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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor,
wobei die Vorrichtung hochverdichteten Kraftstoff zu einem Kraftstoff-Einspritzsystem
des Motors leitet, sowie ein Verfahren zur Steuerung der Vorrichtung.
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Die japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 10-61468 beschreibt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe mit einem
Tauchkolben, der durch die Drehung der Kurbelwelle des Motors auf
und ab bewegt wird. Die Auf- und Abbewegung des Tauchkolbens saugt Kraftstoff
in die Druckkammer und verdichtet den angesaugten Kraftstoff. Der
verdichtete Kraftstoff wird an ein Zuleitungsrohr weitergeleitet.
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Während
des Ansaugtakts des Tauchkolbens, bei dem das Volumen der Druckkammer
vergrößert wird,
wird die Stromzufuhr zu einem in der Druckkammer befindlichen elektromagnetischen Ventil
unterbrochen, so dass dieses geöffnet
wird. Dadurch wird von einer Förderpumpe,
die Teil eines Kraftstoff-Versorgungssystems ist, Kraftstoff in
das Innere der Druckkammer geleitet. Während des Verdichtungstakts
des Tauchkolbens, bei dem das Volumen der Druckkammer verkleinert
wird, wird dem elektromagnetischen Ventil Strom zugeführt und
es wird zu einem Zeitpunkt geschlossen, an dem die Kraftstoffmenge
erreicht ist, die zur Weiterleitung an das Einspritzsystem vorgesehen
ist. Dadurch wird der in der Druckkammer befindliche Kraftstoff
verdichtet. Der unter Druck stehende Kraftstoff öffnet ein Kraftstoff-Auslaßventil
und wird einer Druckleitung zugeführt, die Teil eines Kraftstoff-Einspritzsystems ist.
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Der Tauchkolben aus der oben genannten Veröffentlichung
wird durch die Drehung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben.
Daher muss zur Bestimmung der Hubposition des Tauchkolbens in der
Druckkammer der Drehungs-Phasenwinkel
der Kurbelwelle bestimmt werden. Allerdings kann der Drehungs-Phasenwinkel nicht
immer bestimmt werden, z. B., wenn der Motor angelassen wird. Zu
diesem Zeitpunkt ist es nicht möglich,
das elektromagnetische Ventil entsprechend einem normalen Prozessablauf
zu steuern, selbst wenn die Hochdruckpumpe arbeitet. Daher wird
dem Kraftstoff-Einspritzsystem beim Anlassen (cranking) des Motors
kein verdichteter Kraftstoff zugeführt, und der im Kraftstoff-Einspritzsystem
befindliche Kraftstoff wird nicht zu einem frühen Zeitpunkt verdichtet. Dies beeinträchtigt die
gewünschte
Kraftstoff-Einspritzung und verschlechtert das Starten des Motors.
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Um diesen Nachteil auszugleichen,
wird entsprechend der in der obigen Veröffentlichung angewandten Technologie
der Kraftstoff im Kraftstoff-Einspritzsystem auf folgende Weise
zu einem frühen Zeitpunkt
verdichtet. Wenn also der Drehungs-Phasenwinkel der Kurbelwelle nicht bestimmt
ist, wird eine Lastusteuerung vorgenommen, die dem elektromagnetischen
Ventil in kurzen Intervallen Strom zuführt und wieder unterbricht.
Jeder Ansaugtakt des Tauchkolbens entspricht jeweils einem stromlosen Zeitraum
dieser Laststeuerung. Während
jedes Zeitraums der Stromunterbrechung wird das elektromagnetische
Ventil geöffnet
und Kraftstoff wird in die Druckkammer eingesogen. Ist der Tauchkolben
im Verdichtungstakt, wird das elektromagnetische Ventil beim ersten
Stromzuführungsintervall
der Laststeuerung geschlossen. Während
dieser Schließungszeit des
elektromagnetischen Ventils erhöht
sich die Verdichtung des Kraftstoffes in der Druckkammer. Obwohl
die Stromzufuhr an das elektromagnetische Ventil nach der Schließungszeit
gestoppt wird, wird der geschlossene Zustand des elektromagnetischen Ventils
durch den Druck des Kraftstoffes in der Druckkammer aufrecht erhalten.
In den nachfolgenden Verdichtungstakten wird das elektromagnetische Ventil
nicht geöffnet,
ganz gleich ob eine Laststeuerung durchgeführt wird. Daher erhöht sich
der Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer, auch wenn der Drehungs-Phasenwinkel der
Kurbelwelle nicht bestimmt ist, so dass der Kraftstoff das Kraftstoff- Auslaßventil öffnet und
in verdichtetem Zustand in das Kraftstoff-Einspritzsystem gelangt.
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Allerdings wird beim Anlassen des
Motors die Spannung der Stromquelle, wie z.B. einer Batterie, durch
den Stromverbrauch beim Aktivieren eines Anlassermotors verringert.
Verringert sich die Spannung deutlich, schließt sich das elektromagnetische Ventil
während
der Stromzufuhrphase der Laststeuerung nicht vollständig, was
eine ungenügende
Druckerhöhung
in der Druckkammer zur Folge hat. Dadurch erhält möglicherweise das Kraftstoff-Einspritzsystem
keinen ausreichend verdichteten Kraftstoff, wodurch der Wirkungsgrad
des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystems verschlechtert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Steuerung dieser Vorrichtung
bereit zu stellen, wodurch der Wirkungsgrad des Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystems
verbessert wird.
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Um das Vorstehende und andere Ziele
zu erreichen und in Übereinstimmung
mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung wird eine eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungsvorrichtung
bereit gestellt. Die Vorrichtung verdichtet Kraftstoff, der von
einer Kraftstoff-Zuführvorrichtung
zugeführt
wird, und leitet den verdichteten Kraftstoff an ein Kraftstoff-Einspritzsystem
eines Verbrennungsmotors weiter. Die Vorrichtung beinhaltet eine
Kraftstoffpumpe, ein elektromagnetisches Ventil, einen Spannungssensor
und eine Steuerungsvorrichtung. Die Kraftstoffpumpe hat eine Druckkammer
und wiederholt Verdichtungstakte und Ansaugtakte in Übereinstimmung
mit der Drehung des Motors. Während
eines jeden Ansaugtakts saugt die Kraftstoffpumpe Kraftstoff aus
dem Kraftstoff-Zuführvorrichtung
in die Druckkammer. Während
eines jeden Verdichtungstakts verdichtet die Kraftstoffpumpe den
Kraftstoff in der Druckkammer und leitet den verdichteten Kraftstoff
an das Kraftstoff-Einspritzsystem weiter. Das elektromagnetische Ventil
verbindet und trennt die Druckkammer abwechselnd mit (von) der Kraftstoff-Zuführvorrichtung. Das
elektromagnetische Ventil wird durch Strom aus einer Stromquelle
aktiviert. Der Spannungssensor erfaßt die Spannung der Stromquelle.
Die Steuerungsvorrichtung steuert das elektromagnetische Ventil. Um
die Kraftstoff-Zufuhrmenge für
das Kraftstoff-Einspritzsystem anzupassen, bestimmt die Steuerungsvorrichtung
die Öffnungs-
und Schließungszeiten
des elektromagnetischen Ventils basierend auf der Drehphase des
Motors. Ist die Drehphase des Motors nicht bestimmt, führt die
Steuerungsvorrichtung eine Laststeuerung durch und wiederholt die
zyklische Stromzuführung
bzw. -unterbrechung an das elektromagnetische Ventil. Die Steuerungsvorrichtung
verlängert
die Stromzuführungszeit
in jedem Zyklus der Laststeuerung, wenn die vom Spannungssensor
erfaßte
Spannung herabgesetzt ist.
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Als weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffzuführvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor bereitgestellt. Die Vorrichtung beinhaltet eine
Kraftstoffpumpe mit einer Druckkammer und einem elektromagnetischen
Ventil. Die Kraftstoffpumpe wiederholt je einen Verdichtungstakt
und einen Ansaugtakt in Übereinstimmung
mit der Drehung des Motors. Während
eines jeden Ansaugtakts saugt die Kraftstoffpumpe Kraftstoff aus
einer Kraftstoff-Zuführvorrichtung
in die Druckkammer. Während
eines jeden Verdichtungstakts verdichtet die Kraftstoffpumpe den
Kraftstoff in der Druckkammer und leitet den verdichteten Kraftstoff
an das Kraftstoff-Einspritzsystem des Motors weiter. Das elektromagnetische
Ventil wird durch Strom aus einer Stromquelle aktiviert, um die
Druckkammer wahlweise mit der Kraftstoff-Zuführvorrichtung zu verbinden
bzw. von dieser zu trennen. Das Verfahren beinhaltet: Festlegung
der Öffnungs-
und Schließzeiten
des elektromagnetischen Ventils basierend auf der Drehphase des
Motors, wobei die Kraftstoff-Zuführmenge
für das
Kraftstoff-Einspritzsystem angepasst wird; Durchführung einer Laststeuerung
zur zyklischen Wiederholung der Stromzuführung bzw. -unterbrechung zum
elektromagnetischen Ventil, wenn die Drehphase des Motors nicht
bestimmt ist; und die Verlängerung
des Stromzuführungs-Zeitraums
während
eines jeden Zyklus der Laststeuerung bei verringerter Spannung der
Stromquelle.
