DE102013202411A1

DE102013202411A1 - Kraftstoffpumpe mit geräuscharmem nockenbetätigtem saugventil

Info

Publication number: DE102013202411A1
Application number: DE102013202411A
Authority: DE
Inventors: Paul Zeng; Vince Paul Solferino; Kyi Shiah; Joseph Basmaji; Patrick Brostrom
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2013-08-22
Also published as: US20130213359A1; US9303607B2; CN203271979U; RU141720U1

Abstract

Es wird ein Kraftstoffsystem offenbart, das eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einem geräuscharmen Kraftstoffdosierventil enthält. In einem Beispiel kann das geräuscharme Kraftstoffdosierventil nockengetrieben sein. Das Kraftstoffsystem kann Kraftmaschinengeräusche reduzieren und Betriebsmodi bereitstellen, die sich von anderen Kraftstoffsystemen unterscheiden.

Description

Die vorliegende Beschreibung betrifft eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe zur Zufuhr von Kraftstoff zu einer Kraftmaschine mit innerer Verbrennung. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe kann besonders nützlich für Kraftmaschinen sein, die Kraftstoffeinspritzventile enthalten, die Kraftstoff direkt in Motorzylinder einspritzen.
Diesel- und direkteingespritzte Benzinmotoren haben Kraftstoffeinspritzsysteme, die Kraftstoff direkt in Motorzylinder einspritzen. Der Kraftstoff wird mit einem höheren Druck zu einem Motorzylinder gespritzt, so dass Kraftstoff während des Verdichtungshubs, wenn der Zylinderdruck höher ist, in den Zylinder eintreten kann. Der Kraftstoff wird durch eine mechanisch getriebene Kraftstoffpumpe auf den höheren Druck gebracht. Kraftstoffdruck am Auslass der Kraftstoffpumpe wird durch Einstellen einer durch die Kraftstoffpumpe fließenden Kraftstoffmenge gesteuert. Eine Art und Weise der Steuerung von Fluss durch die Kraftstoffpumpe erfolgt über ein elektromagnetisch betätigtes Dosierventil. In einem Beispiel wird der Elektromagnet zum Schließen des Dosierventils während einer Pumpphase der Kraftstoffpumpe betätigt. Durch Schließen des Dosierventils wird verhindert, dass Kraftstoff in einen oder aus einem Einlass der Kraftstoffpumpe fließt. Die Schließzeit des Dosierventils kann zur Steuerung von Fluss durch die Kraftstoffpumpe eingestellt werden. Wenn der Elektromagnet jedoch seinen Zustand ändert, um ein Öffnen oder Schließen des Dosierventils zu gestatten, trifft der Elektromagnet oder ein Teil des Dosierventils auf eine Fläche in dem Dosierventilgehäuse auf. Der Aufprall kann ein Tickgeräusch erzeugen, das möglicherweise nicht wünschenswert ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die oben genannten Nachteile erkannt und haben ein Kraftstoffsystem entwickelt, das Folgendes umfasst: eine einen Einlass und einen Auslass enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; und ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist.
Durch Betrieb des Dosierventils über einen Nocken kann es möglich sein, die Aufprallgeschwindigkeit zwischen einem Dosierventil und einem Gehäuse zu reduzieren. Infolgedessen kann ein das Dosierventil betätigender Nocken sehr geräuscharm rotiert werden. Darüber hinaus kann sich das nockenbetätigte Dosierventil ohne Erzeugung eines Schlaggeräusches öffnen. Infolgedessen können sowohl Öffnungs- als auch Schließgeräusche des Dosierventils im Vergleich zu einem elektromagnetisch betätigten Dosierventil reduziert werden.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Insbesondere kann der Lösungsansatz Kraftstoffsystemgeräusche reduzieren. Des Weiteren kann der Lösungsansatz eine verbesserte Kraftstoffdrucksteuerung gewährleisten. Darüber hinaus kann der Lösungsansatz die Langlebigkeit des Dosierventils durch Reduzieren von Aufprallkräften zwischen Dosierventilkomponenten verbessern.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die hier beschriebenen Vorteile werden bei Lektüre eines Ausführungsbeispiels, hier als ausführliche Beschreibung bezeichnet, alleine betrachtet oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, besser verständlich; in den Zeichnungen zeigen:
1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Kraftmaschine;
2 ist ein Schemadiagramm eines beispielhaften Kraftstoffsystems für eine Kraftmaschine;
3A–3C zeigen Schemadiagramme einer/eines beispielhaften Hochdruck-Kraftstoffpumpe und Dosierventils;
4A–4B zeigen beispielhafte Diagramme von Kraftstoffpumpen- und Dosierventilbetriebsabläufen;
5A–5B zeigen Schemadiagramme einer/eines beispielhaften Hochdruck-Kraftstoffpumpe und Dosierventils;
6A–6B zeigen beispielhafte Diagramme von Kraftstoffpumpen- und Dosierventilbetriebsabläufen;
7A–7D zeigen Schemadiagramme einer/eines beispielhaften Kraftstoffpumpe und Dosierventils;
8A–8B zeigen beispielhafte Diagramme von Kraftstoffpumpen- und Dosierventilbetriebsabläufen; und
9 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Kraftstoffpumpe und eines Dosierventils.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Kraftstoffsystem zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in Zylinder einer Kraftmaschine. 1 zeigt einen direkt eingespritzten Benzinmotor. Das hier beschriebene Kraftstoffsystem ist jedoch gleichermaßen auf Dieselmotoren anwendbar. 2 zeigt ein Schemadiagramm eines beispielhaften Kraftstoffsystems, das eine Kraftstoffpumpe und ein Dosierventil enthält.
3A–3C zeigen ein(e) beispielhafte(s) Kraftstoffpumpe und Dosierventil. 4A–4B zeigen beispielhafte Abläufe für den Betrieb der Kraftstoffpumpe und des Dosierventils, die bzw. das in den 3A–3C gezeigt wird. In den 5A–5B werden eine alternative Kraftstoffpumpe und ein alternatives Dosierventil gezeigt. 6A–6B zeigen beispielhafte Abläufe für den Betrieb der Kraftstoffpumpe und des Dosierventils, die bzw. das in den 5A–5B gezeigt wird. In den 7A–7D werden eine andere alternative Kraftstoffpumpe und ein anderes alternatives Dosierventil gezeigt. 8A–8B zeigen beispielhafte Abläufe für den Betrieb der Kraftstoffpumpe und des Dosierventils, die bzw. das in den 7A–7D gezeigt wird. Die in den 2–8 beschriebenen Kraftstoffpumpen und Dosierventile können gemäß dem Verfahren von 9 betrieben werden.
Auf 1 Bezug nehmend, wird eine mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, umfassende Kraftmaschine mit innerer Verbrennung 10 durch eine elektronische Kraftmaschinensteuerung 12 gesteuert. Die Kraftmaschine 10 enthält eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 steht in der Darstellung über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Als Alternative dazu können ein oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine elektromechanisch gesteuerte Ventilspulen- und -ankeranordnung betätigt werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
Ein Verdichter 162 saugt Luft aus dem Lufteinlass 42 zur Versorgung einer Verstärkerkammer 46. Abgase drehen eine Turbine 164, die über eine Welle 161 mit dem Verdichter 162 verbunden ist. Ein unterdruckbetätigter Wastegate-Steller 160 gestattet, dass Abgase die Turbine 164 umgehen, so dass Aufladedruck unter verschiedenen Betriebsbedingungen gesteuert werden kann.
In der Darstellung ist das Kraftstoffeinspritzventil 66 so positioniert, dass es Kraftstoff direkt in die Brennkammer 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Als Alternative dazu kann Kraftstoff zu einem Einlasskanal eingespritzt werden, was dem Fachmann als Einlasskanaleinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von der Steuerung 12. Kraftstoff wird von einem Kraftstoffsystem (siehe 2), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoff-Verteilerleitung enthält, an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 erhält Betriebsstrom von einem Treiber 68, der auf die Steuerung 12 reagiert. Außerdem steht der Einlasskrümmer 44 in der Darstellung mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Position der Drosselplatte 64 verstellt, um Luftstrom vom Lufteinlass 42 zum Einlasskrümmer 44 zu steuern.
Eine verteilerlose Zündanlage 88 liefert über eine Zündkerze 92 als Reaktion auf die Steuerung 12 einen Zündfunken zur Brennkammer 30. In der Darstellung ist eine Universal-Lambdasonde 126 (UEGO-Sonde, UEGO – Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt) stromaufwärts eines Katalysators 70 mit dem Auslasskrümmer 48 gekoppelt. Als Alternative dazu kann anstelle der UEGO-Sonde 126 eine Zweizustands-Lambdasonde eingesetzt werden.
Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysator-Bricks enthalten. In einem anderen Beispiel können mehrere Abgasreinigungssysteme, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwege-Katalysator sein.
