16 herzustellen.
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Die
Kolben 51 werden durch Federn 57 in konstanter
Anlage mit einem Nockenring 56 vorgespannt, der an dem
Umfang eines exzentrischen Nockens 55 gepasst ist. Die
Drehung der Antriebswelle 41 verursacht, dass der Nockenring 56 sich
exzentrisch dreht, um die Kolben 51 zwischen dem oberen Totpunkt
und dem unteren Totpunkt sequenziell hin- und herzubewegen. Wenn
der Kolben 51 nach unten bewegt (insbesondere nach innen
mit Sicht auf der Zeichnung) zu dem unteren Totpunkt wird, so dass der
Druck in der Druckkammer 52 abfällt, wird das verursachen,
dass das Förderventil 54 geschlossen wird
und das Ansaugventil 53 geöffnet wird. Das verursacht,
dass der Kraftstoff in die Druckkammer 52 von der Förderpumpe 40 durch
das Ansaugsteuerventil 60 geladen wird. Wenn dagegen jeder
der Kolben 51 nach oben (insbesondere nach außen mit Sicht
auf die Zeichnung) zu dem oberen Totpunkt bewegt wird, so dass der
Druck in der Druckkammer 52 ansteigt, wird das verursachen,
dass das Ansaugventil 53 geschlossen wir. Wenn der Druck
in der Druckkammer 52 ein vorgegebenes Niveau erreicht, wird
das verursachen, dass das Förderventil 54 geöffnet wird,
so dass der Kraftstoff, der in der Druckkammer 52 mit Druck
beaufschlagt wird, zu der Common-Rail 16 gefördert wird.
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Das
Ansaugsteuerventil 60 wirkt, um die Menge des Kraftstoffs,
der in die Hochdruckpumpe 50 von der Förderpumpe 40 durch
einen Kraftstoffpfad 44 gesaugt wird, unter der Steuerung
der Energiebeaufschlagung des Solenoids 68 zu steuern.
Die Energiebeaufschlagung des Solenoids 68 wird durch die
Verbrennungsmotorsteuerung 30 durch eine Verkabelung (nicht
gezeigt) und den Verbinder 69 erzielt. Insbesondere wirkt
die Verbrennungsmotorsteuerung 30, um ein Antriebssignal
bei einer Frequenz von beispielsweise 250 Hz zum Energiebeaufschlagen
des Solenoids 68 und Steuern des Einschaltdauerfaktors
des Antriebssignals zum Abgeben eines Antriebsstroms zu erzeugen
(der im Folgenden ebenso als Anweisungsstrom bezeichnet wird), um zu
dem Solenoid 68 zugeführt
zu werden, um dadurch die Menge des Kraftstoffs zu steuern, die
in die Hochdruckpumpe 50 gesaugt wird. Wenn insbesondere
der Anweisungsstrom, der auf den Solenoid 68 aufgebracht
wird, erhöht
wird, verringert das Ansaugsteuerventil 60 eine Querschnittsfläche eines
Strömungspfads,
durch den Kraftstoff von der Förderpumpe 40 angesaugt
wird und zu der Hochdruckpumpe 50 ausgestoßen wird.
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Das
Ansaugsteuerventil 60, wie klar in der Zeichnung dargestellt
ist, weist einen Zylinder 61, einen Schieber 62 und
eine Feder 66 auf. Innerhalb der Zylinder 61 ist
der Schieber 62 so angeordnet, dass er in eine axiale Richtung
(insbesondere eine Längsrichtung)
desselben gleitfähig
bzw. verschiebbar ist. Der Schieber 62 wird durch den Druck,
der durch die Feder 66 erzeugt wird, in die nach links
weisende Richtung mit Sicht auf die Zeichnung vorgespannt. Wenn
es erforderlich ist, die Öffnungsposition des Ansaugsteuerventils 60 zu ändern, wird
der Solenoid 68 mit Energie beaufschlagt. Das wird verursachen, dass
der Schieber 62 magnetisch gegen die Federkraft der Feder 66 angezogen
wird, um eine Fluidpfadfläche
zu ändern,
durch die der Kraftstoff von der Förderpumpe 40 zu der
Hochdruckpumpe 50 gefördert
wird.
