Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem mit
gemeinsamer Druckleitung zu schaffen, das die bekannten Motorausgangsdrehmoment-Vibrationen verringert.
Die
vorliegende Erfindung basiert auf der Tatsache, daß ein geringer
Abfall bei dem Krafstoffdruck in einer gemeinsamen Druckleitung,
der unmittelbar nach Einspritzen des Kraftstoffs in einen Dieselmotor
auftritt, nur gering eine Verringerung der Einspritzkennlinien bzw.
Charakteristiken der Kraftstoffeinspritzer verursacht. Das heißt, daß der unter hohem
Druck geführte
Kraftstoff nicht notwendigerweise von der Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe
zu der gemeinsamen Druckleitung synchron zu der Kraftstoffeinspritzung
ausgestoßen
bzw. gefördert werden
muß, solange
er für
jeden Kraftstoffeinspritzzyklus gefördert wird.
Erfindungsgemäß wird die
Hochdruckkraftstoffzuführpumpe,
die durch den Motor angetrieben wird, derart gesteuert, bzw. geregelt,
daß der
Kraftstoff unter hohem Druck der gemeinsamen Druckleitung zugeführt wird
und zwar im wesentlichen synchron zu der Erzeugung des höchsten Ausgangsdrehmoments
des Motors während
des Verbrennungshubes des Motors. Diese Steuerung verringert Vibrationen
in den Motorausgangsdrehmoment und der Motorumdrehungsgeschwindigkeit.
Die
Erfindung insbesondere deren Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden
nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
1 ist
eine schematische Ansicht, die ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ist
eine schematische Ansicht, die eine Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe
bei Verwendung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der 1 darstellt,
3 ist
eine schematische Schnittansicht, welche das Ausführungsbeispiel
gemäß 1 darstellt,
4 ist
eine Zeitkarte, die den Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 darstellt,
5 ist
eine Zeitkarte, die das Motorausgangsdrehmoment sowie das Pumpenantriebsdrehmoment
darstellt und
6 ist
eine Zeitkarte, die das Motorausgangsdrehmoment sowie das Pumpenantriebsdrehmoment
zeigt.
Ein
Hochdruckkraftstoff-Einspritzsystem gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wie es insbesondere in 1 gezeigt
wird, hat einen 4-Hub-Sechszylinder-Dieselmotor 1,
Kraftstoffeinspritzer bzw. Kraftstoffeinspritzdüsen 2, die auf jeweiligen
Motorzylindern montiert sind, elektromagnetische Ventile 3 und eine
Hochdruck-Kraftstoffsammelleitung oder gemeisame Druckleitung 4.
Die Kraftstoffeinspritzer 2 sind gemeinsam an die gemeinsame
Druckleitung über jeweilige
elektromagnetische Ventile 3 angeschlossen, die sich öffnen und
schließen,
um die Einspritzzeitpunkte sowie die Mengen Einspritzungen für jeden
jeweiligen Zylinder zu steuern bzw. zu regeln. Für das fortlaufende Ansammeln
von unter hohem Druck geführten
Kraftstoff sowie für
das Aufrechterhalten des Hochdruckes ist die gemeinsame Druckleitung 4 über eine
Kraftstoffleitung 5 an eine Verdrängungsvariable Hochdruck-Kraftstoffzuführpumpe 7 angeschlossen,
welche ein Auslaßventil 20 hat. Die
Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe 7 ist
wiederum an einen Kraftstofftank 8 über eine Niederdruckkraftstoff-Zuführpumpe 9 angeschlossen.
Eine
elektronische Regel- oder Steuereinheit (ECU) 40 ist an
einen Motorumdrehungssensor 71 und an einen Motorlastsensor 72 angeschlossen,
um die EIN/AUS (Öffnungs/Schließ)-Zeitpunkte
und Ein-"Perioden" für die elektromagnetischen
Ventile 3 durch Berechnen optimaler Zeitpunkte und Mengen für die Kraftstoffeinspritzungen
basierend auf den erfaßten
Motorbetriebszuständen
(Geschwindigkeit und Last) zu steuern. Die ECU 40 ist an
einen Drucksensor 43 angeschlossen, der den gegenwärtigen Kraftstoffdruck
in der gemeinsamen Druckleitung 4 erfaßt, um ebenfalls die Kraftstoffzuführmenge
der Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe 7 durch
Berechnen optimaler Kraftstoffdrücke
basierend auf den erfaßten
Motorbetriebszuständen
und den erfaßten Kraftstoffdrücken zu
steuern.
Wie
im einzelnen in den 2 und 3 dargestellt
ist, hat die Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe 7 ein Pumpengehäuse 10,
das mit einer Nockenkammer 11 an deren Boden ausgeformt
ist. Eine Motornockenwelle 12, welche mit halber Geschwindigkeit
der Rotationsgeschwindigkeit einer Motorkurbelwelle rotiert, erstreckt
sich in die Nockenkammer 11 und besitzt drei Nocken 13 (13a bis 13c gemäß 3).