In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 erhält in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren, darunter die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zur Erfassung von durch den Fuß 132 ausgeübter Kraft; eine Messung eines Einlasskrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 121; Aufladekammerdruck vom Drucksensor 122; einen Kraftmaschinenpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung von in die Kraftmaschine eintretender Luftmasse von dem Sensor 120; und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Kraftmaschinenpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse, aus denen die Kraftmaschinendrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
In einigen Beispielen kann die Kraftmaschine mit einem Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon aufweisen. Des Weiteren können in einigen Beispielen andere Kraftmaschinenkonfigurationen eingesetzt werden, zum Beispiel ein Dieselmotor.
Im Betrieb erfährt jeder Zylinder in der Kraftmaschine 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an dem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet. Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine Zündkerze 92, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern.
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird ein beispielhaftes Kraftstoffsystem gezeigt. Das Kraftstoffsystem 200 enthält eine Steuerung 12, die Kraftstoffdruckinformationen über den Kraftstoffdrucksensor 276 empfängt. Die Steuerung 12 liefert Dosierventilöffnungs- und -schließzeit-Befehle zur Motorsteuerung 226. In einigen Beispielen kann die Motorsteuerung 226 in der Steuerung 12 integriert sein. Des Weiteren empfängt die Steuerung 12 Kraftmaschinennockenwellen- und -kurbelwellenstellungsinformationen, wie in 1 gezeigt. Die Motorsteuerung 226 empfängt Motorpositionsinformationen von dem mechanisch mit dem Motor 210 gekoppelten Codierer 250. Die Motorsteuerung 226 versorgt die Wicklungen des Motors 210 mit Strom. In einem Beispiel handelt es sich bei dem Motor 210 um einen Drehstromschrittmotor. Der Motor 210 dreht sich, damit Kraftstoff gezielt durch das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe fließen kann.
Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 230 leitet Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 232 zu dem Kraftstoffdosierventil 220. Kraftstoff kann von dem Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 fließen, wenn das Dosierventil 200 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe so positioniert ist, dass es Kraftstofffluss durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 gestattet. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird von der am Nocken 51 enthaltenen Erhebung 204 angetrieben. Insbesondere bewegt die Erhebung 204 einen Kolben oder Stößel zur Druckbeaufschlagung von Kraftstoff in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202. Das Rückschlagventil 208 ist so vorgespannt, dass es Kraftstofffluss von dem Auslass der Kraftstoffpumpe 202 gestattet, aber Fluss in den Auslass der Kraftstoffpumpe 202 begrenzt. Das Rückschlagventil 208 gestattet Kraftstofffluss in die Kraftstoff-Verteilerleitung 225, die einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzventilen 66 Kraftstoff zuführt. Die Kraftstoffeinspritzventile 66 können gemäß von der Steuerung 12 ausgegebenen Befehlen geöffnet und geschlossen werden.
Nunmehr auf 3A Bezug nehmend, wird ein Querschnitt eines ersten Beispiels für eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und ein Dosierventil 220 einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe gezeigt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe und das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 3A gezeigt wird, können der in 1 als Teil des in 2 gezeigten Kraftstoffsystems gezeigten Kraftmaschine Kraftstoff zuführen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe und das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 3A gezeigt wird, können gemäß dem Verfahren von 9 betrieben werden.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 enthält ein Gehäuse 340, einen Stößel 302 und eine Pumpenkammer 312. Der Stößel 302 bewegt sich in bei 333 gezeigte Richtungen hin und her, wenn die Nockenerhebung 204 eine Kraft an den Stößel 302 anlegt. Die Nockenerhebung 204 dreht sich mit der Nockenwelle 51, die sich mit Drehung der Kraftmaschine dreht. Die Nockenwelle 51 dreht sich mit der halben Kurbelwellengeschwindigkeit. Wenn sich die Nockenwelle 51 in eine Position dreht, in der ein Maximalhub (zum Beispiel irgendeine der Spitzen der Erhebung 204) der Erhebung 204 mit dem Stößel 302 in Kontakt steht, ist der Stößel 302 so in der Pumpenkammer 312 positioniert, dass sich das nicht eingenommene Volumen der Pumpenkammer 312 auf einem Minimalwert befindet. Wenn sich die Kurbelwelle 51 in eine Position dreht, in der ein Minimalhub (zum Beispiel irgendeiner der niedrigen Abschnitte der Erhebung 204) der Erhebung 204 mit dem Stößel 302 in Kontakt steht, ist der Stößel 302 so in der Pumpenkammer 312 (zum Beispiel in dem Bereich, in dem Kraftstoff in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 mit Druck beaufschlagt werden kann) positioniert, dass sich das Volumen der Pumpenkammer 312 auf einem Maximalwert befindet. Wenn sich Kraftstoff in der Pumpenkammer 312 befindet, während das Dosierventil 220 geschlossen ist, dann kann Kraftstoffdruck somit in der Kraftstoffpumpe 202 erhöht werden, indem das Volumen der Pumpenkammer 312 verkleinert wird.
Kraftstoff kann über den Pumpenkammereinlass 361 in die Pumpenkammer 312 eintreten oder aus ihr austreten. Kraftstoff kann über den Pumpenkammerauslass 306 aus der Pumpenkammer 312 austreten. Die Schnittebene 319 definiert den in 3B gezeigten Querschnitt. Die Schnittebene 321 definiert den in 3C gezeigten Querschnitt. Kraftstoff verlässt die Pumpenkammer 312, wenn der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 312 den Kraftstoffdruck hinter einem Rückschlagventil am Pumpenkammerauslass 306 übersteigt. Kraftstoff kann auch die Pumpenkammer 312 verlassen, wenn das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während einer Pumpphase der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 geöffnet ist.
Das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe enthält die Welle 320, die über den Motor 210 gedreht werden kann. Die Welle 320 enthält die Öffnung 335, die Kraftstofffluss in die Kammer 312 gestatten kann, wenn die Welle 320 ordnungsgemäß positioniert ist. Die Welle 320 und die Öffnung 335 befinden sich in der Darstellung in einer geschlossenen Position, wodurch Kraftstofffluss in die und aus der Pumpenkammer 312 im Wesentlichen angehalten wird. Die Welle 320 dreht sich, um gezielten Kraftstofffluss von der Dosierventilkammer 310 und dem Ventilkörper 360 in die Pumpenkammer 312 zu gestatten. Der Ventilkörper 360 enthält den Kanal 331, durch den Kraftstoff in die Pumpenkammer 312 fließen kann. Dichtungen 330 gewährleisten eine Abdichtung zwischen der Welle 320 und dem Ventilkörper 360. Kraftstoff fließt in Richtung der Pfeile. Wenn sich die Öffnung 335 jedoch in einer geöffneten Position befindet, wenn der Stößel 302 einen Aufwärtshub beginnt, kann Kraftstoff aus der Pumpenkammer 312 über die Öffnung 355 zur Dosierventilkammer 310 fließen.
Die Dosierventilkammer 310 enthält einen Einlass 304 zum Empfang von Kraftstoff von einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe. Die Welle 320 durchdringt die Dosierventilkammer 310 in dem vorliegenden Beispiel. In anderen Beispielen können sich die Welle 320 und der Motor 210 jedoch in der Dosierventilkammer 310 befinden. Des Weiteren ist der Motor 210 in der Darstellung über eine optionale flexible Kupplung 380 mit der Welle 320 gekoppelt.
Nunmehr auf 3B Bezug nehmend, wird ein Abschnitt der Kraftstoffpumpe 202, der durch die Schnittebene 319 von 3A angegeben wird, gezeigt. Das Gehäuse 340 enthält den Einlass 361, der mit dem Kanal 331 des Ventilkörpers 360 in Verbindung steht. Somit kann Kraftstoff durch den Kanal 331 und durch den Kanal 361 fließen, bevor er in die Pumpenkammer 312 eintritt.
Nunmehr auf 3C Bezug nehmend, wird ein Abschnitt des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, der durch die Schnittebene 321 von 3A angegeben wird, gezeigt. Der Ventilkörper 360 enthält den Kanal 331, der sich durch seine Länge erstreckt. Die Welle 320 enthält die Öffnung 335. Die Öffnung 335 ist in der Darstellung senkrecht zu dem Kanal 331 positioniert, so dass der Kanal 331 durch die Welle 320 geschlossen ist. Der Kanal 331 wird geöffnet, wenn die Welle 320 um 90 Grad gedreht wird. Somit kann der Kanal 331 durch Drehen der Welle 320 über den Motor 210 gezielt geöffnet und geschlossen werden. Des Weiteren kann der Kanal 331 unabhängig von der Position des in 3A gezeigten Stößels 302 geöffnet und geschlossen werden. Auf diese Weise kann die Welle 320 den Kanal 311 durch Drehen abdichten und freigeben, um Kraftstofffluss von der Dosierventilkammer 310 zur Pumpenkammer 312 zu gestatten oder zu sperren.