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Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden
durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen offensichtlich, die in Form von Beispielen die Grundlagen
der Erfindung erläutern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Ziele und Vorteile der Erfindung
sind am besten zu verstehen durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung
der hier bevorzugten Ausführungen
mit den begleitenden Zeichnungen; dabei zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, eines Motors und
eines Steuerungssystems gemäß der ersten
Ausführungsform;
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2(A) bis 2(C) Querschnitt-Ansichten
eines Ansaugtaktes der Hochdruck-Kraftstoffpumpe aus 1, nachdem der Kurbelwinkel
bestimmt wurde;
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3(A) bis 3(C) Querschnitt-Ansichten
eines Verdichtungstaktes der Hochdruck-Kraftstoffpumpe aus 1, nachdem der Kurbelwinkel bestimmt
wurde;
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4 ein
Kurbelwinkeldiagramm, das den Arbeitsablauf der Hochdruckpumpe aus 1 nach Bestimmung des Kurbeluwinkels
zeigt;
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5 ein
Flussdiagramm, das den Laststeuerungsprozess während des Anlassens des Motors zeigt;
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6 eine
Darstellung, die einen Plan Dmap zeigt, der für das Laststeuerungsverfahren
in 5 verwendet wird;
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7 ein
Zeitdiagramm, das ein Beispiel für die
Steuerung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe aus 1 zeigt;
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8 ein
Flussdiagramm, das den Laststeuerungsprozess während des Anlassens des Motors gemäß einer
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt; 9 ein
Zeitdiagramm, das ein Beispiel für
die Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe gemäß der zweiten
Ausführung
zeigt;
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10 ein
Flussdiagramm, das den Laststeuerungsprozess während des Anlassens des Motors
gemäß einer
dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 eine
Darstellung, die einen Plan Tmap zeigt, der für die Stromzuführungzeiten
während
des Laststeuerungsprozesses in 10 verwendet
wird;
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12 ein
Zeitdiagramm, das ein Beispiel für
die Steuerung einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe gemäß der dritten
Ausführung
zeigt; und
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13 ein
Kurbelwinkel-Diagramm, das den Arbeitsablauf einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe
gemäß einer
anderen Ausführung
zeigt, nachdem der Kurbelwinkel festgelegt ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung
wird mit Bezug auf die 1 bis 7 beschrieben.
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1 zeigt
eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2, einen Verbrennungsmotor
und ein System zur Steuerung der Pumpe 2 und des Motors.
In dieser Ausführung
ist der Verbrennungsmotor ein Ottomotor 4 mit Zylindereinspritzung.
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Der Motor 4 umfaßt Motorzylinder
(nicht abgebildet), Kraftstoff-Einspritzventile 32, eine
Kurbelwelle 5. In jedem Zylinder des Motors ist jeweils
eine Brennkammer definiert; und jedes der Kraftstoff-Einspritzventile 32 ist
je einem der Zylinder des Motors zugeordnet. Eine Zuleitungsrohr 30 ist
an die Kraftstoff-Einspritzventile 32 angeschlossen. Die
Kraftstoff-Einspritzventile 32 und die Zuleitung 30 bilden ein
Kraftstoff-Einspritzsystem. In jedem Zylinder des Motors bewegt
sich ein Kolben (nicht abgebildet) auf und ab. Dementsprechend dreht
sich die Kurbelwelle 5.
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Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 umfaßt eine
Nockenwelle 6, die mit der Kurbelwelle 5 ineinander
greift, einen Nocken 8, der auf der Nockenwelle aufsitzt,
einen Zylinder 10 und einen Tauchkolben 12. Der
Tauchkolben 12 wird durch den Nocken 8 auf und
ab bewegt. Der Zylinder 10 und der Tauchkolben 12 bilden
eine Druckkammer 14. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 enthält weiterhin
ein elektro magnetisches Ventil 18. Das elektromagnetische Ventil 18 ist
so angeordnet, dass es mit einem Kraftstoffeinlass 16 korrespondiert,
der sich zur Druckkammer 14 hin öffnet.
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Eine Förderpumpe 22 pumpt
Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 24. Der Kraftstofftank 24 und
die Förderpumpe 22 bilden
die Kraftstoffquelle. Der Kraftstoff wird dann durch eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 und
den Kraftstoff-Einlass 16 während eines Ansaugtaktes der
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 oder während eines Ansaugtaktes des
Tauchkolbens 12 in die Druckkammer gesaugt. Ein Teil des Kraftstoffes,
den die Förderpumpe 22 herauspumpt, wird
nicht zur Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 weitergeleitet. Dieser
Kraftstoff oder Kraftstoff, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 in
die Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 zurückfließt, wird
durch ein Überdruckventil 20a in
den Kraftstofftank 24 zurückgeleitet.
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Während
eines Verdichtungstaktes der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 oder
während
eines Verdichtungstaktes des Tauchkolbens 12 öffnet der unter
hohem Druck stehende Kraftstoff, der in der Druckkammer 14 verdichtet
wurde, ein Sperrventil 26 und wird durch eine Hochdruck-Kraftstoffleitung 28 zum
Zuleitungsrohr 30 weitergeleitet. Als Ergebnis wird unter
hohem Druck stehender Kraftstoff bis zu einem Grad verdichtet, bei
dem der Kraftstoff bei einem Verdichtungstakt in die Brennkammern
der Motorzylinder eingespritzt werden kann. Sodann wird jedes Kraftstoff-Einspritzventil 32 mit
Kraftstoff versorgt. Überschüssiger Kraftstoff,
der nicht im Zuleitungsrohr 30 der Einspritzung zugeführt wird,
wird durch ein Überdruckventil 30a in
eine Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 zurückgeleitet.
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Eine elektronische Steuereinheit
(ECU) 34 steuert das elektromagnetische Ventil 18,
um die Menge des verdichteten Kraftstoffs, die von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 an
das Zuleitungsrohr 30 abgegeben wird, anzupassen. Die ECU 34 ist
eine Steuerungsvorrichtung mit einem elektronischen Schaltkreis
einschließlich
eines digitalen Computers. Die ECU 34 empfängt Signale
von einem Motorgeschwindigkeitssensor 36, einem Nockenpositionssensor 38,
einem Kraftstoffdrucksensor 40, einem Batteriespannungssensor 42 und
anderen Sensoren und Schaltern. Der Motor geschwindigkeitssensor 36 ist
an der Kurbelwelle 5 angebracht und sendet jedes Mal ein
Impulssignal NE, wenn sich die Kurbelwelle 5 um 30° dreht. Der
Drehphasenwinkel der Kurbelwelle 5 (die Drehphase des Motors 4)
wird als Kurbelwinkel bezeichnet. Ein Bereich des Kurbelwinkels
von einem vorgegebenen Referenzwinkel oder 0° bis 720°, wird als ein Zyklus bezeichnet.
Das heißt,
ein Drehungswinkel entsprechend zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 5 wird
als ein Zyklus bezeichnet. Der Nockenpositionssensor 38 ist
an der Nockenwelle 6 angebracht, die eine Umdrehung macht,
während
die Kurbelwelle 5 zwei Umdrehungen macht. Der Nockenpositionssensor 38 sendet
ein Referenz-Kurbelwinkelsignal G2 zu dem Zeitpunkt, wenn der Kurbelwinkel
dem Referenz-Kurbelwinkel (der Referenz-Drehphase des Motors 4)
entspricht. Der Motorgeschwindigkeitssensors 36 und der
Nockenpositionssensor 38 bilden eine Einheit, mit deren
Hilfe die Drehphase des Motors 4 festgestellt wird. Der
Kraftstoffdrucksensor 40 ist am Zuleitungsrohr 30 angebracht
und sendet ein Signal, das den Kraftstoffdruck im Zuleitungsrohr 30 wiedergibt
oder den Druck Pf, mit dem der Kraftstoff in die Kraftstoff-Einspritzventile 32 eingespeist
wird. Der Batteriespannungssensor 42, der als Spannungssensor
fungiert, erfaßt
die Spannung Vb einer Batterie 44 und sendet ein Signal,
das der Spannung Vb entspricht. Die Batterie 44 ist die
Stromquelle des elektromagnetischen Ventils 18, eines Startermotors 46 und
anderer elektrischer Verbraucher 48.
