DE10346920A1 - Motor mit einem System zur Kraftstoffsteuerung von Einspritzeinrichtungen und Verfahren dafür - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Erweiterung des Betriebsbereiches von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für Motoren, die durch ein System mit unter Druck gesetztem Kraftstoff beliefert werden, umfasst, dass das Kraftstoffsystem während eines Motorbetriebs in einem unteren Leistungsbereich mit einem gesteuerten niedrigeren Kraftstoffdruck betrieben wird und das Kraftstoffsystem während des Motorbetriebs oberhalb des niedrigeren Leistungsbereichs mit einem gesteuerten höheren Kraftstoffdruck betrieben wird. Ein Motor, der das Verfahren verwendet, kann eine Kraftstoffverteilungseinrichtung umfassen, die mit den Einspritzeinrichtungen verbunden ist, um den unter Druck gesetzten Kraftstoff zu liefern, und kann eine Drucksteuerung umfassen, die im Ansprechen auf einen vorgeschriebenen Motorzustand, wie beispielsweise einen Ladedruck eines Laders, wirksam ist, um den Kraftstofflieferdruck der Einspritzeinrichtung während des Motorbetriebs in einem unteren Abschnitt des Leistungsbereiches auf einem niedrigeren Wert und während des Motorbetriebs in einem höheren Abschnitt des Leistungsbereiches auf einem höheren Wert beizubehalten. Die zweifachen oder mehrfachen Kraftstoffdrücke sehen eine größere Kraftstoffabgabe für eine erhöhte Leistung in dem Bereich mit höherer Leistung und gleichzeitig eine konsistente Kraftstofflieferung für einen stabilen Leerlauf- sowie Motorbetrieb in dem Bereich mit niedrigerer Leistung vor.
Description
- Diese Erfindung betrifft eine Steuerung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für Motoren und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Erweiterung des Betriebsbereiches von Einspritzeinrichtungen.
- Es ist in der Motorentechnik gut bekannt, Kraftstoff an Motorzylinder oder Einlasskanäle durch Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zu liefern, die mit unter Druck stehendem Kraftstoff bei einem konstanten Druck oder einer Druckdifferenz beliefert werden und elektrisch gesteuerte Einspritzventile besitzen. Die Menge an Kraftstoff, die bei jedem Zyklus in die Zylinder eingespritzt wird, wird durch Pulsbreitenmodulation der elektrischen Ventilsteuerung gesteuert, um die Zeitdauer, in der das Ventil offen ist, gemäß der einzuspritzenden Menge an Kraftstoff zu variieren. Wenn Motorleistungsabgaben für Kraftfahrzeugmotoren erhöht werden, wie beispielsweise durch Aufladen oder Turboaufladen, können größere Einspritzeinrichtungen erforderlich werden, um die erforderliche, Menge an Kraftstoff für einen Vollleistungsbetrieb des Motors bereitzustellen. In solchen Fällen wird, um den Motor mit den größeren Einspritzeinrichtungen im Leerlauf zu betreiben, die Pulsbreite oder Einspritzzeitdauer auf einen Punkt verringert, bei dem eine konsistente Kraftstofflieferung von den Einspritzeinrichtungen schwierig zu erreichen sein kann. Folglich kann der Motorleerlauf unregelmäßig oder instabil sein. Somit besteht ein Bedarf nach einem System und einem Verfahren zur Erweiterung des Betriebsbereiches von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen.