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Das
Ansaugsteuerventil 60 kann eine normalerweise offene Bauart
sein. In diesem Fall wird die Öffnungsfläche des
Auslasses des Ansaugsteuerventils 60 umso kleiner, je größer der
Anweisungsstrom ist. Die maximale Menge des Kraftstoffs, der in die
Hochdruckpumpe 50 von dem Ansaugsteuerventil 60 gesaugt
wird, wird so ausgewählt,
dass sie größer als
die maximale Menge des Kraftstoffs ist, der von der Hochdruckpumpe 50 ausgestoßen wird. Wenn
daher der Anweisungsstrom graduell verringert wird, wird das verursachen,
dass die Menge des Kraftstoffs, der von der Hochdruckpumpe 50 ausgestoßen wird,
während
der Verringerung des Anweisungsstroms den maximalen Wert erreicht
und dann konstant gehalten wird. Das Ansaugsteuerventil 60 kann
alternativ eine normalerweise geschlossene Bauart sein. In diesem
Fall wird die Öffnungsfläche des
Auslasses des Ansaugsteuerventils 60 umso größer, je
größer der
Anweisungsstrom ist. Wenn daher der Anweisungsstrom graduell vergrößert wird, wird
das verursachen, dass die Menge des Kraftstoffs, der aus der Hochdruckpumpe 50 ausgestoßen wird,
den maximalen Wert während
der Verringerung des Anweisungsstroms erreicht und dann konstant gehalten
wird.
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Der
Anweisungsstrom wird durch die Verbrennungsmotorsteuerung 30 in
den folgenden Schritten bestimmt.
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Zuerst
wird eine Sollmenge des Kraftstoffs, die aus der Hochdruckpumpe 50 (insbesondere
der Kraftstoffpumpe 14) auszustoßen ist, auf der Grundlage
einer Differenz zwischen einem Ist-Druck in der Common-Rail 16 und
einem Solldruck in der Common-Rail 16 berechnet. Als nächstes wird
eine Solldurchflussrate, mit der der Kraftstoff in die Druckkammer 52 der
Hochdruckpumpe 50 zu laden ist, berechnet, um eine Sollmenge
des Kraftstoffs zu erreichen, der aus der Hochdruckpumpe 50 auszustoßen ist. Abschließend wird
der Anweisungsstrom berechnet, von dem erfordert wird, dass er das
Ansaugsteuerventil in eine Öffnungsposition
bringt, die die Solldurchflussrate des Kraftstoffs erzielt.
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Bei
einer normalen Verwendung des Ansaugsteuerventils 60 können Fremdkörper zwischen dem
inneren Umfang des Zylinders 61 und dem äußeren Umfang
des Schiebers 62 hängen
bleiben, was eine Fehlfunktion der Steuerung der Öffnungsposition
des Ansaugsteuerventils 60 zur Folge hat. Beispielsweise
kann das Ansaugsteuerventil 60 aus der Steuerung laufen,
wenn es sich in oder in der Nähe
von der vollständig
offenen Position befindet. Zusätzlich
kann sich eine Verkabelung mit dem Verbinder 69 des Ansaugsteuerventils 60 getrennt
oder aus irgendwelchen Gründen
zerstört
werden, was somit eine Fehlfunktion beim Steuern des Ansaugsteuerventils 60 zur
Folge hat. Derartige Fehlfunktionen des Betriebs des Ansaugsteuerventils 60 können verursachen,
dass die Hochdruckpumpe 50 eine überschüssige Menge des Kraftstoffs
ausstößt, so dass
die Common-Rail 16 mit Überdruck
beaufschlagt wird.
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Zum
Mindern des vorstehend genannten Problems hat das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
ein Kraftstoffbegrenzungsventil 32, das in dem Niederdruckkraftstoffrohr 12 installiert
ist und das wirkt, um eine Betätigung
des Kraftstoffbegrenzungsventils 32 durch die Verbrennungsmotorsteuerung 30 zu
steuern. Das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 ist eine normalerweise
offene Bauart, das bei einer Eingabe eines Einschaltsignals von
der Verbrennungsmotorsteuerung 30 geschlossen wird. Wenn das
Kraftstoffbegrenzungsventil 32 sich in der geschlossenen
Position befindet, ist die Fläche
des Niederdruckkraftstoffrohrs 12, durch die der Kraftstoff
bei dem Kraftstoffbegrenzungsventil 32 tritt, nahezu geschlossen.