Jede Nocke hat zwei vorstehende Profile, die um 180° im Rotationswinkel
der Nockenwelle 12 angeordnet sind. Drei Nocken 13a bis 13c sind
um 120° im
Rotationswinkel der Nockenwelle 12 voneinander versetzt
angeordnet, so daß jede
Nocke 13 einen entsprechenden Kolben oder Stößel 15 für eine Kraftstoffdruckbeaufschlagung
synchron zu dem Verbrennungshub des Motors 1 aufwärts bewegt.
Ein
Pumpenzylinder 14 ist in dem Gehäuse 10 vorgesehen,
wobei der Stößel 15 hin
und her bewegbar in dem Zylinder 14 untergebracht ist.
Der Stößel 15 ist
in einer Säulenform
ausgebildet und besitzt keine Kraftstofführungsnuten oder Kanäle an dessen äußerer Peripherie.
Die obere Endfläche
des Stößels 15 sowie
die innere periphäre
Wandfläche
des Zylinders 14 bilden eine Pumpenkammer 16.
Die Pumpenkammer 16 ist in Fluidverbindung mit einer Zuführbohrung 17 und
einer Auslaßbohrung 18,
die jeweils in dem Zylinder 14 ausgeformt sind. Die Zuführbohrung 17 ist
in Fluidverbindung mit einem Krafstoffreservoir 19, das
zwischen der inneren Wand des Pumpengehäuses 10 und der äußeren Wand
des Zylinders 14 ausgeformt wird. Eine Kraftstoffeinlaßleitung 28 ist
in dem Gehäuse 10 eingesetzt,
um Kraftstoff mit niedrigem Druck von der Niederdruckkraftstoff-Zuführpumpe 9 in
das Kraftstoffreservoir 19 einzuleiten. Das Auslaßventil 20 mit
einem Ventilbauteil 21 und einer Rückholfeder 22 ist
an dem Zylinder 14 befestigt derart, daß es mit der Pumpenkammer 16 über die
Auslaßbohrung 18 fluidverbunden
ist. Der Kraftstoff in der Pumpenkammer 16 drückt für den Fall,
daß er
auf einen hohen Druck durch den Stößel 15 druckbeaufschlagt
wird, das Ventilbauteil 21 entgegen der Rückholfeder 22 weg
bzw. in offener Richtung, um den unter hohem Druck geführten Kraftstoff über eine
Auslaßamature
bzw. Einrichtung 23 in die gemeinsame Druckleitung 4 zu
fördern
bzw. auszustoßen.
Ein
Ventilsitz 24 ist an das Bodenende des Stößels 15 angekoppelt
und wird durch eine Rückholfeder 25 normalerweise
abwärts
vorgespannt, um an einem Gleitbauteil 26 anzuliegen. Das
Gleitbauteil 26 hat eine Nockenwalze 27, die an
der Nocke 13 anliegt und sich entlang des vorstehenden
Profils der Nocke 13 bewegt. Wenn die Nocke 13 mit
der Nockenwelle 12 gedreht wird, dann bewegt sich der Stößel 15 in
der Pumpenkammer 16 des Zylinders 14 über die
Nockenwalze oder Rolle 27 und dem Ventilsitz 24 hin
und her.
Während der
Hin- und Herbewegung des Kolbens 15 innerhalb des Zylinders 14 öffnet und schließt die äußere Peripherie
des Stößels 15 die
Zuführbohrung 17.
Der unter niederem Druck geführte Kraftstoff
tritt in die Pumpenkammer 16 und das Kraftstoffreservoir 17 über die
Zuführbohrung 17 ein, wenn
der Stößel oder
Kolben 15 sich nahe der untersten Position befindet und
die Zuführbohrung
geöffnet
ist (siehe 2).
Das
elektromagnetische Ventil 30 (30a bis 30c gemäß 3)
ist in den Zylinder 14 an der Position eingesetzt, welche
der oberen Endseite des Stößels 15 gegenüberliegt.
Das elektromagnetische Ventil 30 gehört zu der Vorhubbauart und
wird zu einem vorbestimmten Zeitpunkt erregt, nachdem der Stößel die
Zuführbohrung 17 geschlossen
hat, um das Ventilbauteil 38 auf einen Sitz 37 zu
bewegen, wodurch die Druckbeaufschlagungszeit des Stößels 15 bestimmt
wird. Folglich bewirkt die Steuerung des Zeitpunkts bzw. der Zeit
einer Erregung des elektromagnetischen Ventils 30 eine Änderung
der Menge an unter hohem Druck geführten Kraftstoff, der in die gemeinsame
Druckleitung 40 gefördert
wird. Ein Niederdruckkanal 31 ist in Fluidverbindung mit
dem Krafststoffreservoir 19 über einen Schacht 41 und
einen Kanal 42, so daß der
unter hohem Druck geführte
Kraftstoff in der Pumpenkammer 16 in das Kraftstoffreservoir 19 durch Öffnen des
Ventilbauteils 38 zurückgeführt oder
entspannt werden kann.