Nunmehr auf 4A Bezug nehmend, zeigt diese mehrere Diagramme, die beim Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 3A gezeigt wird, von Interesse sind. Die Sequenz von 4A kann an dem in den 1–3C gezeigten System gemäß dem Verfahren von 9 durchgeführt werden. Vertikale Zeitmarkierungen T₀–T₃ stellen bestimmte Zeitpunkte dar, die während der Sequenz von Interesse sind. Die in einem Diagramm an einer bestimmten Zeitmarkierung gezeigten Ereignisse treten zum gleichen Zeitpunkt auf wie Ereignisse in den anderen Diagrammen, die auf die gleiche Zeitmarkierung ausgerichtet sind.
Das erste Diagramm von oben in 4A stellt die Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößelposition dar (zum Beispiel 302 in 3A). Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Figur zu. Die Y-Achse stellt die Pumpenstößelposition dar, und das Pumpkammervolumen ist am kleinsten, wenn sich der Stößelpositionslinienverlauf 401 auf seinem höchsten Wert in Richtung des Pfeils der Y-Achse befindet.
Das zweite Diagramm von oben in 4A stellt den Zustand des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe dar. Die Y-Achse stellt die Position des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe dar. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite des Diagramms zur rechten Seite des Diagramms zu. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist geöffnet, wenn sich die Position 410 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf einer größeren Höhe befindet. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist geschlossen, wenn dich die Position 410 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nahe der X-Achse befindet.
Das dritte Diagramm von oben in 4A stellt die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftmaschinen-Kraftstoff-Verteilerleitung geleitete Kraftstoffmenge dar. Die Y-Achse stellt die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung geleitete Kraftstoffmenge dar, und die Menge nimmt in Richtung des Pfeils der Y-Achse zu. Die X-Achse stellt Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite des Diagramms zur rechten Seite des Diagramms zu.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößelposition 401 wird mit einem sinusförmigen Verlauf gezeigt. Der Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößel wird mit Drehung der Nockenerhebung durch eine Nockenwelle aus der Pumpenkammer heraus- bzw. dort hinein eingezogen. Die Hochdruckpumpensaugphase wird als Bereich 406 gezeigt. Die Pumpphase wird als Bereich 403 gezeigt. Während der Saugphase bewegt sich der Stößel in einer Richtung zum Vergrößern des Volumens in der Pumpenkammer 312. Der Druck in der Pumpenkammer 312 kann abnehmen, wenn das Pumpenkammervolumen zunimmt. Während der Pumpphase bewegt sich der Stößel in einer Richtung zur Verkleinerung des Volumens in der Pumpenkammer. Der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 312 kann zunehmen, wenn das Pumpenkammervolumen abnimmt.
In diesem Beispiel beginnt der Pumpenstößel zum Zeitpunkt T₀ auf einer größeren Höhe und nimmt mit der Zeit ab, so dass sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Saugphase befindet. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist während der Saugphase 406 geöffnet, und der Kraftstoff-Verteilerleitung wird kein Kraftstoff zugeführt. Die Position 410 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bleibt in einem geöffneten Zustand, damit Kraftstoff aus der Pumpenkammer 312 fließen kann, wenn der Stößel in die Pumpphase in Bereich 403 eintritt. Die Pumpphase beginnt zum Zeitpunkt T₁. Während der Überlaufphase in Bereich 402 wird Kraftstoff in der Pumpenkammer 312 in die Dosierventilkammer 310 gedrückt, da sich das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einem geöffneten Zustand befindet und da das Volumen der Pumpenkammer 312 abnimmt. Ein Zyklus der Hochdruckpumpe enthält eine Überlaufphase und eine Pumpphase.
Zum Zeitpunkt T₂ schließt das Dosierventil, wie dadurch angezeigt, dass die Öffnungsposition des Dosierventils auf null übergeht. Als Reaktion auf das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird die Überlaufphase in Bereich 402 beendet und beginnt die Förderphase in Bereich 404. Kraftstoff verlässt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 während der Förderphase, wenn Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 312 über Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung ansteigt. Die Menge der Kraftstoffförderung wird bei 414 gezeigt und ist relativ gering, da das Dosierventil spät in der Pumpphase geschlossen wird. Eine neue Saugphase und ein neuer Zyklus der Hochdruck-Kraftstoffpumpe beginnen zum Zeitpunkt T₃.
Die gepumpte Kraftstoffmenge und der der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführte Kraftstoffdruck können durch Nachfrühverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während der Pumpphase erhöht werden. Die gepumpte Kraftstoffmenge und der der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführte Kraftstoffdruck können durch Nachspätverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während der Pumpphase verringert werden. Das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird nach früh verstellt, wenn das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe früher in der Pumpphase geschlossen wird. Das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird nach spät verstellt, wenn das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe später in der Pumpphase geschlossen wird.
Nunmehr auf 4B Bezug nehmend, wird eine zweite Betriebssequenz der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 3A gezeigt wird, bereitgestellt. Die Sequenz von 4B kann an dem in den 1–3C gezeigten System gemäß dem Verfahren von 9 durchgeführt werden. Die Diagramme von 4B ähneln den Diagrammen von 4A. Deshalb wird eine Beschreibung ähnlicher Merkmale und Elemente der Kürze halber weggelassen. Besondere Unterschiede werden beschrieben.
Zum Zeitpunkt T₀ verringert sich die Position 451 des Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößels, was anzeigt, dass sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Saugphase befindet. Die Position 480 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird geöffnet gezeigt, damit Kraftstoff in die Hochdruck-Kraftstoffpumpenkammer 312 fließen kann. Es wird kein Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung geleitet.
Zum Zeitpunkt T₁ beginnt die Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößelposition die Pumpphase, die vom Zeitpunkt T₁ bis zum Zeitpunkt T₃ verläuft. Das Dosierventil ist vom Zeitpunkt T₁ bis zum Zeitpunkt T₂ geöffnet. Deshalb befindet sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Überlaufphase in Bereich 450. Das Dosierventil schließt sich zum Zeitpunkt T₂, und der Stößel 302 beginnt, Kraftstoff in der Pumpenkammer 312 mit Druck zu beaufschlagen. Da die Position 451 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geschlossen ist, befindet sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Förderphase, wie durch Bereich 454 gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Dosierventil 220 zum Zeitpunkt T₂ geschlossen wird, was gegenüber der in 4A gezeigten Dosierventilschließzeit nach früh verstellt ist. Somit wird ein größeres Volumen der Pumpenkammer 312 nach der in 4B gezeigten Dosierventilschließzeit zwischen Zeitpunkt T₂ und Zeitpunkt T₃ im Vergleich zu dem zwischen dem Zeitpunkt T₂ und dem Zeitpunkt T₃ in 4A verdrängt. Des Weiteren ist der Zeitpunkt T₂ in 4B im Vergleich zu dem Zeitpunkt T₂ in 4A nach früh verstellt. Infolgedessen vergrößert sich die von der Hochdruckpumpe weitergeleitete Kraftstoffmenge, wie bei 490 gezeigt.
Zum Zeitpunkt T₃ tritt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe erneut in eine Saugphase ein und dann in eine Pumpphase, während die Stößelposition von Abnahme auf Zunahme übergeht. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist während der Saugphase und teilweise durch die Pumpphase hindurch geöffnet.
Zum Zeitpunkt T₄ wird das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geschlossen, und es wird eine geringe Kraftstoffmenge von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung der Kraftmaschine weitergeleitet. Kurz nach dem Zeitpunkt T₅ wird das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wieder geöffnet. Somit wird Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in Bereich 460 abgegeben, während Kraftstofffluss von der Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung in Bereich 464 angehalten wird. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird zum Zeitpunkt T₆ wieder geschlossen, und Kraftstoff beginnt von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zur Kraftstoff-Verteilerleitung zu fließen. Somit fließt Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung in Bereich 468. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird zum Zeitpunkt T₇, zu dem die Saugphase beginnt, wieder geöffnet.
Die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während des Bereichs 460 gepumpte Kraftstoffmenge wird bei 492 gezeigt. Die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während des Bereichs 468 gepumpte Kraftstoffmenge wird bei 494 gezeigt. Der Stößel 302 bewegt sich in Bereich 460 und Bereich 468 um ungefähr die gleiche vertikale Strecke, obgleich Bereich 468 bezüglich der Zeitdauer länger ist als Bereich 460. Dies ist eine Kennlinie des sinusförmigen Stößelverlaufs. Somit kann das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während einer Pumpphase einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe mehrmals geöffnet und geschlossen werden. In einem Beispiel kann das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe als Reaktion auf den an einer Kraftstoff-Verteilerleitung erfassten Kraftstoffdruck geöffnet und geschlossen werden. Somit können über Einstellen der Öffnungs- und Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geringfügige Einstellungen am Kraftstoff-Verteilerleitungsdruck vorgenommen werden. Das Dosierventil 320 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe kann unabhängig von der Position des Stößels 302 geöffnet und geschlossen werden. Jedoch ist es wünschenswert, das Dosierventil 320 während der Saugphase der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 geöffnet zu halten, um den Pumpenwirkungsgrad zu verbessern und Kraftstoffbelüftung zu reduzieren.