Wenn der Kraftstoff in der Common-Rail 16 sich innerhalb
eines zulässigen
Druckbereichs befindet, hält
die Verbrennungsmotorsteuerung 30 das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 auf
der vollständig
offenen Position. Wenn der Kraftstoff in der Common-Rail 16 aus
dem zulässigen
Bereich angestiegen ist, schließt
die Verbrennungsmotorsteuerung 30 das Kraftstoffbegrenzungsventil 32,
um die Durchflussrate des Kraftstoffs zu minimieren, die in die Hochdruckpumpe 50 gepumpt
wird, um dadurch die Menge des Kraftstoffs (insbesondere die Durchflussrate
des Kraftstoffs), der von der Kraftstoffpumpe 14 zu der
Common-Rail 16 gefördert
wird, zu verringern, um den Druck in der Common-Rail 16 zu
reduzieren.
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In
dem Fall, dass die Common-Rail 16 mit Überdruck beaufschlagt wird,
und es erforderlich ist, das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 zu
schließen,
um die Menge des Kraftstoffs, die zu der Common-Rail 16 gefördert wird,
zu verringern, ist es vorzuziehen, dass die Verbrennungsmotorsteuerung 30 die
Kraftstoffpumpe 14 an einer geringfügig offenen Position hält, was
sicherstellt, dass die Durchflussrate des Kraftstoffs gestattet,
das Fahrzeug zu Sicherheitsbereichen (beispielsweise Autowerkstätten) in
einer Notlaufbetriebsart zu fahren. Wenn beispielsweise die Common-Rail 16 aufgrund
eines Faktors, wie z.B. einer Verringerung der Steuerbarkeit der
Kraftstoffinjektoren 20 oder des Druckverringerungsventils 34 mit Überdruck
beaufschlagt wird, der ein anderer als die Fehlfunktion des Ansaugsteuerventils 60 ist,
kann die Verbrennungsmotorsteuerung 30 ein Steuersignal
an die Kraftstoffpumpe 14 abgeben, um das Ansaugsteuerventil 60 auf
eine gesteuerte offene Position anzuordnen.
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3 ist
ein Ablaufdiagramm einer Abfolge von logischen Schritten oder eines
Programms, das zyklisch durch die Verbrennungsmotorsteuerung 30 auszuführen ist,
um das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 zu schließen, um
den Druck in der Common-Rail 16 auf das Niveau zu verringern,
das erforderlich ist, um die Notlaufbetriebsart sicher zu stellen,
wenn die Common-Rail 16 mit Überdruck beaufschlagt ist.
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Beim
Einschalten eines Zündschalters
des Verbrennungsmotors durch den Betreiber des Fahrzeugs tritt die
Routine in das Programm ein und schreitet zu Schritt 10 voran,
wobei eine Fehlerdiagnosemarke FDIAG gesetzt wird, die die Tatsache
darstellt, dass die Common-Rail 12 sich auf einem ungewöhnlichen
Druckniveau befindet. Insbesondere wird bestimmt, ob die Fehlerdiagnosemarke
FDIAG eins (1) anzeigt oder nicht.
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Wenn
eine Antwort von JA in Schritt 10 erhalten wird, was bedeutet,
dass die Fehlerdiagnosemarke FDIAG eins (1) anzeigt, dass nämlich die Common-Rail 16 sich
auf dem ungewöhnlichen
Druckniveau befindet, schreitet die Routine direkt zu Schritt 18 voran
und tritt in die Notlaufbetriebsart ein. Alternativ schreitet dann,
wenn eine Antwort von NEIN erhalten wird, die Routine zu Schritt 12 voran,
wobei Fahrbedingungen des Dieselverbrennungsmotors unter Verwendung
von Abgaben der Sensoren überwacht
werden, wie in 1 beschrieben ist, um einen
Sollkraftstoffdruck PFIN in der Common-Rail 16 zu bestimmen.
Insbesondere werden der Ist-Druck Pc in der Common-Rail 16,
die Drehzahl NE des Verbrennungsmotors und die Position ACCP des
Beschleunigerpedals geprüft,
um den Sollkraftstoffdruck PFIN auf deren Grundlage zu bestimmen.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 14 voran, wobei bestimmt wird,
ob der Ist-Druck
Pc in der Common-Rail 16 größer als oder gleich wie ein
voreingestellter Druck Pmax ist oder nicht. Der Druck Pmax ist ein
oberer Grenzdruck, der auf der Grundlage des Drucks berechnet wird,
den die Common-Rail 16 aushalten kann. Wenn eine Antwort
von JA erhalten wird (Pc ≥ Pmax),
schreitet die Routine direkt zu Schritt 18 voran und tritt
in die Notlaufbetriebsart ein. Wenn alternativ eine Antwort von
NEIN erhalten wird, schreitet dann die Routine zu Schritt 16 voran,
wobei bestimmt wird, ob eine Differenz ΔPc zwischen dem Sollkraftstoffdruck
PFIN und dem Ist-Druck
Pc der Common-Rail 16 (insbesondere = Pc – PFIN) über einen
vorausgewählten
Wert K für
eine vorbestimmte Zeitdauer T gehalten wird oder nicht. Der Wert
K und die Zeit T werden so ausgewählt, dass sie Werte sind, die
Fehler beim Untersuchen des Ansaugsteuerventils 16 beseitigen,
die sich aus elektrischen Störungen
ergeben, wie z.B. einem elektrischen Signal, das von dem Kraftstoffdrucksensor 22 abgegeben wird.