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Die ECU 34 führt Berechnungen
auf Basis der eingespeisten Signale durch zur Steuerung eines Antriebsschaltkreises 50 und
verbindet bzw. unterbricht die Stromzufuhr von der Batterie 44 zu
dem elektromagnetischen Ventil 18. Die ECU 34 steuert auch
andere Motorfunktionen einschließlich der Kraftstoff-Einspritzsteuerung
und der Steuerung des Zündzeitpunkts.
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Die ECU 34 bestimmt einen
Referenz-Kurbelwinkel basierend auf dem Referenz-Kurbelwinkelsignal G2 vom Nockenpositionssensor 38.
Unter Zugrundelegung des Referenz-Kurbelwinkels als Ausgangspunkt
bestimmt die ECU 34 den derzeitigen Kurbelwinkel basierend
auf dem Impulssignal NE vom Motorgeschwindigkeits-Sensor 36. Darum
kann die ECU 34, wenn der Motor 4 gestartet wird,
den Kurbelwinkel so lange nicht bestimmen, bis sie das erste Referenz-Kurbelwinkelsignal
G2 empfängt.
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Das elektromagnetische Ventil 18 enthält eine
Erregerspule 18a, einen Ventilkörper 18b und eine
Schließfeder 18c.
Der Ventilkörper 18b,
der eine verschiebende Kraft ausübt,
befindet sich in der Druckkammer 14 und wird von der Erregerspule 18a angetrieben.
Die Schließfeder 18c drückt den
Ventilkörper 18b vom
Ventilsitz 18d fort, der sich bei dem Kraftstoff-Einlass 16 befindet.
Der Ventilsitz 18d befindet sich in einer Innenwand der
Druckkammer 14, die dem Ventilkörper 18b gegenüberliegt.
Wird die Erregerspule 18a mit Strom versorgt, so wird der Ventilkörper 18b gegen
die Kraft der Schließfeder 18c auf
den Ventilsitz 18d zubewegt und berührt den Ventilsitz 18d.
Dadurch wird der Kraftstoff-Einlass 16 durch den Ventilkörper 18b geschlossen
und die Druckkammer 14 ist vom Kraftstoff-Einlass 16 getrennt.
Wird die Stromzufuhr zur Erregerspule 18a unterbrochen,
drückt
die Kraft der Schließfeder 18c den
Ventilkörper 18b vom
Ventilsitz 18d fort und öffnet den Kraftstoff-Einlass 16.
Damit ist die Druckkammer 14 mit dem Kraftstoff-Einlass 16 verbunden.
Das elektromagnetische Ventil 18 ist als ein nach innen öffnendes
Ventil konzipiert, das geöffnet
wird, wenn der Ventilkörper 18b in
der Druckkammer 14 nach innen hin bewegt wird.
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Ein Verfahren für die Steuerung der Stromzufuhr
an das elektromagnetische Ventil 18, sobald der Kurbelwinkel
bestimmt ist, wird nachfolgend mit Bezug auf die 2(A) bis 3(C) beschrieben.
Das Verfahren wird von der ECU 34 ausgeführt. 2(A) bis 2(C) zeigen einen Ansaugtakt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2,
und 3(A) bis (C) zeigen den Verdichtungstakt der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2. Während eines
Ansaugtaktes erhält
die Erregerspule 18a des elektromagnetischen Ventils 18 keinen Strom,
und das elektromagnetische Ventil 18 wird geöffnet. Während der
Tauchkolben 12 sich gemäß den Positionen
in 2(A), 2(B) und 2(C) in dieser Reihenfolge voran bewegt,
erhöht
sich das Volumen der Druckkammer 14. Das heißt, die
Druckkammer 14 ist vergrößert. Dadurch wird unter niedrigem Druck
stehender Kraftstoff durch den Kraftstoff-Einlass 16 aus
der Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 in die Druckkammer 14 gesogen.
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Wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 von einem
Ansaugtakt in einen Verdichtungstakt übergeht, bewegt sich der Tauchkolben 12 gemäß den Positionen
in 3(A), 3(B) und 3(C) in dieser Reihenfolge. Damit wird
das Volumen der Druckkammer 14 verringert. Das heißt, die
Druckkammer 14 ist komprimiert. Wie in 3(A) gezeigt, erhält die Erregerspule 18a zu
Beginn eines Verdichtungstaktes keinen Strom. Das elektromagnetische
Ventil ist daher offen. Somit wird ein Teil des Kraftstoffes in
der Druckkammer 14 durch den Kraftstoff-Einlass 16 an die
Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 zurückgeführt, und der Druck des Kraftstoffs
in der Druckkammer 14 wird nicht erhöht, sondern bleibt niedrig.
Danach wird der Erregerspule 18a Strom zu einem von der
ECU 34 errechneten Zeitpunkt zugeführt. Dadurch berührt der
Ventilkörper 18b den
Ventilsitz 18d während
eines Verdichtungstaktes gegen die Kraft der Schließfeder 18c,
wie in 3(B) gezeigt.
In der Folge wird der Kraftstoff-Einlass 16 geschlossen,
und der Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer 14 wird
erhöht. Der
verdichtete Kraftstoff öffnet
das in 1 gezeigte Sperrventil 26 und
wird durch die Hochdruck-Kraftstoffzuleitung 28 zum Zuleitungsrohr 30 befördert.
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Nachdem der Druck in der Druckkammer 14 erhöht wurde,
wird der erhöhte
Druck bis zum Beginn des nächsten
Ansaugtaktes beibehalten. Auch wenn die Erregerspule 18a keinen
Strom mehr erhält, drückt der
Ventilkörper 18b aufgrund
des Unterschieds zwischen dem hohen Druck in der Druckkammer 14 und
dem niedrigen Druck in der Niederdruckleitung 20 weiterhin
gegen die Kraft der Schließfeder 18c gegen
den Ventilsitz 18d. Wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 von
einem Verdichtungstakt zu einem Ansaugtakt übergeht, verringert sich der
Druck in der Druckkammer 14 aufgrund der Vergrößerung des
Volumens in der Druckkammer 14. Damit wird durch die Kraft
der Schließfeder 18c der Ventilkörper 18b vom
Ventilsitz 18d weg gedrückt, wodurch
das elektromagnetische Ventil 18 geöffnet wird.
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Während
die Nockenwelle 6 eine Umdrehung macht, d.h. während die
Kurbelwelle 5 zwei Umdrehungen macht, bewegt sich der Tauchkolben 12 zwei
Mal auf und ab. Dementsprechend wird auch der Pumpzyklus, der einen
Ansaugtakt und einen Verdichtungstaktumfasst, zwei Mal durchgeführt.
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Nach Bestimmung des Kurbelwinkels
ist die ECU 34 in der Lage, den Drehungs-Phasenwinkel des
Nockens 8, der synchron mit der Kurbelwelle 5 rotiert,
basierend auf dem Kurbelwinkel zu bestimmen, d.h. die ECU 34 ist
in der Lage, die Hubposition der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 (des
Tauchkolbens 12) zu bestimmen. Wenn also der Kurbelwinkel
bestimmt ist, kann die ECU 34 die Zeitsteuerung für die Schalttakte
der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 definieren und, den Zeitpunkt
für den
Beginn der Stromzufuhr an die Erregerspule 18a im Verhältnis zu
den Taktschaltzeiten festlegen. Wenn beispielsweise die Nockenwelle 6 eine
Umdrehung macht (was zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 5 entspricht)
wie in 4 gezeigt, kann
die ECU 34 die Zeitsteuerung für den Beginn der Stromzufuhr
an die Erregerspule 18a so durchführen, dass sie den gewünschten
Kurbelwinkeln θa, θub entspricht.
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Als Ergebnis hieraus wird die Menge
des hoch verdichteten Kraftstoffs, der dem Kraftstoff-Einspritzsystem
einschließlich
des Zuleitungsrohrs 30 und des Kraftstoff-Einspritzventils 32 zugeführt wird, so
abgestimmt, dass der Kraftstoffdruck Pf im Kraftstoff-Einspritzsystem
auf einen Zielwert eingestellt wird. Wenn die Kurbelwinkel θa, θb, bei denen
die Stromzufuhr in einem Verdichtungstakt gestartet wird, vorgezogen
werden, erhöht
sich die Menge des hoch verdichteten Kraftstoffes, der an das Kraftstoff-Einspritzsystem abgegeben
wird, und der Kraftstoffdruck Pf nimmt zu. Werden die Kurbelwinkel θa, θb verzögert, wird
die Menge des hoch verdichteten Kraftstoffes, der an das Kraftstoff-Einspritzsystem abgegeben
wird, gemindert, und der Kraftstoffdruck Pf wird verringert.