- Die vorliegende Erfindung erweitert den Betriebsbereich von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die durch ein System für unter Druck gesetzten Kraftstoff eines Motors beliefert werden, indem ein Betrieb des Kraftstoffsystems bei zwei oder mehr verschiedenen Kraftstoffdruckniveaus vorgesehen wird. Zum Betrieb der Einspritzeinrichtungen bei einem vorbestimmten niedrigeren Betriebsbereich wird der Kraftstoff auf einen niedrigeren Druck gesteuert, und wenn das System über dem niedrigeren Betriebsbereich betrieben wird, wird der Kraftstoff auf einen höheren Druck gesteuert. Es können gegebenenfalls eine oder mehrere Zwischenbereiche vorgesehen sein. Der höhere Druck erlaubt, dass zusätzlicher Kraftstoff in die Zylinder eingespritzt werden kann, um eine erhöhte Abgabe vorzusehen, während innerhalb der Pulsbreitensteuereinstellungen gearbeitet wird. Wenn die Soll-Motorabgabeleistung verringert ist, arbeitet das System bei einem gesteuerten geringeren Kraftstoffdruck. Somit kann bei höheren Lasten für entweder Saugmotoren oder aufgeladene Motoren zusätzlicher Kraftstoff durch die Einspritzeinrichtungen innerhalb ihrer stabilen Betriebsbereiche geliefert werden. Bei niedrigeren Lasten und im Leerlauf erlaubt der niedrigere Kraftstoffdruck, dass die Einspritzeinrichtungen kleinere genaue Kraftstoffzuwächse liefern können, so dass ein stabiler Betrieb des Motors innerhalb des Betriebsbereichs der Einspritzeinrichtungen beibehalten werden kann.
- Die Erfindung ist allgemein auf Motoren anwendbar, einschließlich Saugmotoren, ist aber insbesondere für Motoren mit Leistungen geeignet, die durch Aufladen, einschließlich Turboaufladen erweitert sind, wobei die Abgabeleistungsfähigkeit von Motorzylindern erhöht ist. In solchen Fällen kann eine Erhöhung der Größe der Einspritzeinrichtungen durch die Verwendung des erhöhten Kraftstoffdruckniveaus für den Hochleistungsbetrieb des Motors unter turboaufgeladenen oder aufgeladenen Bedingungen minimiert oder sogar vermieden werden. Ein stabiler Betrieb des Motorleerlaufzustandes ist während des Betriebs bei dem niedrigeren Kraftstoffdruck leicht anpassbar.
- Bei einem turboaufgeladenen Motor kann beispielsweise unter Verwendung von zwei Kraftstoffdruckeinstellungen der Kraftstoffdruck durch ein Dreiwegeventil gesteuert werden. In dem Betriebsbereich des Motors mit niedrigerer Leistung lenkt das Ventil Kraftstoff an einen Regler für niedrigen Kraftstoffdruck, der überschüssigen Kraftstoff an den Motorkraftstofftank zurückführt. Bei einem Betriebsbereich mit höherer Motorleistung wird das Ventil betätigt, um Kraftstoff an einen Regler für hohen Kraftstoffdruck zu lenken und eine Strömung durch den Niederdruckregler zu schließen, so dass der Kraftstoffdruck erhöht wird, um eine erhöhte Kraftstoffeinspritzung von den Einspritzeinrichtungen vorzusehen.
- Alternativ dazu kann der Kraftstoffdruck durch ein einzelnes Ventil an dem Einlass oder Auslass des Niederdruckreglers gesteuert werden. Das Ventil ist offen, um eine Strömung durch den Niederdruckregler zuzulassen, der dann den Kraftstoffdruck auf ein niedrigeres Druckniveau steuert. Um einen höheren Druck zu erhalten, wird das Ventil geschlossen, um eine Strömung durch den Niederdruckregler zu blockieren, wodurch die gesamte Kraftstoffströmung durch den Hochdruckregler gelenkt wird, der den Kraftstoffdruck auf dem gewünschten höheren Niveau beibehält.
- Die Steuerung des Kraftstoffdruckauswahlventils oder der Kraftstoffdruckauswahlvorrichtung kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel erfolgen. Bei einem Kraftfahrzeugmotor kann eine elektronische Steuereinheit (ECU) oder ein Motorsteuermodul (ECM) dazu verwendet werden, die Ventileinstellung einzuleiten, obwohl abhängig von den Steuersystemfähigkeiten des Motors alternativ dazu ein geeignetes passives System verwendet werden könnte.