Wenn eine Antwort von JA erhalten wird, was bedeutet, dass der Druck
in der Common-Rail 16 sich auf einem ungewöhnlich hohen
Niveau befindet, schreitet die Routine zu Schritt 18 voran.
Wenn alternativ eine Antwort von NEIN erhalten wird, endet die Routine
dann.
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In
Schritt 18 wird in die Notlaufbetriebsart eingetreten.
Insbesondere wird das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 geschlossen,
um die Durchflussrate des Kraftstoffs, der in die Hochdruckpumpe 50 gesaugt
wird, zu steuern oder zu verringern.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 20 voran, wobei die Verbrennungsmotorsteuerung 30 die
Energiebeaufschlagung des Ansaugsteuerventils 60 steuert, um
das Ansaugsteuerventil 60 auf eine vorgegebene Öffnungsposition
anzuordnen.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 22 voran, wobei die Fehlerdiagnosemarke
FDIAG auf eins (1) gesetzt wird. Eine Verbrennungsmotorwarnleuchte
wird eingeschaltet, um den Betreiber des Fahrzeugs über die
Fehlfunktion des Verbrennungsmotors zu informieren.
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Der
Betrieb der Verbrennungsmotorsteuerung 30, wenn herausgefunden
wird, dass der Druck in der Common-Rail 16 sich auf dem
ungewöhnlich hohen
Niveau befindet, wird nachstehend unter Bezugnahme auf Zeitdiagramme
der 4(a) bis 4(c) beispielhaft
dargestellt. 4(a) demonstriert eine Änderung
des Drucks in der Common-Rail 16. Eine gestrichelte Linie
stellt den Sollkraftstoffdruck PFIN in der Common-Rail 16 dar.
Eine durchgezogene Linie stellt den Ist-Druck Pc in der Common-Rail 16 dar. 4(b) demonstriert den Grad der Öffnung des
Ansaugsteuerventils 60, der durch einen Prozentanteil (%)
ausgedrückt
wird. 4(c) demonstriert den Grad der Öffnung des
Kraftstoffbegrenzungsventils 32, der durch einen Prozentanteil (%)
ausgedrückt
wird.
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In 4(a) wird vor dem Zeitpunkt t1 der Ist-Druck Pc
in der Common-Rail 16 in Übereinstimmung in der Nähe mit dem
Sollkraftstoffdruck PFIN in dem Rückführregelungsmodus der Verbrennungsmotorsteuerung 30 gebracht.
Ein Fremdkörper
bleibt in dem Ansaugsteuerventil 60 hängen, so dass der Ist-Druck
Pc in der Common-Rail 16 ansteigt. Die Differenz ΔPc zwischen
dem Sollkraftstoffdruck PFIN und dem Ist-Druck Pc übersteigt
den vorausgewählten
Wert K zum Zeitpunkt t1. Wenn ein derartiger Zustand sich über die
vorbestimmte Zeitdauer T zum Zeitpunkt t2 fortgesetzt hat, schließt die Verbrennungsmotorsteuerung 30 das
Kraftstoffbegrenzungsventil 32 nahezu und entregt das Ansaugsteuerventil 60,
um dieses vollständig
zu öffnen.
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Die
Ventilposition des Ansaugsteuerventils 60, die in 4(b) dargestellt ist, ist eine Sollposition, die
durch die Verbrennungsmotorsteuerung 30 angefordert wird,
und kann von einer tatsächlichen
verschieden sein. Wenn der Betrieb richtig abläuft, wird das Ansaugsteuerventil 60 in
der dargestellten Position angeordnet. Wenn jedoch eine Fehlfunktion
vorliegt, kann das Ansaugsteuerventil 60 ein anderes Verhalten
als das in 4(b) gezeigte haben.