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Wie vorstehend beschrieben, kann
der Kurbelwinkel während
des Anlassens des Motors 4 so lange nicht bestimmt werden,
bis ein erstes Referenz-Kurbelwinkelsignal G2 generiert wird. Daher kann
die Hubposition des Tauchkolbens 12, der mit der Kurbelwelle 5 verbunden
ist, nicht festgestellt werden und die Stromsteuerung gemäß 4 kann nicht durchgeführt werden.
Daher wird von der ECU 34 eine Laststeuerung durchgeführt, wie
in 5 gezeigt, um die
Stromzufuhr zum elektromagnetischen Ventil 18 zu steuern
und dadurch verdichteten Kraftstoff an das Kraftstoff-Einspritzsystem
zu leiten, wenn der Kurbelwinkel nicht bestimmt werden kann oder
wenn der Motor 4 angelassen wird.
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Die Laststeuerung wird nun mit Bezug
auf 5 beschrieben. Der
in 5 gezeigte Ablauf
wird wiederholt in vorgegebenen Intervallen durchgeführt, z.B.
24 ms, nachdem die ECU 34 angeschaltet wurde. Wenn der
Ablauf gestartet wird, führt
die ECU 34 den Schritt S100 aus. Im Schritt S100 stellt
die ECU 34 fest, ob bei dem Motor 4 der Anlassvorgang
gestartet worden ist (ob der Starter 46- aktiviert wurde), und der
Kurbelwinkel noch zu definieren ist. Das bedeutet, dass die ECU 34 feststellt,
ob der Kurbelwinkel noch zu bestimmen ist. Wenn der Kurbelwinkel noch
zu bestimmen ist, geht die ECU 34 zu Schritt S102. Im Schritt
S102 verwendet die ECU 34 einen Plan Dmap gemäß der Grafik
in 6, nach dem das Tastverhältnis Dton
entsprechend der augenblicklichen Batteriespannung Vb berechnet
wird.
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Das Tastverhältnis Dton stellt das Verhältnis der
Zeit, in der Strom an die Erregerspule 18a geliefert wird
(Stromversorgungsperiode), zum gesamten Zyklus der Laststeuerung
dar, der 24 ms beträgt.
Bei dem in 6 dargestellten
Plan Dmap erhöht
sich das Tastverhältnis
Dton, wenn die Batteriespannung Vb abnimmt.
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Wenn die Batteriespannung Vb während des Anlassvorgangs
des Motors 4 abnimmt, verlängert sich die Zeit vom Beginn
der Stromzufuhr an die Erregerspule 18a bis zu dem Zeitpunkt,
an dem die elektromagnetische Kraft, die durch die Erregerspule 18a generiert
wird, ausreichend verstärkt
ist. Dann kann der Ventilkörper 18b nicht
in jeder Stromversorgungsperiode innerhalb der Laststeuerung den
Ventilsitz 18d berühren,
was ein ungenügendes
Schließen
des elektromagnetischen Ventils 18 zur Folge haben kann.
Das heißt,
wenn die Größenordnung
der elektromagnetischen Kraft, die durch die Erregerspule 18a generiert
wird, langsam erhöht
wird, wird der Strom abgeschaltet, bevor der Ventilkörper 18b den Ventilsitz 18d erreicht,
auch wenn die Stromzufuhr zur Erregerspule 18a gestartet
wurde. Daher wurde, um das elektro magnetische Ventil 18 zumindest
während
eines Teilzeitraums einer jeden Stromzuführungsphase zur Erregerspule 18a völlig zu
schließen, auch
wenn die Batteriespannung Vb niedrig ist, der Plan Dmap wie in 6 gezeigt, aufgrund von
Experimenten definiert, so dass das Verhältnis der Stromzuführungsperioden
erhöht
wird, wenn die Batteriespannung Vb absinkt.
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In Schritt 5104 gemäß 5 steuert die ECU 34 den
Antriebsschaltkreis 50 so, dass der Antriebsschaltkreis 50 eine
Laststeuerung gemäß dem Tastverhältnis Dton
ausführt,
das in der oben beschriebenen Weise berechnet wurde. Das heißt, die
ECU 34 befiehlt dem Antriebsschaltkreis 50, Strom
an die Erregerspule 18a in einem durch eine Formel (Dton/100) × 24 ms
ab dem gegenwärtigen
Zeitpunkt festgelegten Zeitraum abzugeben und die Stromzufuhr an
die Erregerspule 18a nach dem berechneten Zeitraum zu unterbrechen.
Dann unterbricht die ECU 34 den Ablauf vorübergehend.
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Danach, solange der Kurbelwinkel
nicht bestimmt ist (positives Ergebnis in Schritt S100), steuert die
ECU 34 das Tastverhältnis
Dton entsprechend der Batterie-Spannung
Vb und fährt
mit der Laststeuerung der Erregerspule 18a fort.
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Wurde der Kurbelwinkel bestimmt (negatives Ergebnis
in Schritt S100), geht die ECU 34 zu Schritt S106 über. In
Schritt S106 stoppt die ECU 34 die Laststeuerung und setzt
den Alauf vorübergehen aus.
Danach wird die normale Stromsteuerung gemäß dem Kurbelwinkel gestartet,
wie in 4 gezeigt.
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Ein Beispiel des Prozesses gemäß dieser Ausführung ist
dem Zeitdiagramm der 7 zu
entnehmen. Wenn der Starter 46 zum Zeitpunkt t0 aktiviert
wird, d.h. wenn das Anlassen des Motors 4 gestartet wird,
wird der Prozess der Laststeuerung gemäß 5 ausgeführt, weil der Kurbelwinkel
anfangs nicht bestimmt ist. Demgemäss wird Strom in kurzen Zyklen
an die Erregerspule 18a geführt bzw, unterbrochen. Zu diesem
Zeitpunkt wird jede Stromversorgungsperiode gemäß dem Tastverhältnis entsprechend
Dmap verlängert,
da die Batteriespannung Vb verringert ist, so dass das elektromagne tische
Ventil 18 zumindest während
eines Teil-Zeitraums jeder Stromversorgungsperiode der Erregerspule 18a völlig geschlossen
ist.
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In dem Beispiel gemäß 7 befindet sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 in
einem Ansaugtakt von Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1. Bei der Laststeuerung
während
des Ansaugtaktes ist das elektromagnetische Ventil 18 in
der zweiten Hälfte der
Stromversorgungsperiode der Erregerspule 18a geschlossen.
Das heißt,
das elektromagnetische Ventil 18 schließt mit einer geringen Verzögerung, nachdem
die Stromzufuhr an die Erregerspule 18a gestartet wurde.
Das elektromagnetische Ventil 18 ist geöffnet, wenn kein Strom an die
Erregerspule 18a gelangt oder wenn der Strom unterbrochen
wird. Ist das elektromagnetische Ventil 18 geöffnet, wird
niedrig verdichteter Kraftstoff von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 durch
den Kraftstoff-Einlass 16 in die Druckkammer 14 gesaugt.
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Vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt
t3 befindet sich die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 im Verdichtungstakt.
Bei der Laststeuerung innerhalb des Verdichtungstaktes berührt der
Ventilkörper 18b den Ventilsitz 18d,
und das elektromagnetische Ventil 18 wird zum Zeitpunkt
t2 geschlossen, ein wenig später als
der Beginn der Stromzufuhr zur Erregerspule 18a. Dementsprechend
erhöht
sich der Druck in der Druckkammer 14, wenn der Tauchkolben 12 bewegt wird.
Der erhöhte
Druck verhindert, dass der Ventilkörper 18b sich von
dem Ventilsitz 18d entfernt, auch wenn der Strom an die
Erregerspule 18a danach unterbrochen wird. Das bedeutet,
vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3, wenn der Verdichtungstakt
endet, bleibt das elektromagnetische Ventil 18 geschlossen, unabhängig davon,
wie häufig
der Strom an die Erregerspule 18a unterbrochen wird. Im
Zeitraum vom Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 öffnet der hochverdichtete Kraftstoff
in der Druckkammer 14 das Sperrventil 26 und gelangt
in die Zuleitungsrohr 30.