Nunmehr auf 5A Bezug nehmend, wird ein Querschnitt einer alternativen beispielhaften Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und eines Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe gezeigt. Die Kraftstoffpumpe und das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 5A gezeigt wird, können der in 1 als Teil des in 2 gezeigten Kraftstoffsystems gezeigten Kraftmaschine Kraftstoff zuführen. Die Kraftstoffpumpe und das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 5A gezeigt wird, können gemäß dem Verfahren von 9 betrieben werden.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 enthält einen Hochdruckpumpenstößel 502 und eine Pumpenkammer 512. Die Pumpenkammer 512 ist von dem Kraftstoffpumpengehäuse 540 umgeben. Kraftstoff kann die Kraftstoffpumpenkammer 512 über den Kraftstoffpumpenauslass 506 verlassen. Der Kraftstoffpumpenauslass 506 führt einer Kraftstoff-Verteilerleitung und Kraftstoffeinspritzventilen der Kraftmaschine Kraftstoff zu. Der Pumpenstößel 502 bewegt sich in die bei 555 gezeigten Richtungen hin und her. Der Nocken 51 enthält Erhebungen 204, die an den Pumpenstößel 502 Kraft anlegen, wenn der Nocken 51 gedreht wird.
Kraftstoff tritt über den Kraftstoffeinlass 504 in die durch die Pfeile gezeigte Richtung in die Kraftstoffpumpe 502 ein. Kraftstoff fließt am Ventilteller 580 vorbei und durch den Schlitz 543 in die durch die Pfeile gezeigte Richtung. Der Teller 580 wird in einer geöffneten Position von dem Ventilsitz 541 weg oder nicht damit in Kontakt gezeigt. Der Teller 580 steht mit dem Ventilsitz 541 in Kontakt, wenn das Dosierventil 220 geschlossen ist. Die Feder 544 führt den Teller 580 auf den Ventilsitz 541 zurück, wenn sich der Nocken 508 in einem niedrigen Hubzustand befindet. Die Schnittebene 519 definiert den in 5B gezeigten Querschnitt. Die Welle 532 bewegt sich in die durch Pfeil 505 gezeigten Richtungen hin und her. Der Dichtring 537 verhindert, dass Kraftstoff aus der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 strömt. Ein Nockenstößel 530 kann zwischen dem Nocken 508 und der Welle 505 positioniert sein. Der Nockenstößel 530 enthält eine Feder 572.
Der Motor 210 kann über die Kupplung 535 mit der Welle 520 gekoppelt sein und senkrecht auf die Bewegungsachse des Pumpenstößels 502 ausgerichtet sein. Die Lager 570 stützten die Welle 520. Der Nocken 508 liefert eine Kraft zum Anheben des Nockenstößels 530, wenn die Welle 520 durch den Motor 210 gedreht wird. Der Motor 210 kann synchron mit dem Nocken 51 und der Bewegung des Pumpenstößels 502 gedreht werden. Des Weiteren kann die Phase des Drehens des Motors 210 bezüglich der Phase des Drehens des Nockens 51, wie in den 6A–6B gezeigt, eingestellt werden, um der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführten Kraftstoffdruck einzustellen.
Nunmehr auf 5B Bezug nehmend, wird ein Querschnitt des Dosierventils 220 gezeigt, der durch die Schnittebene 519 von 5A angegeben wird. Das Gehäuse 540 enthält einen Schlitz oder Kanal 543, der Kraftstofffluss in die Pumpenkammer 512 gestatten kann.
Somit stellt das System der 1–2 und 5A ein Kraftstoffsystem bereit, das Folgendes umfasst: eine einen Einlass und einen Auslass enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; und ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem, dass das nockengetriebene Dosierventil weiterhin einen Ventilsitz und einen Ventilteller umfasst. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem, dass das nockengetriebene Dosierventil weiterhin eine Rückstellfeder umfasst, die zum Schließen des Ventiltellers am Ventilsitz positioniert ist. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem, dass der Ventilteller mit einer Welle gekoppelt ist. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem einen Nocken, wobei der Nocken mit der Welle in mechanischer Verbindung steht. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem einen Dichtring, wobei der Dichtring mit der Welle in mechanischer Verbindung steht. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem ein Rückschlagventil, das am Auslass positioniert ist und dazu vorgespannt ist, Kraftstofffluss in den Auslass zu verhindern. Auf diese Weise können Betriebsgeräusche einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe reduziert werden.
Das System der 1–2 und 5A stellt weiterhin ein Kraftstoffsystem bereit, das Folgendes umfasst: eine einen Einlass und einen Auslass enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist; und einen Motor, der mit dem nockengetriebenen Dosierventil in mechanischer Verbindung steht. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem einen Nocken, wobei der Nocken mit dem Motor in mechanischer Verbindung steht. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem einen Ventilsitz und einen Ventilteller. Das Kraftstoffsystem umfasst, dass der Motor eine Motorwelle enthält und dass die Motorwelle senkrecht zu einer Bewegungsachse des Ventilstößels verläuft. Das Kraftstoffsystem umfasst, dass der Ventilstößel von dem Ventilsitz entfernt ist, wenn sich das nockengetriebene Dosierventil in einer geöffneten Stellung befindet, und dass der Ventilstößel mit dem Ventilsitz in Kontakt steht, wenn sich das nockengetriebene Dosierventil in einer geschlossenen Stellung befindet. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem eine Feder und dass die Feder mit dem Ventilteller in mechanischer Verbindung steht. Das Kraftstoffsystem umfasst, dass die Feder zum Schließen des Ventiltellers am Ventilsitz vorgespannt ist.
In einem anderen Beispiel umfasst das Kraftstoffsystem Folgendes: eine einen Einlass, einen Auslass und einen Stößel enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist; einen Motor, der mit dem nockengetriebenen Dosierventil in mechanischer Verbindung steht; und eine Steuerung. Das Kraftstoffsystem umfasst, dass die Steuerung in einem nichtflüchtigen Medium gespeicherte Anweisungen enthält, wobei die Anweisungen das Öffnen des nockengetriebenen Dosierventils bereitstellen, wenn sich der Stößel im Wesentlichen auf einer Stößelmaximalhubhöhe befindet. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem, dass die Steuerung weitere Anweisungen zur Schließsteuerung des nockengetriebenen Dosierventils als Reaktion auf Kraftmaschinenlast enthält. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem, dass die Steuerung weitere Anweisungen zum synchronen Drehen des Motors mit der Bewegung des Stößels enthält. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem, dass die Steuerung weitere Anweisungen zur Einstellung einer von der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe abgegebenen Kraftstoffmenge enthält. In einem Beispiel umfasst das Kraftstoffsystem, dass die Steuerung weitere Anweisungen zum Drehen des Motors als Reaktion auf Kraftstoffdruck in einer Kraftstoff-Verteilerleitung enthält.
Nunmehr auf 6A Bezug nehmend, zeigt diese mehrere Diagramme, die beim Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 3A gezeigt wird, von Interesse sind. Die Sequenz von 6A kann an dem in den 1–2 und 5A–B gezeigten System gemäß dem Verfahren von 9 durchgeführt werden. Vertikale Zeitmarkierungen T₀–T₃ stellen bestimmte Zeitpunkte dar, die während der Sequenz von Interesse sind. Die in einem Diagramm an einer bestimmten Zeitmarkierung gezeigten Ereignisse treten zum gleichen Zeitpunkt auf wie Ereignisse in den anderen Diagrammen, die auf die gleiche Zeitmarkierung ausgerichtet sind. Die Diagramme von 6A ähneln den Diagrammen von 4A. Deshalb wird eine Beschreibung ähnlicher Merkmale und Elemente der Kürze halber weggelassen. Besondere Unterschiede werden beschrieben.
Die Position 601 des Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößels wird mit einem sinusförmigen Verlauf gezeigt. Der Stößel wird mit Drehung der Nockenerhebung 204 durch die Nockenwelle 51 aus der Pumpenkammer heraus- bzw. dort hinein eingezogen. Die Hochdruckpumpensaugphase wird als Bereich 606 gezeigt. Die Pumpphase wird als Bereich 603 gezeigt. Während der Saugphase bewegt sich der Stößel in einer Richtung zum Vergrößern des Volumens in der Pumpenkammer 512. Der Druck in der Pumpenkammer 512 kann abnehmen, wenn das Pumpenkammervolumen zunimmt. Während der Pumpphase bewegt sich der Stößel in einer Richtung zur Verkleinerung des Volumens in der Pumpenkammer. Der Druck in der Pumpenkammer 512 kann zunehmen, wenn das Pumpenkammervolumen abnimmt.