- Gegebenenfalls kann ein anderes geeignetes Steuersystem zur Änderung des Kraftstoffdruckes verwendet werden. Solche Alternativen umfassen einen Einzeldruckregler mit einer variablen Drucksteuerung, die durch ein geeignetes elektronisches oder auf Druck ansprechendes Mittel betätigt wird.
- Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlicher.
-
1 ist ein Schaubild, das relevante Abschnitte der Kraftstoff- und Luftsysteme eines Motors zeigt, eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt und gemäß des Verfahrens der Erfindung betreibbar ist. -
2 ist ein Schaubild eines Druckreglerabschnittes einer alternativen Ausführungsform, die ein Dreiwegeventil verwendet, um eine Kraftstoffströmung zu den Reglern zu steuern. - In
1 bezeichnet Bezugszeichen10 allgemein einen Motor mit einem Steuersystem für den Kraftstoffdruck einer Einspritzeinrichtung gemäß der Erfindung. Der Motor besitzt ein Kraftstoffsystem11 mit einem Kraftstofftank12 , einer Kraftstoffpumpe14 und einem Kraftstofffilter16 , die in Serie mit einer Druckleitung17 verbunden sind, die Kraftstoff an ein Kraftstoffverteilerrohr18 liefert, das als ein Kraftstoffverteiler dient. - Das Kraftstoffverteilerrohr
18 speist vier Einspritzeinrichtungen20 zur Lieferung von Kraftstoff an die Motorzylinder oder an Einlasskanäle. Das Kraftstoffverteilerrohr ist auch mit einem Niederdruckregler22 und einem Hochdruckregler24 verbunden, die parallel geschaltet sind, wobei jeder Regler einen Bypassauslass besitzt, der Kraftstoff an eine Kraftstoffrückführleitung26 liefert, die zu dem Kraftstofftank12 führt. Ein Solenoidventil28 ist an dem Einlass des Niederdruckreglers22 angeordnet. Das Ventil ist normalerweise offen, kann aber geschlossen werden, um eine Kraftstoffströmung an den Niederdruckregler zu unterbinden, wodurch ermöglicht wird, dass der Hochdruckregler24 den Kraftstoffdruck steuern kann. - Der Motor besitzt ein Einlassluftsystem
30 , das die Motorzylinder32 umfasst, in die die Einspritzeinrichtungen20 zur Lieferung von Kraftstoff positioniert sind. Von einem Einlasskrümmer34 wird durch herkömmliche Einlassdurchgänge, die die Zylindereinlasskanäle speisen, die nicht gezeigt sind, Luft an die Zylinder geliefert, in die der eingespritzte Kraftstoff geliefert werden kann. Abgasprodukte von den Zylindern werden an einen Auslasskrümmer36 geliefert. Der Motor ist mit einem Turbolader38 versehen, der eine Turbine40 besitzt, in die Abgase von dem Krümmer36 geliefert werden. Der Auslass der Turbine ist mit einer gewöhnlichen Abgasbehandlungsvorrichtung oder einem Motorschalldämpfer42 verbunden. Einlassluft für das Motorluftsystem wird durch einen Einlassluftfilter44 an den Turboladerkompressor46 gelenkt. Von dem Kompressor strömt die Luft durch eine Luftansaugleitung48 an den Motoreinlasskrümmer34 . - Der Einlassluftdruck wird durch einen Drucksensor