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Wenn die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 2 in
einen Ansaugtakt übergeht
(vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t5), öffnet und schließt das elektromagnetische
Ventil 18, das lastgesteuert ist, wiederholt während der
Stromunterbrechungen und Strom zuleitungen, ebenso wie in dem vorhergehenden
Ansaugtakt (vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1). In dem Beispiel
der 7 wird der Kurbelwinkel
zum Zeitpunkt t4 bestimmt, der sich in diesem Ansaugtakt befindet. Daher
geht die Steuerung nach dem Zeitpunkt t4 von der Laststeuerung zur
normalen Steuerung des elektromagnetischen Ventils 18 über, wie
gemäss 4 beschrieben. Das bedeutet,
da der Zeitpunkt t4, zu dem der Kurbelwinkel bestimmt wird, sich
in einem Ansaugtakt befindet, wird vom Zeitpunkt t4 bis zum Zeitpunkt
t5, der das Ende des Ansaugtaktes darstellt, kein Strom an die Erregerspule 18a geleitet,
um das elektromagnetische Ventil 18 offen zu halten.
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Obwohl ein Verdichtungstakt zum Zeitpunkt t5
beginnt, ist das Anlassen des Motors 4 zum Zeitpunkt t5
noch nicht beendet und der Kraftstoffdruck Pf ist noch nicht ausreichend
hoch. Deshalb wird zum Zeitpunkt t5 Strom an die Erregerspule 18a geliefert, um
den Kraftstoffdruck Pf zu erhöhen.
Als Ergebnis wird das elektromagnetische Ventil 18 zum
Zeitpunkt t6 geschlossen, der geringfügig später ist als der Zeitpunkt t5.
Wie vorstehend beschrieben, nimmt der Druck in der Druckkammer 14 zu,
sobald das elektromagnetische Ventil 18 während eines
Verdichtungstaktes geschlossen wird, und das elektromagnetische
Ventil 18 bleibt bis zum Ende des Verdichtungstaktes geschlossen,
auch wenn der Strom an die Erregerspule 18a unterbrochen
wird. Daher wird der Strom an die Erregerspule 18a zum
Zeitpunkt t7, der in dem Verdichtungstakt liegt, unterbrochen. Vom Zeitpunkt
t6 bis zum Zeitpunkt t8, welcher das Ende des Verdichtungstaktes
darstellt, bleibt das elektromagnetische Ventil 18 geschlossen.
Während
dieses Zeitraums wird hochverdichteter Kraftstoff von der Druckkammer 14 an
das Zuleitungsrohr 30 abgegeben.
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Wenn zum Zeitpunkt t8 ein Ansaugtakt
gestartet wird, nimmt der Druck in der Druckkammer 14 ab,
wodurch das elektromagnetische Ventil 18 aufgrund der Kraft
der Schließfeder 18c geöffnet wird. Danach
wird der normale Prozess wiederholt, indem das elektromagnetische
Ventil 18 in einem Ansaugtakt geöffnet und in einem Verdichtungstakt
geschlossen wird, so dass der Kraftstoffdruck Pf in dem Kraftstoff-Einspritzsystem
auf einen Zielvorgabe-Wert erhöht
wird.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik
wird die Stromzuführungsdauer
in einer Laststeuerung nicht verlängert, auch wenn die Batteriespannung
Vb niedrig ist. Daher kann der Ventilkörper 18b den Ventilsitz 18d nicht
in jeder Stromversorgungsperiode berühren, auch wenn die Stromzufuhr
und -unterbrechung an die Erregerspule 18a im ersten Verdichtungstakt
wiederholt durchgeführt
wird (siehe den Zeitraum vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t3 in 7).
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Mit anderen Worten, das elektromagnetische Ventil 18 kann
nicht völlig
schließen.
Das bedeutet, dass während
des ersten Verdichtungstaktes der Druck des Kraftstoffes in der
Druckkammer 14 nicht erhöht und kein Kraftstoff an die
Zuleitungsrohr 30 geliefert werden kann. Somit wird zumindest
bis zum nächsten
Verdichtungstakt kein hoch verdichteter Kraftstoff an die Zuleitungsrohr 30 geleitet.
Als Ergebnis erhöht
sich der Druck des Kraftstoff-Einspritzsystems im Vergleich zu der
hier vorliegenden Ausführung
mit einer Verzögerung
von mindestens 0,3 bis 0,5 Sekunden.
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Diese Ausführungsform
bietet die folgenden Vorteile
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Wenn der Kurbelwinkel noch zu bestimmen ist,
während
der Motor 4 angelassen wird, kann die gelieferte Kraftstoffmenge
entgegen dem in der Zeichnung 4 dargestellten Fall nicht entsprechend dem
Kurbelwinkel angepasst werden. Daher wird in dieser Ausführungsform
das elektromagnetische Ventil 18 gemäß dem in Zeichnung 5 gezeigten
Laststeuerungsverfahren gesteuert. Bei der Laststeuerung wird das
Tastverhältnis
Dton entsprechend dem Plan Dmap erhöht, wenn die Batteriespannung
Vb absinkt, dadurch wird jede Stromversorgungsperiode verlängert. Dementsprechend
ist, wie in dem Zeitdiagramm in 7 gezeigt,
das Schließen
des elektromagnetischen Ventils 18 in jeder Stromversorgungsperiode
und ganz speziell das Schließen
des elektromagnetischen Ventils 18 in einem Verdichtungstakt, wie
zum Zeitpunkt t2 gezeigt, zuverlässig
gegeben. Als Ergebnis ist der Druck des in das Kraftstoffeinspritzsystems
gelieferten Kraftstoffes gegenüber dem
bisherigen Stand der Technik effektiv erhöht, auch wenn die Batteriespannung
Vb niedrig ist, während
der Kurbelwinkel noch nicht festgestellt worden ist.
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Daher wird der Druck des an das Kraftstoffeinspritzsystem
gelieferten Kraftstoffes zu einem frühen Zeitpunkt auf einen Zielvorgabe-Wert
erhöht, wenn
der Motor 4 angelassen wird, was eine zuverlässige Kraftstoffeinspritzung
ermöglicht.
Dies erlaubt, den Motor 4 sanft zu starten.
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Auch wenn der Kurbelwinkel nicht
bestimmt ist, wird jede Stromversorgungsperiode allmählich verkürzt (oder
bleibt kurz), wenn die Batteriespannung Vb sukzessiv ansteigt (oder
wenn die Batteriespannung Vb von Anfang an hoch ist). Dadurch wird eine
erhöhte
Belastung des Stromkreises einschließlich des Antriebsschaltkreises 50 und
der Erregerspule 18a vermieden. Eine zweite Ausführung der vorliegenden
Erfindung wird nun anhand der 8 und 9 beschrieben. Hauptsächlich werden
die Unterschiede gegenüber
der ersten Ausführung
entsprechend den 1 bis 7 diskutiert.
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Diese Ausführung unterscheidet sich von
der ersten Ausführung
darin, dass beim Starten des Motors 4 ein Laststeuerungsprozess
gemäss 8 durchgeführt wird
anstatt des Prozesses gemäß 5. Wie mit dem Laststeuerungsprozess
der ersten Ausführung
wird auch mit dem Laststeuerungsprozess in dieser Ausführung die
Erregerspule 18a des elektromagnetischen Ventils 18 gesteuert,
bevor der Kurbelwinkel festgelegt ist. In dieser Ausführung wird
jedoch das Tastverhältnis
nicht gemäss
der Batteriespannung Vb variiert, sondern es ist festgelegt auf
einen vorgegebenen Wert (zum Beispiel 50%). Stattdessen wird der
Zyklus der Laststeuerung entsprechend der Batteriespannung Vb variiert.
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Der Laststeuerungsprozess dieser
Ausführung
wird nun mit Bezug auf das Flussdiagramm der 8 beschrieben. Nachdem die ECU 34 aktiviert wurde,
wird der Prozess wiederholt in vorgegebenen Intervallen ausgeführt, z.
B. in 8 ms. Beim Start des Prozesses stellt die ECU 34 fest,
ob das Anlassen des Motors 4 erfolgt ist und der Kurbelwinkel
gemäß Schritt
S200 noch bestimmt werden muss. Wenn der Kurbelwinkel noch zu bestimmen
ist, geht die ECU 34 zu Schritt 5202 über und prüft, ob die Batteriespannung
Vb niedriger ist als der vorher festgelegte erste Wert V1. Ist die
Batteriespannung niedriger als der erste festgelegte Wert V1, geht
die ECU 34 zu Schritt S204 und prüft, ob die Batteriespannung
Vb niedriger als der vorher festgelegte zweite Wert V2 ist. Der zweite
festgelegte Wert V2 ist niedriger als der erste festgelegte Wert
V1.
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Wenn die Batteriespannung Vb niedriger
ist als der zweite festgelegte Wert V2, geht die ECU 34 zum
Schritt S206 und bestimmt den Zyklus der Laststeuerung auf 32 ms.
Im Schritt S208 steuert die ECU 34 den Antriebsschaltkreis 50 an,
um eine Laststeuerung mit dem vorgegebenen Zyklus von 32 ms durchzuführen. Danach
setzt die ECU 34 den Prozess vorübergehend aus.