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Die
vorteilhaften Wirkungen, die durch das Kraftstoffeinspritzsystem
dieses Ausführungsbeispiels
zur Verfügung
gestellt werden, werden nachstehend beschrieben.
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Das
Kraftstoffbegrenzungsventil 32 ist in dem Niederdruckkraftstoffrohr 12 eingebaut,
das geschlossen wird, um die Menge des Kraftstoffs zu verringern,
der in die Kraftstoffpumpe 14 gesaugt wird, wenn herausgefunden
wird, dass der Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 16 sich
auf einem ungewöhnlich
hohen Niveau befindet, um dadurch die Menge des Kraftstoffs zu verringern,
der zu der Common-Rail 16 gefördert wird, um den Druck in
der Common-Rail 16 dazu bringen, in einen zulässigen Druckbereich
abzufallen. Das schützt
die Bauteile des Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere
eines Hochdruckfördersystems,
wie z.B. die Common-Rail 16, die Hochdruckkraftstoffleitungen 18,
die Kraftstoffinjektoren 20, den Kraftstoffdrucksensor 22,
das Druckverringerungsventil 34 usw. vor physikalischen
Beschädigungen.
Im Vergleich mit der Anordnung, bei der das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 an
der Hochdruckseite eingebaut ist, wird der Bedarf nach einer individuellen
Auslegung der Kraftstoffeinspritzsysteme hinsichtlich der Druckkapazität beseitigt,
was somit ermöglicht,
dass das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 in den jeweiligen Kraftstoffeinspritzsystemen
unverändert
verwendet wird. Es ist ebenso möglich,
dass das Druckverringerungsventil 34 eine verringerte Fähigkeit
zum Ablassen des Kraftstoffs aus der Common-Rail 16 hat, wenn
es hohen Drücken
ausgesetzt wird, was somit eine verbesserte Fähigkeit der Einstellung des Drucks
des Kraftstoffs in der Common-Rail 16 zur Folge hat.
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Als
Hauptfaktor, der verursacht, dass die Common-Rail 16 mit Überdruck
beaufschlagt wird, wird die Fehlfunktion des Ansaugsteuerventils 60 erachtet.
Wenn das Ansaugsteuerventil 60 einer Fehlfunktion unterliegt,
hat das gewöhnlich
eine Schwierigkeit beim Regulieren der Menge des Kraftstoffs zur Folge,
der in die Kraftstoffdruckpumpe 4 gesaugt wird. Der Aufbau
dieses Ausführungsbeispiels
ist wirksam beim Bewältigen
eines derartigen Problems.
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Wenn
herausgefunden wird, dass die Common-Rail 16 sich auf dem
ungewöhnlich
hohen Druckniveau befindet, wirkt die Verbrennungsmotorsteuerung 30 nicht,
um das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 vollständig zu
schließen,
was ermöglicht, dass
die Kraftstoffinjektoren 20 Kraftstoff in die Zylinder
des Verbrennungsmotors versprühen,
um zu gestatten, das Fahrzeug in dem Notlaufbetrieb zu fahren.
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Wenn
insbesondere herausgefunden wird, dass die Common-Rail 16 sich
auf dem ungewöhnlich
hohen Druckniveau befindet, wirkt die Verbrennungsmotorsteuerung 30,
um Steuersignale abzugeben, um das Kraftstoffbegrenzungsventil 32 geringfügig offen
zu halten und das Ansaugsteuerventil 60 auf einer vorgegebenen Öffnungsposition
zu halten, um dadurch zu gestatten, dass die Kraftstoffpumpe 14 den
Kraftstoff zu der Common-Rail 16 zuführt, wenn ein gewisser Faktor,
der ein anderer als die Fehlfunktion des Ansaugsteuerventils 60 ist,
einen übermäßigen Anstieg
des Drucks in der Common-Rail 16 zur Folge hatte.
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Die
Verbrennungsmotorsteuerung 30 ist ausgelegt, um zu entscheiden,
dass der Druck in der Common-Rail 16 unerwünscht angestiegen
ist, wenn der Ist-Druck in der Common-Rail 16 die obere
Grenze Pmax überstiegen
hat, der auf der Grundlage des Widerstands der Common-Rail 16 gegenüber dem Druck
des Kraftstoffs ausgewählt
wird, der darin zu speichern ist. Insbesondere wirkt die Verbrennungsmotorsteuerung 30,
um den Druckverringerungsbetrieb zum Verringern des Drucks in der
Common-Rail 16 auf der Grundlage des Widerstandsdrucks
der Common-Rail 16 einzuleiten.