50 gemessen, der mit Leitung48 verbunden ist, und der erfasste Druck wird an eine Motorsteuerung52 übertragen. Die Motorsteuerung betreibt ihrer seits einen Ventilaktuator54 , um das Ventil28 zu schließen, sobald der Druck in der Einlassleitung48 und dem Krümmer34 ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Gegebenenfalls kann das Ventil28 mit einem auf Druck ansprechenden Aktuator versehen sein, der einen Ladedruck in dem Einlasskrümmer oder Differenzdrücke in dem Einlasssystem verwenden könnte, um das Ventil zu schließen, sobald ein gewünschter Druckniveau erreicht ist. - Im Betrieb des Systems von
1 bleibt der Solenoidventilaktuator54 während des Motorstarts und eines normalen Betriebs bis zu einem vorbestimmten Leistungsabgabeniveau aberregt. Bei der angegebenen Anordnung wird eine erhöhte Leistungsabgabe dadurch angezeigt, dass der Ladedruck in dem Einlasskrümmer34 auf ein vorbestimmtes Niveau ansteigt. Dies erfolgt, sobald die Turboladerenergie ausreichend ist, um den Krümmerdruck zu erhöhen und eine erhöhte Kraftstoffeingabe an den Motor über die hinaus zuzulassen, die ohne die Anwesenheit des Turboladers erfolgen würde. - Sobald der Ladedruck auf das vorbestimmte Niveau ansteigt, wird der Solenoidaktuator
52 erregt, um das Ventil28 zu schließen, wodurch die Strömung des Kraftstoffs durch den Niederdruckregler22 unterbunden wird. Der Hochdruckregler24 erlaubt dann, dass der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffverteilerrohr18 solange zunehmen kann, bis der festgelegte Druck des Reglers erreicht ist und überschüssiger Kraftstoff wieder durch die Kraftstoffrückführleitung26 an den Kraftstofftank geliefert wird. Bei der Änderung des Kraftstoffdruckes stellt die Motorsteuerung52 die Pulsbreitensteuerung für die Einspritzeinrichtungen ein, um die gewünschte Motorabgabe bei dem neuen Druckniveau beizubehalten. Der höhere Druck bewirkt, dass die Einspritzeinrichtungen eine größere Menge Kraftstoff für eine Pulsbreite einer ähnlichen Zeitperiode einsprit zen, so dass bei einer beliebigen festgelegten Steuerpulsbreite die Menge an Kraftstoff, die durch jede Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, erhöht wird und dadurch die Motorabgabe gesteigert wird. - Sobald die Motorleistung wieder verringert wird und der Krümmerdruck unter Umgebung abfällt, wird die Solenoidsteuerung
54 aberregt, das Ventil28 geöffnet und erneut zugelassen, dass Kraftstoff durch den Niederdruckregler22 strömen kann. Dies bewirkt, dass der Kraftstoffdruck auf das niedrigere gesteuerte Druckniveau zurückkehren kann. Dies lässt zu, dass die Motordrehzahl auf Leerlauf verringert wird oder der Motor bei einer Zwischendrehzahl und Lastbedingungen in dem Bereich der Einspritzeinrichtungen arbeitet, wenn sie bei einem niedrigeren Druckniveau betrieben werden. Der Leerlaufzustand des Motors wird somit stabiler ausgebildet, und die Betriebsbedingungen der Einspritzeinrichtungen sind für Betriebsabläufe mit niedrigerer Last verbessert. -
2 der Zeichnungen zeigt eine alternative Steuerventilanordnung, bei der ein Solenoidaktuator56 ein Dreiwegeventil58 steuert, das an der Verbindungsstelle einer Verbindungsleitung60 von dem Kraftstoffverteilerrohr18 mit Parallelleitungen62 ,64 zu den Nieder- und Hochdruckreglern22 ,24 angeordnet ist. Die Austragsdurchlässe der Regler sind wiederum mit der Kraftstoffrückführleitung26 verbunden. - Ein Betrieb dieser Ausführungsform ist grundsätzlich gleich dem vorhergehend beschriebenen, mit der Ausnahme, dass das Ventil