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Daher wird die Laststeuerung mit
einem Zyklus von 32 ms und einem gleichbleibenden Tastverhältnis an
die Erregerspule 18a des elektromagnetischen Ventils 18 durchgeführt, wenn
die Batteriespannung Vb niedriger ist als der zweite vorgegebene
Wert V2. Das heißt,
wenn das Tastverhältnis
auf 50% festgelegt wurde, beträgt
jede Stromversorgungsperiode in der Laststeuerung 16 ms.
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Wenn danach die Batteriespannung
Vb ansteigt und gleich oder höher
ist als der zweite vorgegebene Wert V2, aber niedriger als der erste
vorgegebene Wert V1, ist das Ergebnis des Schritts S204 negativ.
In diesem Fall geht die ECU 34 zu Schritt S210. In Schritt
S210 definiert die ECU 34 den Zyklus der Laststeuerung
auf 16 ms und geht zu Schritt S208. Wenn daher die Batteriespannung
Vb gleich oder höher
ist als der zweite vorgegebene Wert V2, aber niedriger als der erste
vorgegebene Wert V1, wird eine Laststeuerung mit einem Zyklus von
16 ms und einem konstanten Tastverhältnis (von 50%) an die Erregerspule 18a des
elektromagnetischen Ventils 18 durchgeführt. Jede Stromversorgungsperiode der
Laststeuerung beträgt
8 ms.
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Wenn danach die Batteriespannung
Vb ansteigt und gleich oder höher
ist als der erste vorgegebene Wert V1, ist das Ergebnis des Schritts
5202 negativ. In diesem Fall geht die ECU 34 zu Schritt
S212. Im Schritt S212 definiert die ECU 34 den
Zyklus der Laststeuerung auf 8 ms und geht zu Schritt S208.
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Wenn daher die Batteriespannung Vb
gleich oder höher
ist als der erste vorgegebene Wert V1, wird eine Laststeuerung mit
einem Zyklus von 8 ms und einem konstanten Tastverhältnis (von
50%) an die Erregerspule 18a des elektromagnetischen Ventils 18 durchgeführt. Jede
Stromversorgungsperiode der Laststeuerung beträgt 4 ms.
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Solange der Kurbelwinkel nicht bestimmt
ist (das positive Ergebnis des Schrittes S200), bestimmt die ECU 34 den
Zyklus der Laststeuerung entsprechend der Batteriespannung Vb und
fährt fort,
die Erregerspule 18a durch Pulse zu steuern.
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Wenn der Kurbelwinkel definiert ist
(negatives Ergebnis des Schrittes S200), geht die ECU 34 zu
Schritt S214. In Schritt S214 stoppt die ECU 34 die Laststeuerung
und unterbricht den Prozess zeitweilig. Solange der Kurbelwinkel
bestimmt ist, wird danach eine normale Stromsteuerung entsprechend dem
Kurbelwinkel durchgeführt
(siehe 4).
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Ein Beispiel des Prozesses entsprechend dieser
Ausführung
ist in dem Zeitdiagramm der 9 gezeigt.
Wenn der Starter 46 zum Zeitpunkt t20 aktiviert wird, wird
der Laststeuerungsprozess gemäss 8 bis zum Zeitpunkt t26,
zu dem der Kurbelwinkel bestimmt ist, durchgeführt. Dementsprechend wird Strom
an die Erregerspule 18a in kurzen Zyklen zugeführt und
unterbrochen. Im Zeitraum von t20 bis t23, in dem die Batteriespannung
Vb niedriger ist als der zweite vorgegebene Wert V2, ist der Zyklus
der Laststeuerung auf 32 ms festgelegt. Im Zeitraum von t23 bis
t25, in dem die Batteriespannung Vb gleich oder höher ist
als der zweite vorgegebene Wert V2, aber niedriger als der erste
vorgegebene Wert V1, ist der Zyklus der Laststeuerung auf 16 ms
festgelegt. Im Zeitraum von t25 bis t26, in dem die Batteriespannung
Vb gleich oder höher
ist als der erste vorgegebene Wert V1, ist der Zyklus der Laststeuerung
auf 8 ms festgelegt.
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Während
der oben beschriebenen Laststeuerung wird das elektromagnetische
Ventil 18 abhängig
von der Zufuhr und Unterbrechung des Stromes in dem Zeitraum eines
Ansaugtaktes der Hochdruckpumpe 2 (der Zeitraum vom Zeitpunkt
t20 bis zum Zeitpunkt t21 und der Zeitraum vom Zeitpunkt t24 bis zum
Zeitpunkt t26) wiederholt geschlossen und geöffnet. Wenn das elektromagnetische
Ventil 18 öffnet, wird
niedrig verdichteter Kraftstoff über
die Niederdruck-Kraftstoffpassage 20 durch den Kraftstoff-Einlass 16 in
die Druckkammer 14 gesaugt.
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Während
eines Verdichtungstaktes vom Zeitpunkt t21 bis zum Zeitpunkt t24
schließt
das elektromagnetische Ventil 18 zum Zeitpunkt t22. Danach bleibt
das elektromagnetische Ventil 18 aufgrund des angestiegenen
Drucks in der Druckkammer 14 bis zum Zeitpunkt t24, dem
Ende des Verdichtungstaktes, geschlossen, unabhängig davon, wie oft die Stromzufuhr
zur Erregerspule 18a unterbrochen wird. In dem Zeitraum
vom Zeitpunkt t22 bis zum Zeitpunkt t24, in dem das elektromagnetische
Ventil 18 geschlossen ist, öffnet der hoch verdichtete
Kraftstoff in der Druckkammer 14 das Sperrventil 26 und wird
an die Zuleitungsrohr 30 geleitet.
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Während
des Ansaugtaktes vom Zeitpunkt t24 bis zum Zeitpunkt t27 wird der
Kurbelwinkel zum Zeitpunkt t26 bestimmt. Daher wird nach dem Zeitpunkt
t26 die Steuerung von der Laststeuerung zur normalen elektromagnetischen
Steuerung wie in 4 beschrieben übergeführt. Das
bedeutet, dass der normale Prozess, in dem das elektromagnetische Ventil 18 während eines
Ansaugtaktes geöffnet
und während
eines Verdichtungstaktes geschlossen wird, wiederholt ausgeführt wird,
so dass der Kraftstoffdruck Pf auf einen vorgegebenen Zielwert erhöht wird.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik
wird der Zyklus der Laststeuerung nicht verlängert, auch wenn die Batteriespannung
Vb niedrig ist, und keine der Stromversorgungsperioden der Laststeuerung
ist verlängert.
Daher steigt der Druck des Kraftstoffes in der Druckkammer 14 während des
ersten Verdichtungstaktes (siehe den Zeitraum vom Zeitpunkt t21 bis
zum Zeitpunkt t24 in 9)
nicht an und es wird kein Kraftstoff an die Zuleitungsrohr 30 abgegeben. Das
bedeutet, dass im Vergleich zu der vorliegen Ausführung der
Druckanstieg im Kraftstoff-Einspritz-System verzögert ist.
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Diese Ausführung hat die folgenden Vorteile: Während der
Laststeuerung dieser Ausführung
wird der Zyklus der Pulsweiten verlängert, wenn die Batteriespannung
Vb abnimmt, und dadurch wird jede Stromversorgungsperiode verlängert. Dementsprechend
wird, wie in dem Zeitdiagramm in 9 gezeigt,
das Schließen
des elektromagnetischen Ventils 18 in jeder Stromversorgungsperiode
und ganz speziell wie zum Zeitpunkt t22 gezeigt, das Schließen des
elektromagnetischen Ventils 18 in einem Verdichtungstakt
zuverlässig
durchgeführt.
Als Ergebnis ist der Druck des in das Kraftstoff-Einspritzsystem gelieferten
Kraftstoffes gegenüber
dem bisherigen Stand der Technik effektiv erhöht, auch wenn die Batteriespannung
Vb niedrig ist, während
der Kurbelwinkel noch nicht festgestellt worden ist.
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Daher wird der Druck des an das Kraftstoffeinspritzsystem
gelieferten Kraftstoffes zu einem frühen Zeitpunkt auf einen Zielvorgabe-Wert
erhöht, wenn
der Motor 4 angelassen wird, was eine zuverlässige Kraftstoffeinspritzung
ermöglicht.
Dies erlaubt, den Motor 4 sanft zu starten.
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Auch wenn der Kurbelwinkel nicht
definiert ist, wird der Zyklus der Laststeuerung allmählich verkürzt (oder
bleibt kurz), wenn die Batteriespannung Vb sukzessiv ansteigt (oder
wenn die Batteriespannung Vb von Anfang an hoch ist). Dadurch werden alle
Stromversorgungsperioden während
der Laststeuerung nicht unnötig
verlängert,
und dementsprechend wird die Belastung des Stromkreises einschließlich des
Antriebsschaltkreises 50 und der Erregerspule 18a nicht
unnötig
erhöht.