In diesem Beispiel beginnt der Pumpenstößel zum Zeitpunkt T₀ auf einer größeren Höhe und nimmt mit der Zeit ab, so dass sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Saugphase befindet. Das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist während der Saugphase 606 geöffnet, und der Kraftstoff-Verteilerleitung wird kein Kraftstoff zugeführt. Die Position 608 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (zum Beispiel die Position des Tellers 580) bleibt in einem geöffneten Zustand, damit Kraftstoff aus der Pumpenkammer 512 fließen kann, wenn der Stößel in die Pumpphase in Bereich 603 eintritt. Die Pumpphase beginnt zum Zeitpunkt T₁. Während der Überlaufphase in Bereich 602 fließt Kraftstoff in der Pumpenkammer 512 heraus, da sich das Dosierventil 220 in einem geöffneten Zustand befindet und da das Volumen der Pumpenkammer 512 abnimmt.
Zum Zeitpunkt T₂ beginnt sich das Dosierventil zu schließen, wie dadurch angezeigt, dass die Öffnungsposition des Dosierventils in Richtung null übergeht. Da das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in diesem Beispiel nockengetrieben ist, ändert sich die Position des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nicht so schnell wie das in 3A gezeigte Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Stattdessen ändert sich die Position des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit Änderung des Hubs des Nockens 508. Und der Hub des Nockens 508 ändert sich mit Änderung der Position des Motors 210. Die Geschwindigkeit des Tellers 580 wird auch durch den Hub und die Drehgeschwindigkeit des Nockens 508 beeinflusst. Der Hub des Nockens 508 nimmt ab, wenn sich der Teller 580 dem Sitz 541 nähert, so dass die Geschwindigkeit des Tellers 580 nahe null ist, wenn der Teller 580 den Sitz 541 berührt. Auf diese Weise können Ventilschließgeräusche reduziert werden. Als Reaktion auf das Schließen des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird die Überlaufphase in Bereich 602 beendet und beginnt die Förderphase in Bereich 604. Kraftstoff verlässt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 während der Förderphase, wenn Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 512 über Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung ansteigt. Die Menge der Kraftstoffförderung wird bei 614 gezeigt und ist relativ gering, da das Dosierventil spät in der Pumpphase geschlossen wird.
Die gepumpte Kraftstoffmenge und der der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführte Kraftstoffdruck können durch Nachfrühverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während der Pumpphase erhöht werden. Die gepumpte Kraftstoffmenge und der der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführte Kraftstoffdruck können durch Nachspätverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während der Pumpphase verringert werden. Das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird nach früh verstellt, wenn das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe früher in der Pumpphase geschlossen wird. Das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird nach spät verstellt, wenn das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe später in der Pumpphase geschlossen wird.
Nunmehr auf 6B Bezug nehmend, wird eine zweite Betriebssequenz der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 5A gezeigt wird, bereitgestellt. Die Sequenz von 6B kann an dem in den 1–2 und 5A–B gezeigten System gemäß dem Verfahren von 9 durchgeführt werden. Die Diagramme von 6B ähneln den Diagrammen von 4A. Deshalb wird eine Beschreibung ähnlicher Merkmale und Elemente der Kürze halber weggelassen. Besondere Unterschiede werden beschrieben.
Zum Zeitpunkt T₀ verringert sich die Position 651 des Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößels, was anzeigt, dass sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Saugphase befindet. Die Position 680 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird geöffnet gezeigt, damit Kraftstoff in die Hochdruck-Kraftstoffpumpenkammer 512 fließen kann. Es wird kein Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung geleitet.
Zum Zeitpunkt T₁ beginnt die Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößelposition die Pumpphase, die vom Zeitpunkt T₁ bis zum Zeitpunkt T₃ verläuft. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist vom Zeitpunkt T₁ bis zum Zeitpunkt T₂ geöffnet.
Deshalb befindet sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Überlaufphase in Bereich 650. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe beginnt sich zum Zeitpunkt T₂ zu schließen, und der Stößel 502 beginnt, Kraftstoff in der Pumpenkammer 512 mit Druck zu beaufschlagen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe befindet sich zwischen den Zeitpunkten T₂ und T₃, wie durch Bereich 652 gezeigt, in einer Förderphase. Es sei darauf hingewiesen, dass das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Zeitpunkt T₂ beginnt, sich zu schließen, was gegenüber der in 6A dargestellten Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nach früh verstellt ist. Somit wird ein größeres Volumen der Pumpenkammer 512 nach der in 6B gezeigten Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zwischen Zeitpunkt T₂ und Zeitpunkt T₃ im Vergleich zu dem zwischen dem Zeitpunkt T₂ und dem Zeitpunkt T₃ in 6A gezeigten verdrängt. Des Weiteren ist der Zeitpunkt T₂ in 6B im Vergleich zu dem Zeitpunkt T₂ in 6A nach früh verstellt. Infolgedessen vergrößert sich die von der Hochdruckpumpe weitergeleitete Kraftstoffmenge, wie bei 690 gezeigt.
Nach dem Zeitpunkt T₃ tritt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe erneut in eine Saugphase ein und dann in eine Pumpphase, während die Stößelposition von Abnahme auf Zunahme übergeht. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist während der Saugphase und teilweise durch die Pumpphase hindurch geöffnet.
Nunmehr auf 7A Bezug nehmend wird ein Querschnitt einer alternativen beispielhaften Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und eines Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe gezeigt. Die Kraftstoffpumpe und das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 7A gezeigt wird, können der in 1 als Teil des in 2 gezeigten Kraftstoffsystems gezeigten Kraftmaschine Kraftstoff zuführen. Die Kraftstoffpumpe und das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 7A gezeigt wird, können gemäß dem Verfahren von 9 betrieben werden.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 enthält einen Hochdruckpumpenstößel 702 und eine Pumpenkammer 712. Die Pumpenkammer 712 ist von dem Kraftstoffpumpengehäuse 740 umgeben. Kraftstoff kann die Kraftstoffpumpenkammer 712 über den Kraftstoffpumpenauslass 706 verlassen. Der Kraftstoffpumpenauslass 706 führt einer Kraftstoff-Verteilerleitung und Kraftstoffeinspritzventilen der Kraftmaschine Kraftstoff zu. Der Pumpenstößel 702 bewegt sich in die bei 777 gezeigten Richtungen hin und her. Der Nocken 51 enthält Erhebungen 204, die an den Pumpenstößel 702 Kraft anlegen, wenn der Nocken 51 gedreht wird.
Kraftstoff tritt über den Kraftstoffeinlass 704 in die durch die Pfeile gezeigte Richtung in die Kraftstoffpumpe 202 ein. Kraftstoff fließt bei Kanal 735 und durch den Gehäusekanal 717 an der Kraftstoffvolumensteuerplatte 738 vorbei in die durch die Pfeile gezeigte Richtung. Ebenso fließt Kraftstoff bei Kanal 733 und durch den Gehäusekanal 721 an der Volumensteuerplatte 738 vorbei. Die Volumensteuerplatte 738 wird in einer geöffneten Position gezeigt. Die Volumensteuerplatte 738 kann über die Welle 708 gedreht werden, um das Dosierventil 220 gezielt zu öffnen und zu schließen. Die Volumensteuerplatte 738 ist am Gehäuse 740 positioniert und wirkt zur Abdichtung des Gehäuses 740, wenn Kanäle in der Volumensteuerplatte 738 nicht auf die Kanäle 717 und 721 des Gehäuses 740 ausgerichtet sind.
Die Welle 708 kann die Volumensteuerplatte 738 durch die Kupplung 737 mechanisch drehen. Ein Befestigungselement 732 hält die Volumensteuerplatte 738 am Gehäuse 740 und an der Welle 708 fest. Der Motor 210 kann synchron mit dem Nocken 51 und der Bewegung des Pumpenstößels 702 gedreht werden. Des Weiteren kann die Phase des Drehens des Motors 210 bezüglich der Phase des Drehens des Nockens 51, wie in den 8A–8B gezeigt, eingestellt werden, um der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführten Kraftstoffdruck einzustellen.
Nunmehr auf 7B Bezug nehmend, wird ein Querschnitt des Dosierventils 220 gezeigt, der durch die Schnittebene 719 von 7A angegeben wird. Das Gehäuse 740 enthält die Kanäle 717 und 721, die direkt hinter den Kanälen 735 und 733 positioniert sind, die Kraftstofffluss in die Pumpkammer gestatten. Die Volumensteuerplatte 738 kann in eine der durch die Pfeile 775 gezeigten Richtungen gedreht werden. Somit kann durch Drehen der Volumensteuerplatte 738 um 90 Grad oder weniger Kraftstofffluss in die Kraftstoffpumpkammer im Wesentlichen angehalten werden.