58 , wenn es in dem nicht erregten Zustand ist, Kraftstoff an den Niederdruckregler22 lenkt, während gleichzeitig eine Kraftstoffströmung zu dem Hochdruckregler24 unterbunden wird. Wenn der Solenoidaktuator56 erregt wird, wird das Dreiwegeventil58 betätigt, um Kraftstoff an den Hochdruckregler24 zu lenken und Kraftstoff an den Niederdruckregler22 zu unterbinden. Das Ergebnis ist gleich wie das vorher beschriebene, da, wenn der Ladedruck ausreichend hoch ist, das Ventil58 den Kraftstoffdruck an den Hochdruckregler lenkt, der den Druck in dem Kraftstoffverteilerrohr18 auf die Einstellung des Reglers 24 zum Betrieb des Motors bei hohen Lasten anhebt, die durch den Ladedruck des Turboladers oder Laders möglich sind. Bei niedrigeren Betriebskrümmerdrücken wird der Solenoid56 aberregt, so dass Kraftstoff an den Niederdruckregler gelenkt wird und der Kraftstoffdruck auf die Einstellung desjenigen Reglers für niedrige Leistung wie auch Leerlaufbetrieb reguliert wird. - Es ist offensichtlich, dass andere Anordnungen zur Verbindung der Regler oder der Verwendung eines einzelnen Reglers mit einer variablen Drucksteuerung, wie auch geeignete Mittel zur Steuerung der Strömung auf eine beliebige geeignete Art und Weise verwendet werden können, um den Motor gemäß dem breiteren Schutzumfang der Erfindung, der in den Ansprüchen definiert ist, zu betreiben.
- Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der beschriebenen erfinderischen Konzepte durchgeführt werden können. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen zu beschränken, sondern sie besitzt den vollen Schutzumfang, der durch den Wortlaut der folgenden Ansprüche zugelassen ist.
- Zusammengefasst umfasst ein Verfahren zur Erweiterung des Betriebsbereiches von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für Motoren, die durch ein System mit unter Druck gesetztem Kraftstoff beliefert werden, dass das Kraftstoffsystem während eines Motorbetriebs in einem unteren Leistungsbereich mit einem gesteuerten niedrigeren Kraftstoffdruck be trieben wird und das Kraftstoffsystem während des Motorbetriebs oberhalb des niedrigeren Leistungsbereichs mit einem gesteuerten höheren Kraftstoffdruck betrieben wird. Ein Motor, der das Verfahren verwendet, kann eine Kraftstoffverteilungseinrichtung umfassen, die mit den Einspritzeinrichtungen verbunden ist, um den unter Druck gesetzten Kraftstoff zu liefern, und kann eine Drucksteuerung umfassen, die in Ansprechen auf einen vorgeschriebenen Motorzustand, wie beispielsweise einen Ladedruck eines Laders, wirksam ist, um den Kraftstofflieferdruck der Einspritzeinrichtung während des Motorbetriebs in einem unteren Abschnitt des Leistungsbereiches auf einem niedrigeren Wert und während des Motorbetriebs in einem höheren Abschnitt des Leistungsbereiches auf einem höheren Wert beizubehalten. Die zweifachen oder mehrfachen Kraftstoffdrücke sehen eine größere Kraftstoffabgabe für eine erhöhte Leistung in dem Bereich mit höherer Leistung und gleichzeitig eine konsistente Kraftstofflieferung für einen stabilen Leerlauf- sowie Motorbetrieb in dem Bereich mit niedrigerer Leistung vor.