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Wenn die Batteriespannung Vb niedrig
ist, wird jede Stromzuführungsperiode
nicht (nur) durch Erhöhung
des Verhältnisses
der Stromzufuhrzeit zu einem Zyklus der Laststeuerung verlängert, sondern durch
Verlängerung
der Zykluszeiten der Last steuerung. Deshalb muss das Tastverhältnis nicht
geändert
werden. Dies verhindert wirksam, dass die Belastung der elektrischen
Schaltung steigt.
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Außerdem wird die Zykluszeit
der Laststeuerung verringert (oder bleibt kurz), wenn die Batteriespannung
Vb ansteigt (oder von Anfang an hoch ist). Dementsprechend erhöht sich
die Wahrscheinlichkeit, dass das elektromagnetische Ventil 18 zu
einem frühen
Zeitpunkt während
des Verdichtungstaktes geschlossen ist. Dies ist vorteilhaft, da
es sicherstellt, dass eine ausreichende Menge an hoch verdichtetem
Kraftstoff an das Kraftstoff-Einspritz-System geleitet wird und
der Kraftstoffdruck Pf wird weiterhin wirksam erhöht.
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Eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung
wird nun mit Bezug zu den 10 und 12 beschrieben. Es werden
hauptsächlich
die Unterschiede zu der ersten Ausführung gemäß 1 bis 7 diskutiert.
Diese Ausführung
unterscheidet sich von der ersten Ausführung darin, dass ein Laststeuerungsverfahren
entsprechend der 10 anstelle
des Laststeuerungsverfahrens gemäß 5 durchgeführt wird,
wenn der Motor 4 angelassen wird.
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Das Laststeuerungsverfahren dieser
Ausführung
wird nun mit Bezug zu dem Flussdiagramm der 10 beschrieben. Das Verfahren wird wiederholt in
vorgegebenen Intervallen durchgeführt, z.B. von 8 ms, nachdem
die ECU 34 aktiviert ist. Wenn das Verfahren gestartet
wird, bestimmt die ECU 34 mit Schritt S300, ob der Motor 4 gestartet
wurde und ob der Kurbelwinkel noch bestimmt werden muss. Wenn der
Kurbelwinkel noch zu bestimmen ist, geht die ECU 34 zu
Schritt S302 über.
In Schritt S302 benutzt die ECU 34 einen Stromversorgungsplan
Tmap, der in 11 gezeigt
wird, um eine Stromversorgungsperiode Ton zu berechnen, die von
der Batteriespannung Vb abhängt.
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Die Stromversorgungsperiode Ton stellt
die Dauer der Stromversorgungsperiode in einem Zyklus der Laststeuerung
dar. Im Stromversorgungsplan Tmap der 11 ist
für niedrigere
Werte der Batteriespannung Vb eine längere Dauer der Stromversor gungsperiode
Ton vorgegeben. Wenn jedoch die Batteriespannung Vb niedriger ist
als eine vorbestimmte niedrige Spannung Vx, wird die Stromversorgungsperiode
Ton auf einen höchst
möglichen
Wert oder 16 ms festgelegt. Ebenso wird die Stromversorgungsperiode
Ton auf einen niedrigst möglichen
Wert oder 4 ms festgelegt, wenn die Batteriespannung Vb gleich oder
höher ist
als ein vorbestimmter hoher Spannungswert Vz.
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In Schritt S304 entscheidet die ECU 34,
ob die errechnete Stromversorgungsperiode Ton gleich oder kürzer als
8 ms ist. Wenn die Stromversorgungsperiode Ton länger ist als 8 ms, geht die
ECU 34 zu Schritt S312 über
und definiert den Zyklus der Laststeuerung auf 32 ms. In Stufe S310 steuert
die ECU 34 den Antriebsschaltkreis 50 an, um eine
Laststeuerung mit einem Zyklus von 32 ms und der berechneten Stromversorgungsperiode
Ton durchzuführen.
Danach setzt die ECU 34 den Prozess vorübergehend aus.
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Das heißt, in einem Zyklus der Laststeuerung
des elektromagnetischen Ventils 18 wird die Erregerspule 18a für die Stromversorgungsperiode
Ton mit Strom versorgt. Danach wird der Strom zu der Erregerspule 18a für einen
Zeitraum unterbrochen, der sich aus der Subtraktion der Stromversorgungsperiode
Ton von 32 ms ergibt.
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Wenn danach die Batteriespannung
Vb ansteigt, wird die Stromversorgungsperiode Ton jedes Mal sukzessive
reduziert, wenn die Routine gemäß 10 ausgeführt wird.
Solange jedoch die Stromversorgungsperiode Ton gleich oder länger ist
als 8 ms, wird die Zykluszeit der Laststeuerung mit 32 ms beibehalten.
Dementsprechend wird das Tastverhältnis (das Verhältnis der
Stromversorgungsperiode Ton zu 32 ms) all-mählich
verringert.
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Wenn die Stromversorgungsperiode
Ton verkürzt
und somit gleich oder geringer als 8 ms ist, während die Batteriespannung
Vb ansteigt, ist das Ergebnis des Schrittes S304 positiv und die
ECU 34 geht zu Schritt S306. Die Tatsache, dass die Stromversorgungsperiode
Ton gleich oder kürzer
als 8 ms ist, bedeutet, dass das Tastverhält nis mit 50% oder weniger beibehalten
werden kann, auch wenn der Zyklus der Laststeuerung auf 16 ms geändert wird.
In Schritt S306 bestimmt die ECU 34, ob die errechnete
Stromversorgungsperiode Ton gleich 4 ms ist. Wenn die Stromversorgungsperiode
Ton nicht gleich 4 ms ist, d.h. wenn die Stromversorgungsperiode
Ton länger ist
als 4 ms, die den niedrigst möglichen
Wert darstellen, geht die ECU 34 zu Schritt S314 und setzt
den Zyklus der Laststeuerung auf 16 ms. In Schritt S310 steuert
die ECU 34 den Antriebsschaltkreis 50 an, um eine
Laststeuerung mit dem Zyklus von 16 ms und der in Stufe 302 errechneten
Stromversorgungsperiode Ton durchzuführen. Danach setzt die ECU 34 den
Prozess vorübergehend
aus.
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Wenn danach die Batteriespannung
Vb ansteigt, wird die Stromversorgungsperiode Ton bei jeder Ausführung der
Routine gemäss 10 allmählich verkürzt. Solange jedoch die Stromversorgungsperiode
Ton gleich oder länger
als 4 ms ist, wird der Zyklus der Laststeuerung mit 16 ms beibehalten. Dementsprechend
wird das Tastverhältnis
allmählich verringert.
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Wenn die Stromversorgungsperiode
Ton auf gleich oder geringer als 4 ms verkürzt ist, weil die Batteriespannung
ansteigt, wird das Ergebnis des Schrittes S306 positiv und die ECU 34 geht
zu Schritt S308. In Schritt S308 setzt die ECU 34 den Zyklus der
Laststeuerung auf 8 ms. Die Tatsache, dass die Stromversorgungsperiode
Ton gleich oder geringer als 4 ms beträgt, bedeutet, dass das Tastverhältnis mit
50% oder weniger beibehalten werden kann, auch wenn der Zyklus der
Laststeuerung auf 8 ms geändert
wird. In Schritt S310 steuert die ECU 34 den Antriebsschaltkreis 50 an,
eine Laststeuerung mit dem Zyklus von 8 ms und der in Stufe 302 errechneten
Stromversorgungsperiode Ton durchzuführen. Danach setzt die ECU 34 den
Prozess vorübergehend
aus.
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Danach wird die Laststeuerung mit
dem Zyklus von 8 ms mit einem Tastverhältnis von 50% beibehalten,
bis der Kurbelwinkel festgestellt ist.
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Wenn der Kurbelwinkel festgestellt
ist (negatives Ergebnis des Schrittes S300), geht, die ECU zu Schritt
S316. In Schritt 316 unterbricht die ECU 34 die Laststeuerung
und setzt den Prozess vorübergehend
aus. Danach wird eine normale Stromsteuerung entsprechend dem Kurbelwinkel
durchgeführt (siehe 4), solange der Kurbelwinkel
definiert ist.
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Ein Beispiel des Verfahrens gemäss dieser Ausführung wird
in dem Zeitdiagramm der 12 gezeigt.