Nunmehr auf 7C Bezug nehmend, wird eine Vorderansicht einer alternativen Volumensteuerplatte gezeigt. Kreisförmige Kanäle 755 sind um den Umfang einer Volumensteuerplatte 760 angeordnet, so dass bei Drehung der Volumensteuerplatte 760 Kraftstoff gezielt in die Pumpkammer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe fließen kann. Die Volumensteuerplatte 750 kann sich in die durch die Pfeile 757 gezeigten Richtungen drehen. Da die kreisförmigen Kanäle in geringen Winkelabständen (zum Beispiel alle 50 Grad) vorgesehen sind, kann Kraftstofffluss in die Pumpkammer 712 über sehr begrenzte Drehung durch den Motor 210 geändert werden.
Nunmehr auf 7D Bezug nehmend, wird eine Vorderansicht einer alternativen Volumensteuerplatte gezeigt. Nichtkreisförmige Kanäle 765 sind um den Umfang der Volumensteuerplatte 760 angeordnet, so dass Kraftstoff bei Drehung der Volumensteuerplatte 760 gezielt in die Pumpkammer der Hochdruck-Kraftstoffpumpe fließen kann. Die Volumensteuerplatte 760 kann sich in die durch die Pfeile 767 gezeigten Richtungen drehen.
Nunmehr auf 8A Bezug nehmend, zeigt diese mehrere Diagramme, die beim Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und des Dosierventils 220, die bzw. das in 7A gezeigt wird, von Interesse sind. Die Sequenz von 8A kann an dem in den 1–2 und 7A–D gezeigten System gemäß dem Verfahren von 9 durchgeführt werden. Vertikale Zeitmarkierungen T₀–T₃ stellen bestimmte Zeitpunkte dar, die während der Sequenz von Interesse sind. Die in einem Diagramm an einer bestimmten Zeitmarkierung gezeigten Ereignisse treten zum gleichen Zeitpunkt auf wie Ereignisse in den anderen Diagrammen, die auf die gleiche Zeitmarkierung ausgerichtet sind. Die Diagramme von 8A ähneln den Diagrammen von 4A. Deshalb wird eine Beschreibung ähnlicher Merkmale und Elemente der Kürze halber weggelassen. Besondere Unterschiede werden beschrieben.
Die Position 801 des Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößels wird mit einem sinusförmigen Verlauf gezeigt. Der Pumpenstößel wird mit Drehung der Nockenerhebung durch die Nockenwelle aus der Pumpenkammer heraus- bzw. dort hinein eingezogen. Die Hochdruckpumpensaugphase wird als Bereich 806 gezeigt. Die Pumpphase wird als Bereich 803 gezeigt. Während der Saugphase bewegt sich der Stößel in einer Richtung zum Vergrößern des Volumens in der Pumpenkammer 712. Der Druck in der Pumpenkammer 712 kann abnehmen, wenn das Pumpenkammervolumen zunimmt. Während der Pumpphase bewegt sich der Stößel in einer Richtung zur Verkleinerung des Volumens in der Pumpenkammer. Der Druck in der Pumpenkammer 712 kann zunehmen, wenn das Pumpenkammervolumen abnimmt.
In diesem Beispiel beginnt der Pumpenstößel zum Zeitpunkt T₀ auf einer größeren Höhe und nimmt mit der Zeit ab, so dass sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Saugphase befindet. Das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist während der Saugphase 806 geöffnet, und der Kraftstoff-Verteilerleitung wird kein Kraftstoff zugeführt. Die Position 810 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (zum Beispiel die Position der Volumensteuerplatte 738) bleibt in einem geöffneten Zustand, damit Kraftstoff aus der Pumpenkammer 712 fließen kann, wenn der Stößel in die Pumpphase in Bereich 803 eintritt. Die Pumpphase beginnt zum Zeitpunkt T₁. Während der Überlaufphase in Bereich 802 fließt Kraftstoff in der Pumpenkammer 712 heraus, da sich das Dosierventil 220 in einem geöffneten Zustand befindet und da das Volumen der Pumpenkammer 712 abnimmt.
Zum Zeitpunkt T₂ beginnt das Dosierventil, sich zu schließen, wie dadurch angezeigt, dass die Öffnungsposition des Dosierventils auf null übergeht. Da sich das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in diesem Beispiel dreht, kann sich die Position des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe schnell ändern, um Fluss in die Pumpenkammer einzustellen. Darüber hinaus dreht sich die Volumensteuerplatte, ohne gegen das Kraftstoffpumpengehäuse zu prallen. Des Weiteren kann Kraftstoff als ein Schmiermittel zwischen dem Pumpengehäuse 740 und der Volumensteuerplatte 738, wie in 7A gezeigt, wirken. Auf diese Weise können Ventilschließgeräusche reduziert werden. Als Reaktion auf das Schließen des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird die Überlaufphase in Bereich 802 beendet und beginnt die Förderphase in Bereich 804. Kraftstoff verlässt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 während der Förderphase, wenn Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 712 über Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung ansteigt. Die Menge der Kraftstoffförderung wird bei 814 gezeigt und ist relativ gering, da das Dosierventil spät in der Pumpphase geschlossen wird.
Die gepumpte Kraftstoffmenge und der der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführte Kraftstoffdruck können durch Nachfrühverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während der Pumpphase erhöht werden. Die gepumpte Kraftstoffmenge und der der Kraftstoff-Verteilerleitung zugeführte Kraftstoffdruck können durch Nachspätverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während der Pumpphase verringert werden. Das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird nach früh verstellt, wenn das Dosierventil früher in der Pumpphase geschlossen wird. Das Schließen des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird nach spät verstellt, wenn das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe später in der Pumpphase geschlossen wird.
Nunmehr auf 8B Bezug nehmend, wird eine zweite Betriebssequenz der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 202 und des Dosierventils 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die bzw. das in 7A gezeigt wird, bereitgestellt. Die Sequenz von 8B kann an dem in den 1–2 und 7A–D gezeigten System gemäß dem Verfahren von 9 durchgeführt werden. Die Diagramme von 8B ähneln den Diagrammen von 4A. Deshalb wird eine Beschreibung ähnlicher Merkmale und Elemente der Kürze halber weggelassen. Besondere Unterschiede werden beschrieben.
Zum Zeitpunkt T₀ verringert sich die Position 851 des Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößels, was anzeigt, dass sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Saugphase befindet. Die Position 880 des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird geöffnet gezeigt, damit Kraftstoff in die Hochdruck-Kraftstoffpumpenkammer 712 fließen kann. Es wird kein Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu der Kraftstoff-Verteilerleitung geleitet.
Zum Zeitpunkt T₁ beginnt die Hochdruck-Kraftstoffpumpenstößelposition die Pumpphase, die vom Zeitpunkt T₁ bis zum Zeitpunkt T₃ verläuft. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist vom Zeitpunkt T₁ bis zum Zeitpunkt T₂ geöffnet. Deshalb befindet sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in einer Überlaufphase in Bereich 850. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe schließt sich zum Zeitpunkt T₂, und der Stößel 702 beginnt, Kraftstoff in der Pumpenkammer 712 mit Druck zu beaufschlagen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe befindet sich zwischen den Zeitpunkten T₂ und T₃, wie durch Bereich 854 gezeigt, in einer Förderphase. Es sei darauf hingewiesen, dass das Dosierventil 220 der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Zeitpunkt T₂ beginnt, sich zu schließen, was gegenüber der in 8A dargestellten Schließzeit des Dosierventils nach früh verstellt ist. Somit wird ein größeres Volumen der Pumpenkammer 712 nach der in 8B gezeigten Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zwischen Zeitpunkt T₂ und Zeitpunkt T₃ im Vergleich zu dem zwischen dem Zeitpunkt T₂ und dem Zeitpunkt T₃ in 8A gezeigten verdrängt. Des Weiteren ist der Zeitpunkt T₂ in 6B im Vergleich zu dem Zeitpunkt T₂ in 8A nach früh verstellt. Infolgedessen vergrößert sich die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe weitergeleitete Kraftstoffmenge, wie bei 890 gezeigt.