Claims (9)
- Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffsystem, das eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfasst, die mit unter Druck stehendem Kraftstoff zur Einspritzung an zugeordnete Zylinder bei Öffnung einzelner Einspritzventile belieferbar sind, wobei der Motor über einen Leistungsabgabebereich betreibbar ist, wobei der Motor umfasst: eine Kraftstoffverteilungseinrichtung, die mit den Einspritzeinrichtungen verbunden ist, um den unter Druck stehenden Kraftstoff zu liefern; einen ersten Druckregler, der mit der Kraftstoffverteilungseinrichtung verbunden ist und dazu dient, einen maximalen Kraftstofflieferdruck der Einspritzeinrichtung auf einen vorbestimmten niedrigeren Wert für einen Motorbetrieb in einem unteren Abschnitt des Bereiches zu steuern; einen zweiten Druckregler, der mit der Kraftstoffverteilungseinrichtung verbunden ist und dazu dient, einen maximalen Kraftstofflieferdruck der Einspritzeinrichtung auf einen vorbestimmten höheren Wert für einen Betrieb des Motors in einem höheren Abschnitt des Bereiches zu steuern; und ein Steuerventil, das mit dem ersten Regler verbunden ist und geschlossen werden kann, um eine Kraftstoffströmung durch den ersten Regler während des Motorbetriebs in dem höheren Bereich zu unterbinden; wobei der erste Druckregler den Kraftstoffdruck auf den niedrigren Wert steuert, wenn das Ventil offen ist, und der zweite Druckreg ler den Kraftstoffdruck auf den höheren Wert steuert, wenn das Ventil geschlossen ist und eine Kraftstofflieferung an den ersten Regler unterbunden ist.
- Motor nach Anspruch 1, mit: einem Lader zur Anhebung des Ladeluftdruckes, der an die Zylinder geliefert wird, um einen Motorbetrieb in dem höheren Bereich zuzulassen und einem Aktuator, der dazu dient, das Steuerventil in Ansprechen auf einen Zylinderladeluftdruck oberhalb eines vorgeschriebenen Wertes zu schließen.
- Motor nach Anspruch 2, wobei der Lader ein abgasgetriebener Turbolader ist.
- Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffsystem, das eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen umfasst, die mit unter Druck stehendem Kraftstoff zur Einspritzung an zugeordnete Zylinder bei Öffnen einzelner Einspritzventile belieferbar sind, wobei der Motor über einen Leistungsabgabebereich betreibbar ist, wobei der Motor umfasst: eine Kraftstoffverteilungseinrichtung, die mit den Einspritzeinrichtungen verbunden ist, um den unter Druck stehenden Kraftstoff zu liefern; und eine Drucksteuerung, die in Ansprechen auf einen vorgeschriebenen Motorzustand wirksam ist, um einen Kraftstofflieferdruck der Einspritzeinrichtung während des Motorbetriebs in einem unteren Abschnitt des Bereiches auf einem niedrigeren Wert und während des Motorbetriebs in einem höheren Abschnitt des Bereiches auf einem höheren Wert beizubehalten.
- Motor nach Anspruch 4, wobei der vorgeschriebene Motorzustand eine Funktion des Zylinderladeluftdruckes ist.
- Motor nach Anspruch 4, wobei der Motor mit einem Lader versehen ist und die Drucksteuerung dazu dient, den höheren Wert zu liefern, wenn der Lader in Betrieb ist, einen Ladedruck zu liefern.
- Verfahren zur Erweiterung des Betriebsbereiches von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, die durch ein System für unter Druck stehenden Kraftstoff eines Motors gespeist werden, wobei das Verfahren umfasst, dass: das System während des Motorbetriebs in einem vorbestimmten unteren Betriebsbereich bei einem gesteuerten niedrigeren Kraftstoffdruck betrieben wird; und das System während des Motorbetriebs oberhalb des niedrigeren Betriebsbereiches bei einem gesteuerten höheren Kraftstoffdruck betrieben wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, umfassend, dass: der Motorbetriebsbereich als eine Funktion des Zylindereinlassluftdrucks des Motors bestimmt wird; und das System bei dem gesteuerten höheren Kraftstoffdruck betrieben wird, wenn der Einlassluftdruck einen vorgeschriebenen Wert überschreitet.
- Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass der Einlassluftdruck bestimmt wird, indem der Ladedruck eines zugeordneten Motorladers erfasst wird.
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