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Wenn
die Differenz ΔPc
zwischen dem Sollkraftstoffdruck PFIN und dem Ist-Druck Pc der Common-Rail 16 (insbesondere
= Pc – PFIN) über dem vorausgewählten Wert
K für die
vorbestimmte Zeitdauer T gehalten wird, entscheidet die Verbrennungsmotorsteuerung 30,
dass die Common-Rail 16 sich auf den ungewöhnlich hohen
Druckniveaus befindet. Das ergibt eine rasche Vermeidung des unerwünschten
Anstiegs des Drucks in der Common-Rail 16.
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Der
Aufbau des Kraftstoffsystems, der in 1 dargestellt
ist, kann abgewandelt werden, wie nachstehend beschrieben ist.
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Das
Druckverringerungsventil 34 kann von der Common-Rail 16 weggelassen
werden. Das ermöglicht
ebenso, dass der Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 16 verringert
wird, um die Notlaufbetriebsart zu erzielen.
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Wenn
herausgefunden wird, dass der Druck in der Common-Rail 16 unerwünscht angestiegen
ist, kann die Verbrennungsmotorsteuerung 30 das Druckverringerungsventil 34 gleichzeitig
mit dem Schließen
des Kraftstoffbegrenzungsventils 32 öffnen, was dadurch ein rasches
Ablassen des Drucks von der Common-Rail 16 zur Folge hat.
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Anstelle
des Druckbegrenzungsventils 32 können sich zwei Abzweigungsleitungen,
die verschiedene Abmessungen oder Durchmesser haben (insbesondere
Querschnittsflächen),
zwischen dem Auslass des Niederdruckkraftstoffrohrs 12 und
dem Einlass der Kraftstoffpumpe 12 oder zwischen dem Kraftstofftank 10 und
dem Einlass der Kraftstoffpumpe 12 durch eine Auswahleinrichtung
erstrecken. Wenn es erforderlich ist, den Kraftstoff zu der Common-Rail 16 mit
einer größeren Durchflussrate
zu fördern,
bildet die Verbrennungsmotorsteuerung 20 eine Fluidverbindung
zwischen der Kraftstoffpumpe 14 und einer der Abzweigungsleitungen,
die den größeren Durchmesser
hat, durch die Auswahleinrichtung. Wenn es alternativ erforderlich
ist, den Kraftstoff zu der Common-Rail 16 mit einer geringeren Durchflussrate
zu fördern,
wenn nämlich
herausgefunden wird, dass die Common-Rail 16 mit Überdruck beaufschlagt
wurde, bildet die Verbrennungsmotorsteuerung 20 eine Fluidverbindung
nur zwischen der Kraftstoffpumpe 14 und einer der Abzweigungsleitungen,
die einen kleineren Durchmesser hat, durch die Auswahleinrichtung.
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Während die
vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele
zum Vereinfachen des besseren Verständnisses derselben offenbart
wurde, ist offensichtlich, dass die Erfindung auf verschiedenen
Wegen ohne Abweichen von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden kann.
Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen
Ausführungsbeispiele und
Abwandlungen zu den gezeigten Ausführungsbeispielen aufweist,
die ohne Abweichen von dem Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden können, der
in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben ist. Beispielsweise kann die Erfindung mit einem Sammlerkraftstoffeinspritzsystem
für Dieselverbrennungsmotoren
oder Benzin betriebene Automobilverbrennungsmotoren, wie z.B. Direkteinspritzverbrennungsmotoren
verwendet werden.
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Somit
wird eine Sammlerkraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
bereitgestellt, die einen Durchflussratensteuermechanismus, beispielsweise
ein Kraftstoffbegrenzungsventil hat, das zwischen einem Kraftstofftank
und einem Einlass einer Kraftstoffpumpe installiert ist, die wirkt,
um Kraftstoff zu einem Sammler, wie z.B. einer Common-Rail zu fördern. Die
Vorrichtung weist ebenso eine Überdrucksteuerung
auf, die überwacht,
ob der Druck des Kraftstoffs in dem Sammler über einen vorgegebenen zulässigen Bereich
angestiegen ist oder nicht. Wenn herausgefunden wird, dass der Druck
des Kraftstoffs außerhalb
des zulässigen
Bereichs angestiegen ist, betreibt die Überdrucksteuerung den Durchflussratensteuermechanismus,
um die Durchflussrate des Kraftstoffs zu verringern, der zu dem
Sammler gefördert
wird, um einen übermäßigen Anstieg
des Drucks in dem Sammler aufzuheben.