Wenn der Starter 46 zum Zeitpunkt t40 aktiviert wird, wird
ein Laststeuerungsprozess gemäss 10 bis zum Zeitpunkt t46
ausgeführt,
an dem der Kurbelwinkel festgestellt wird. Dementsprechend wird
Strom in kurzen Zyklen an die Erregerspule 18a geliefert
und unterbrochen. Von diesem Zeitpunkt an reduziert sich der Zeitraum
von dem Beginn der Stromzuführung
an die Erregerspule 18a bis zum Öffnen des elektromagnetischen
Ventils 18 allmählich, da
die Batteriespannung Vb ansteigt. Dementsprechend wird die Stromversorgungsperiode
Ton basierend auf dem Stromversorgungsplan Tmap der 11 allmählich verkürzt.
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Während
der oben beschriebenen Laststeuerung ist die Batteriespannung Vb
in einem Zeitraum vom Zeitpunkt t40 bis zum Zeitpunkt t43 niedriger
als eine mittlere Spannung Vy und dementsprechend ist die Stromversorgungsperiode
Ton länger
als 8 ms. Im Zeitraum vom Zeitpunkt t40 bis zum Zeitpunkt t43 wird
der Zyklus der Laststeuerung auf 32 ms festgelegt. Im Zeitraum vom
Zeitpunkt t43 bis zum Zeitpunkt t45 ist die Batteriespannung Vb
gleich oder höher
als die mittlere Spannung Vy, aber niedriger als die hohe Spannung
Vz. Dementsprechend ist die Stromversorgungsperiode Ton gleich oder
kürzer
als 8 ms, aber länger
als 4 ms. Im Zeitraum vom Zeitpunkt t43 bis zum Zeitpunkt t45 wird
der Zyklus der Laststeuerung auf 16 ms festgelegt. Im Zeitraum vom Zeitpunkt
t45 bis t46 ist die Batteriespannung Vb gleich oder höher als
die hohe Spannung Vz, und dementsprechend wird die Stromversorgungsperiode
Ton auf 4 ms festgelegt. Im Zeitraum vom Zeitpunkt t45 bis zum Zeitpunkt
t46 wird der Zyklus der Laststeuerung auf 8 ms festgelegt. Das bedeutet, dass,
obwohl die Stromversorgungsperiode Ton und der Zyklus der Laststeuerung
verkürzt
werden, wenn die Batteriespannung Vb ansteigt, die Zyklen der Laststeuerung
unabhängig
davon reduziert werden, so dass das Tastverhältnis 50% nicht übersteigt,
was einen vorbestimmten akzeptablen Wert darstellt.
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Während
der oben beschriebenen Laststeuerung wird das elektromagnetische
Ventil 18 wiederholt geöffnet
und geschlossen im Einklang mit der Stromzufuhr und -unterbrechung
während
eines jeden Ansaugtaktes der Hochdruckpumpe 2 (des Zeitraums
vom Zeitpunkt t40 bis zum Zeitpunkt t41 und des Zeitraums vom Zeitpunkt
t44 bis zum Zeitpunkt t46). Wenn das elektromagnetische Ventil 18 geöffnet ist,
wird niedrig verdichteter Kraftstoff von der Niederdruck-Kraftstoffleitung 20 durch
den Kraftstoff-Einlass 16 in die Druckkammer 14 gesaugt.
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Während
eines Verdichtungstaktes vom Zeitpunkt t41 bis zum Zeitpunkt t44
wird das elektromagnetische Ventil 18 zum Zeitpunkt t42
geschlossen. Danach bleibt das elektromagnetische Ventil 18 bis zum
Zeitpunkt t44, dem Ende des Verdichtungstaktes, geschlossen, unabhängig davon,
wie oft der Strom an die Erregerspule 18a unterbrochen
wird. In dem Zeitraum vom Zeitpunkt t42 bis zum Zeitpunkt t44, in
dem das elektromagnetische Ventil 18 geschlossen ist, öffnet der
hoch verdichtete Kraftstoff in der Druckkammer 14 das Sperrventil 26 und
fließt
zur Zuleitungsrohr 30.
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Während
eines Ansaugtaktes vom Zeitpunkt t44 bis zum Zeitpunkt t47 wird
zum Zeitpunkt t46 der Kurbelwinkel festgestellt. Dementsprechend
wird nach dem Zeitpunkt t46 die Steuerung von der Laststeuerung
in die normale elektromagnetische Steuerung, wie in 4 beschrieben, übergeführt. Das heißt, der
normale Prozess, in dem das elektromagnetische Ventil 18 während eines
Ansaugtaktes geöffnet
und während
eines Verdichtungstaktes geschlossen ist, wird wiederholt durchgeführt, so
dass der Kraftstoffdruck Pf auf einen vorgegebenen Zielwert ansteigt.
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Nach dem bisherigen Stand der Technik
werden der Zyklus und die Stromversorgungsperiode in einer Laststeuerung
nicht verlängert,
auch wenn die Batteriespannung Vb niedrig ist. Dadurch ist in dem ersten
Verdichtungstakt (bezugnehmend auf den Zeitraum vom Zeitpunkt t41
bis zum Zeitpunkt t44 in 12)
der Kraftstoff druck in der Druckkammer 14 nicht erhöht, und
es wird kein Kraftstoff an das Zuleitungsrohr 30 abgegeben.
Das heißt,
im Vergleich zu dieser Ausführung
wird die Druckerhöhung
im Kraftstoff-Einspritzsystem verzögert.
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Diese Ausführung hat grundsätzlich die
gleichen Vorteile wie die erste und die zweite Ausführung. Wenn
die Batteriespannung Vb hoch ist, wird der Zyklus der Laststeuerung
auf einen Wert verkürzt,
bei dem das Tastverhältnis
50% nicht übersteigt.
Dadurch wird das Verhältnis
der Stromversorgungsperiode in der Laststeuerung nicht unnötig erhöht, und
eine Erhöhung
der Belastung der elektrischen Schaltung wird wirksam verhindert.
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Die vorliegende Ausführung kann
wie folgt modifiziert werden.
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In der zweiten Ausführung gemäss 8 und 9 wird der Zyklus der Laststeuerung in
Stufen entsprechend der Batteriespannung Vb geändert. Der Zyklus der Laststeuerung
könnte
jedoch auch kontinuierlich verändert
werden. In der ersten Ausführung
gemäss
den 1 bis 7 und in der dritten Ausführung gemäss 10 bis 12 könnte
die Stromversorgungsperiode in der Laststeuerung (das Tastverhältnis) in
Stufen entsprechend der Batteriespannung Vb geändert werden.
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In den dargestellten Ausführungen
wird die Hochdruck-Kraftstoffpumpe gesteuert, um die Zuführmenge
an verdichtetem Kraftstoff in jedem Verdichtungstakt anzupassen,
nachdem der Kurbelwinkel bestimmt wurde. Das heißt, nachdem der Kurbelwinkel
bestimmt wurde, ist das elektromagnetische Ventil 18 während des
gesamten Ansaugtaktes geöffnet.
In dem Verdichtungstakt wird das elektromagnetische Ventil 18 in
einem Bereich des Kurbelwinkels geschlossen, die der Menge an Kraftstoff
entspricht, die an das Zuleitungsrohr 30 geliefert werden
muss (siehe 4). Die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe könnte
jedoch auch so gesteuert werden, dass die benötigte Menge an verdichtetem
Kraftstoff in einem Ansaugtakt angepasst wird, nachdem der Kurbelwinkel bestimmt
ist. So kann zum Beispiel, nachdem der Kurbelwinkel bestimmt ist,
während
eines Ansaugtaktes der Strom an das elektromagnetische Ventil 18 unter brochen
werden, um das elektromagnetische Ventil 18 in einem Bereich
des Kurbelwinkels zu öffnen,
der der Menge an Kraftstoff entspricht, die an das Zuleitungsrohr 30 geleitet
werden muss (ein Bereich von θc
bis θd
und ein Bereich von θe
bis θf),
so dass Kraftstoff nur in diesen Kurbelwinkelbereichen in die Druckkammer 14 gesogen
wird. Das elektromagnetische Ventil ist während des gesamten Verdichtungstaktes
geschlossen. In diesem Fall wird die Versorgungsmenge des verdichteten
Kraftstoffes reduziert, wenn die Kurbelwinkel θd, θf vorgezogen werden, zu denen
die Stromquelle beginnt. Die Versorgungsmenge an verdichtetem Kraftstoff
wird erhöht,
wenn die Kurbelwinkel θd, θf verzögert wird,
zu denen die Stromquelle beginnt.
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Dementsprechend sollten die vorliegenden Beispiele
und Ausführungen
als erläuternd
und nicht als einschränkend
angesehen werden, und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen
Details beschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfanges und der Gleichwertigkeit der
angefügten
Ansprüche
modifiziert werden.