Nach dem Zeitpunkt T₃ tritt die Hochdruck-Kraftstoffpumpe erneut in eine Saugphase ein und dann in eine Pumpphase, während die Stößelposition von Abnahme auf Zunahme übergeht. Zum Zeitpunkt T₄ wird das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geschlossen, und Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer beginnt in Bereich 860 anzusteigen. Kraftstoff verlässt die Kraftstoffpumpe und fließt in die Kraftstoff-Verteilerleitung, wenn Druck in der Kraftstoffpumpe Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung übersteigt. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe öffnet sich wieder zum Zeitpunkt T₅, und Kraftstoff fließt aus der Pumpenkammer und zum Kraftstoffpumpeneinlass zurück, wodurch Kraftstoffdruck in der Kraftstoffpumpe abgebaut wird. Das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird zum Zeitpunkt T₆ erneut geschlossen, und Kraftstoffdruck in der Kraftstoffpumpe beginnt wieder anzusteigen, bis das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zum Zeitpunkt T₇ wieder geöffnet wird. Somit nimmt Kraftstoffdruck in Bereich 862 zu, und Kraftstoff kann an die Kraftstoff-Verteilerleitung abgegeben werden, wenn Kraftstoffdruck in der Kraftstoffpumpe auf eine Höhe über den Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung der Kraftmaschine ansteigt. Zum Zeitpunkt T₈ schließt sich das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ein drittes Mal während der Pumpphase der Hochdruck-Kraftstoffpumpe in Bereich 868. Druck in der Kraftstoffpumpe nimmt zu, wenn Kraftstoff in der Kraftstoffpumpe komprimiert wird. Schließlich wird das Dosierventil zum Zeitpunkt T₉ geöffnet, wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in eine Saugphase eintritt und die Pumpphase verlässt.
Bereich 860 zeigt eine erste Kraftstoffkompressionsrate, Bereich 862 zeigt eine zweite Kraftstoffkompressionsrate, und Bereich 868 zeigt eine dritte Kraftstoffkompressionsrate. Die Kraftstoffkompressionsraten können durch die Pumpenstößelposition in den Bereichen 860, 862 und 868 optisch dargestellt werden. Die Kraftstoffmenge bei 891 stellt die in Bereich 850 gepumpte Kraftstoffmenge dar. Die Kraftstoffmenge bei 893 stellt die in Bereich 862 gepumpte Kraftstoffmenge dar. Die Kraftstoffmenge bei 895 stellt die in Bereich 868 gepumpte Kraftstoffmenge dar. Zum Beispiel bewegt sich der Pumpenstößel in Bereich 860 für ein gegebenes Nockenwellendrehungsintervall (zum Beispiel 10 Nockengrad) im Vergleich zu einer Stößelbewegung in den Bereichen 862 und 868 vertikaler. Demgemäß kann die Menge der Kraftstoffförderung durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in verschiedenen Bereichen des Pumpzyklus um verschiedene Ausmaße vergrößert werden. Des Weiteren kann das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe als Reaktion auf Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung wiederholt geöffnet und geschlossen werden, wie zwischen dem Zeitpunkt T₄ und dem Zeitpunkt T₉ gezeigt. Wenn Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung zum Beispiel über einen Solldruck zunimmt, kann das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geöffnet werden, um den Druckanstieg in der Kraftstoff-Verteilerleitung zu begrenzen. Wenn Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung weniger als gewünscht ist, kann das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geschlossen werden, um Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung zu erhöhen. Die in den 7A–7D gezeigten Volumensteuerplatten gestatten eine mehrmalige Unterbrechung des Kraftstoffflusses in die Kraftstoffpumpenkammer, wenn sich der Motor 210 nur um eine einzige Umdrehung dreht. Folglich können die in den 7a–7D gezeigten Volumensteuerplatten dazu nützlich sein, die Drehrate des Motors 210 zu reduzieren.
Nunmehr auf 9 Bezug nehmend, wird ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Kraftstoffpumpe und eines Dosierventils einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe gezeigt. Das Verfahren von 9 kann als Anweisungen in nichtflüchtigen Medien im System der 1–8B gespeichert sein. Das Verfahren von 9 kann in jeden Hochdruckpumpenzyklus ausgeführt werden.
Bei 902 bestimmt das Verfahren 900 die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen. Die Kraftmaschinenbetriebsbedingungen können Kraftmaschinennockenwellenstellung, Kraftmaschinenlast, Kraftmaschinenkurbelwellenstellung, Kraftstoff-Verteilerleitungskraftstoffdruck und die Kraftmaschinentemperatur umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Verfahren 900 geht nach Bestimmung der Kraftmaschinenbetriebsbedingungenen auf 904 über.
Bei 904 bestimmt das Verfahren 900 eine Position des Dosierventilstellers der Hochdruck-Kraftstoffpumpe. In einem Beispiel, in dem der Dosierventilsteller der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ein Motor ist, kann die Position des Dosierventilmotors der Hochdruck-Kraftstoffpumpe über Ausgabe eines mit dem Motor gekoppelten Codierers bestimmt werden. Des Weiteren kann eine Position eines Kraftmaschinennockens bei 904 über einen Nockenwellenstellungssensor bestimmt werden. die Nockenwellenposition und die Dosierventilstellerposition können im Wesentlichen gleichzeitig bestimmt werden, so dass die Position des Dosierventilstellers der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Nockenwellenposition bestimmt wird. Nach Bestimmung der Position des Dosierventilstellers der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geht das Verfahren 900 auf 906 über.
Bei 906 stellt das Verfahren 900 die Öffnungszeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf eine Sollnockensteuerzeit ein. Zum Beispiel kann die Öffnungszeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf eine Position eingestellt werden, in der der Pumpenstößel eine Spitzenhubposition erreicht hat, in der sich das Volumen der Hochdruckpumpenkammer auf einem Minimum befindet (siehe 4A–B, 6A–B, 8A–B, Beginn des Hochdrucksaughubs). In einem Beispiel kann die Drehzahl eines das Dosierventil der Hochdruckpumpe betätigenden Motors bezüglich der Nockenwellendrehung kurzzeitig erhöht oder verringert werden, um die Öffnungszeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Position des Hochdruckpumpenstößels einzustellen. Da der Hochdruckpumpenstößel durch die Nockenwelle angetrieben wird, wird durch Einstellen der Öffnungsposition des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Nockenwellenposition die Öffnungszeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Position des Hochdruckpumpenstößels eingestellt. In einigen Beispielen wird das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe synchron mit der Nockenwellendrehung gedreht. Nach Einstellung der Öffnungszeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geht das Verfahren 900 auf 908 über.
Bei 908 stellt das Verfahren 900 die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe auf eine Sollnockenwellensteuerzeit ein. Wie in den 4A–B, 6A–B und 8A–B gezeigt, kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Nockenwellensteuerzeit nach früh oder nach spät verstellt werden, um Druck in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu erhöhen oder zu verringern. In einem Beispiel kann der/die den Motorwicklungen zugeführte Strom und/oder Spannung während eines Drehzyklus einer Nockenwelle erhöht oder verringert werden, um die Öffnungs- und Schließzeiten des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Hochdruckpumpenstößelposition einzustellen. Somit kann während und zwischen Nockendrehungszyklen die Geschwindigkeit des Motoröffnens und -schließens eines Dosierventils einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe erhöht und/oder verringert werden, um die Öffnungs- und Schließzeiten des Dosierventils einzustellen. Der das Dosierventil betätigende Motor kann synchron mit der Nockenwellendrehung betrieben werden. Nach Einstellung der Dosierventilschließzeit auf eine Sollnockensteuerzeit geht das Verfahren 900 auf 910 über.
Bei 910 bestimmt das Verfahren 900 Druck in einer Kraftstoffeinspritzventile mit Kraftstoff versorgenden Kraftstoff-Verteilerleitung. In einem Beispiel kann Kraftstoffdruck in einer Kraftstoff-Verteilerleitung über einen Kraftstoffdrucksensor der Kraftstoff-Verteilerleitung bestimmt werden. Nach Bestimmung des Kraftstoffdrucks in einer Kraftstoffeinspritzventile mit Kraftstoff versorgenden Kraftstoff-Verteilerleitung geht das Verfahren 900 auf 912 über.
Bei 912 beurteilt das Verfahren 900, ob Kraftstoff-Verteilerleitungsdruck größer ist als ein Schwelldruck. Ist dies der Fall, geht das Verfahren 900 auf 920 über, ansonsten geht das Verfahren 900 auf 914 über. In einem Beispiel überwacht das Verfahren 900 Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung sowohl während der Saug- als auch der Pumpphasen einer Hochdruckpumpe. Wenn Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung größer ist als ein Schwellwert, wenn sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe in der Saugphase befindet, kann das Dosierventil geöffnet gehalten werden. Wenn der Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung während der Pumpphase größer ist als der Schwellwert, kann das Dosierventil für den verbleibenden Teil der Pumpphase, oder zumindest, bis der Kraftstoffdruck kleiner ist als der Sollkraftstoffdruck, auf eine geöffnete Position angesteuert werden. In anderen Beispielen kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nach spät verstellt werden, um den Förderstrom der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zu reduzieren.
Bei 920 korrigiert das Verfahren 900 die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe derart, dass das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe während des Pumpteils des Hochdruck-Kraftstoffpumpenzyklus länger geöffnet bleibt. Somit kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nach spät verstellt werden. In einigen Beispielen kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Nockenwellen- oder Hochdruckpumpenstößelposition nach spät verstellt werden, so dass das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe für einen oder mehrere Hochdruck-Kraftstoffpumpzyklen geöffnet bleibt. Auf diese Weise kann eine durch die Hochdruckpumpe in die Kraftstoff-Verteilerleitung gepumpte Kraftstoffmenge verkleinert werden, um den Kraftstoff-Verteilerleitungskraftstoffdruck aufrechtzuerhalten oder zu verringern. Nach Einstellung der Öffnungszeit des Kraftstoffdosierventils geht das Verfahren 900 auf 914 über.
Bei 914 beurteilt das Verfahren 900, ob der Kraftstoff-Verteilerleitungsdruck unter einem Schwellwert liegt. Ist dies der Fall, dann geht das Verfahren 900 auf 916 über, ansonsten geht das Verfahren 900 auf 918 über. Wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung innerhalb eines Sollbereichs liegt, wird die Steuerzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe somit nicht verstellt. Wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung jedoch über oder unter dem Sollbereich liegt, kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe eingestellt werden.
Bei 916 kann das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe als Reaktion darauf, dass der Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung unter einem Solldruck liegt, auf eine geschlossene Position angesteuert werden. Wenn der Druck in der Kraftstoff-Verteilerleitung während der Pumpphase unter dem Schwellwert liegt, dann kann somit das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe für den verbleibenden Teil der Pumpphase oder zumindest, bis der Kraftstoffdruck über dem Sollkraftstoffdruck liegt, auf eine geschlossene Position angesteuert werden. Der Hochdruck-Kraftstoffpumpenförderstrom kann über Nachfrühverstellen der Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bezüglich der Nockenwellen- oder Hochdruckpumpenstößelposition vergrößert werden. Wenn das Dosierventil der Hochdruck-Kraftstoffpumpe bereits geschlossen ist, dann kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe für einen anschließenden Hochdruckpumpzyklus nach früh verstellt werden, um den Förderstorm der Hochdruckpumpe zu vergrößern.
In einigen Beispielen können zwei Kraftstoff-Verteilerleitungsdruckschwellwerte zur Steuerung der Schließzeit des Dosierventils der Kraftstoffpumpe bereitgestellt werden. In einem Beispiel, wenn Kraftstoffdruck in einer Kraftstoff-Verteilerleitung unter dem ersten Schwellwert liegt, wird die Schließzeit des Dosierventils der Kraftstoffpumpe nach früh verstellt, um den Hochdruck-Kraftstoffpumpenförderstorm zu vergrößern. Wenn Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung einen zweiten Schwellwert übersteigt, kann die Schließzeit des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe nach spät verstellt werden, um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung zu verringern. Auf diese Weise kann Kraftstoffdruck in einer Kraftstoff-Verteilerleitung zwischen einem oberen Kraftstoffdruck und einem unteren Kraftstoffdruck gesteuert werden. Nach der Nachfrühverstellung der Position des Dosierventils der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zur Vergrößerung des Förderstroms der Hochdruck-Kraftstoffpumpe geht das Verfahren 900 auf 918 über.
Bei 918 beurteilt das Verfahren 900, ob die Pumpphase einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe beendet ist oder nicht. In einem Beispiel kann der Hochdruck-Kraftstoffpumpenzyklus eine Zeit zwischen dem Beginn einer ersten Saugphase und dem Beginn einer zweiten Saugphase sein. Somit zeigt das Ende einer Pumpphase an, dass ein neuer Hochdruck-Kraftstoffpumpenzyklus im Gang ist.
Wenn die Pumpphase einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe nicht beendet ist, kehrt das Verfahren 900 zu 910 zurück.
Somit können die Dosierventilpositionsöffnungs- und Schließzeiten der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zwischen 910 und 918 als Reaktion auf Kraftstoffdruck in der Kraftstoff-Verteilerleitung eingestellt werden. Die 4B und 8B zeigen zwei Beispiele, in denen das Dosierventil während eines Zyklus der Hochdruckpumpe als Reaktion auf Kraftstoffdruck in einer Kraftstoff-Verteilerleitung mehrmals geöffnet und geschlossen wird.
Wie für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, kann das in 9 beschriebene Verfahren eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die hier beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass einer oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden können.
Dies schließt die Beschreibung ab. Ihre Lektüre durch den Durchschnittsfachmann würde viele Änderungen und Modifikationen ohne Verlassen des Gedankens und Schutzbereichs der Beschreibung erkennen lassen. Zum Beispiel könnten I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10-, V12-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder mit alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
Bezugszeichenliste
Fig. 9

902: BESTIMMEN DER MOTORBETRIEBSBEDINGUNGEN
904: BESTIMMEN DER POSITION DES DOSIERVENTILSTELLERS
906: EINSTELLEN DER ÖFFNUNGSZEIT DES DOSIERVENTILS AUF DIE SOLLNOCKENSTEUERZEIT
908: EINSTELLEN DER DOSIERVENTILSCHLIESSZEIT AUF DIE SOLLNOCKENSTEUERZEIT
910: BESTIMMEN DES KRAFTSTOFFDRUCKS IN DER KRAFTSTOFF-VERTEILERLEITUNG
912: KRAFTSTOFF-VERTEILERLEITUNGSDRUCK > SCHWELLDRUCK?
N: NEIN
914: KRAFTSTOFF-VERTEILERLEITUNGSDRUCK < SCHWELLDRUCK?
916: DOSIERVENTILSCHLIESSZEIT NACH FRÜH VERSTELLEN
918: PUMPPHASE BEENDET?
920: DOSIERVENTILSCHLIESSZEIT NACH SPÄT VERSTELLEN

Claims

Kraftstoffsystem, das Folgendes umfasst: eine einen Einlass und einen Auslass enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; und ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei das nockengetriebene Dosierventil weiterhin einen Ventilsitz und einen Ventilteller umfasst.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 2, wobei das nockengetriebene Dosierventil weiterhin eine Rückstellfeder umfasst, die zum Schließen des Ventiltellers am Ventilsitz positioniert ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei der Ventilteller mit einer Welle gekoppelt ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 4, das weiterhin einen Nocken umfasst, wobei der Nocken mit der Welle in mechanischer Verbindung steht.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 5, das weiterhin einen Dichtring umfasst, wobei der Dichtring mit der Welle in mechanischer Verbindung steht.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, das weiterhin ein Rückschlagventil umfasst, wobei das Rückschlagventil am Auslass positioniert ist und zur Verhinderung von Kraftstofffluss in den Auslass vorgespannt ist.
Kraftstoffsystem, das Folgendes umfasst: eine einen Einlass und einen Auslass enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist; und einen Motor, der mit dem nockengetriebenen Dosierventil in mechanischer Verbindung steht.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 8, das einen Nocken umfasst, wobei der Nocken mit dem Motor in mechanischer Verbindung steht.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 9, das weiterhin einen Ventilsitz und einen Ventilteller umfasst.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 10, wobei der Motor eine Motorwelle enthält, und wobei die Motorwelle senkrecht zu einer Bewegungsachse des Ventiltellers verläuft.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 10, wobei der Ventilteller von dem Ventilsitz entfernt ist, wenn sich das nockengetriebene Dosierventil in einer geöffneten Stellung befindet, und wobei der Ventilteller mit dem Ventilsitz in Kontakt steht, wenn sich das nockengetriebene Dosierventil in einer geschlossenen Stellung befindet.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 10, das weiterhin eine Feder umfasst, und wobei die Feder mit dem Ventilteller in mechanischer Verbindung steht.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 13, wobei die Feder zum Schließen des Ventiltellers am Ventilsitz vorgespannt ist.
Kraftstoffsystem, das Folgendes umfasst: eine einen Einlass, einen Auslass und einen Stößel enthaltende nockengetriebene Kraftstoffpumpe; ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit dem Auslass in Strömungsverbindung steht; ein nockengetriebenes Dosierventil, das am Einlass der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe positioniert ist; einen Motor, der mit dem nockengetriebenen Dosierventil in mechanischer Verbindung steht; und eine Steuerung.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 15, wobei die Steuerung in einem nichtflüchtigen Medium gespeicherte Anweisungen enthält, wobei die Anweisungen das Öffnen des nockengetriebenen Dosierventils bereitstellen, wenn sich der Stößel im Wesentlichen auf einer Maximalstößelhubhöhe befindet.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 16, wobei die Steuerung weiterhin Anweisungen zur Schließsteuerung des nockengetriebenen Dosierventils als Reaktion auf Kraftmaschinenlast enthält.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 17, wobei die Steuerung weiterhin Anweisungen zum synchronen Drehen des Motors mit der Bewegung des Stößels enthält.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 16, wobei die Steuerung weiterhin Anweisungen zur Einstellung einer abgegebenen Kraftstoffmenge von der nockengetriebenen Kraftstoffpumpe enthält.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 16, wobei die Steuerung weiterhin Anweisungen zum Drehen des Motors als Reaktion auf Kraftstoffdruck in einer Kraftstoff-Verteilerleitung enthält.