Wie
in der 3 dargestellt wird ist eine Scheibe 51,
die sechs gleichwinklig angeordnete Vorsprünge darauf für einen
Sechs-Zylindermotor hat, an der Nockenwelle 12 befestigt,
wobei ein elektromagnetischer Nockenwinkelsensor 50 angeordnet ist,
um Rotationssignale bei jedem Erreichen von 60° der Nockenwellenrotation (ein-sechstel
Rotation) 24 erzeugen. Der Nockenwinkelsensor 50 und
die Scheibe 51 sind derart angeordnet, daß jedes
Rotationssignal in der oberen Totpunktstellung des Motorkolbens
(unterer Stößeltotpunkt)
erzeugt wird.
Darüberhinaus
ist eine Scheibe 61 mit lediglich einem darauf ausgebildeten
Vorsprung an der Nockenwelle 12 fixiert, wobei ein Sensor
der elektromagnetischen Bauart angeordnet ist, um ein Bezugspositionssignal
bei jeder 360°-Umdrehung
(eine Umdrehung) zu erzeugen. Die Sensoren 50 und 60 bilden
den Rotationssensor 71 gemäß der 1. Mit den
Rotationssignalen und dem Referenzpositionssignal ist die ECU 40 in
der Lage, die obere Kolbentotpunktposition für jeden Zylinder sowie die
Motordrehgeschwindigkeit zu bestimmen. Das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel
arbeitet in der folgenden Weise:
Gemäß 2 öffnet der
durch die Nockenwelle 12 hin und her bewegbare Stößel 15 die
Zuführbohrung 17 während einer
Abwärtsbewegung,
um den mit niedrigem Druck geführten
Kraftstoff in die Pumpenkammer 16 über die Zuführbohrung 17 einzuleiten. Der
Stößel oder
Kolben 15 schließt
hierauf die Zuführbohrung 17 während der
Aufwärtsbewegung (während einem
Verbrennungshub des Motors), um zu erreichen, daß der Kraftstoff in der Pumpenkammer 16 druckbeaufschlagt
wird. Das elektromagnetische Ventil 30 ist jedoch in diesem
Augenblick in nicht erregtem Zustand gehalten, wobei das Ventilbauteil 38 in
offenem Zustand ist. Als ein Ergebnis hiervon wird der Kraftstoff
in der Pumpenkammer 16 über
den Schacht 41 und den Kanal 42 in das Kraftstoffreservoir 19 entspannt,
wobei keine Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs erfolgt.
Wenn
das elektromagnetische Ventil 30 durch die ECU 40 während des
Entspannungsvorgangs erregt wird, dann wird das Ventilbauteil 38 derart
bewegt, daß es
auf dem Ventilsitz 38 aufsitzt, um den Niederdruckkanal 31 zu
schließen.
Unter dieser Bedingung beginnt der Stößel 15 mit der Druckbeaufschlagung
des Kraftstoffs innerhalb der Pmpenkammer 16. Wenn der
Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 16 derart ansteigt,
daß er
die Vorspannkraft der Feder übersteigt,
welcher an dem Auslaßventil 20 vorherrscht,
dann öffnet
der unter Druck gesetzte Kraftstoff das Auslaßventil 20 und wird
in die gemeinsame Druckleitung 4 über die Armatur 23 ausgestoßen.
Gemäß diesem
Betrieb fördert
die Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe 7 den
unter hohen Druck gesetzten Kraftstoff in die gemeinsame Druckleitung 4 während des
Motorverbrennungshubes. Aus diesem Grunde wird, wie durch die durchgezogenen
Linien in 4 dargestellt ist, mit dem Ausstoßen von
unter hohen Druck gesetzten Kraftstoffs von der Pumpe 7 während des
Motorverbrennungshubes begonnen, und wird bezüglich des Kraftstoffeinspritzbetriebes
(während
des Motorkompressionhubes und vor dem Motorverbrennungshub) des
elektromagnetischen Ventils 3 verzögert, welches bewirkt, daß der Kraftstoffdruck
in der gemeinsamen Druckleitung 4 abfällt. Gemäß der 4 zeigen
die gestrichelten Linien den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Druckleitung 4 und
den unter hohem Druck geführten Kraftstoff,
der aus der Pumpe 7 ausgestoßen wird, in dem Fall, daß die Pumpe 7 damit
beginnt, unter hohen Druck gesetzten Kraftstoff während des
Motorkompressionshubes auszustoßen.
Das
Motorausgangsdrehmoment sowie das Pumpenantriebsdrehmoment werden
durch die durchgezogenen Linien in 5 gezeigt.
Da der Kraftstoff-Duckbeaufschlagungs-
und Förderhub
der Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe 7 sich
bezüglich der
Zeiteinstellung mit dem Motorverbrennungshub überlappt, wird das Motorausgangsdrehmoment
entsprechend dem Pumpenantriebsdrehmoment reduziert. Folglich wird
das Motorausgangsdrehmoment (durchgezogene Linie) gemäß der Erfindung
niedriger als das Ausgangsdrehmoment (gestrichelte Linie), welches
für den
Fall erhalten wird, daß Kraftstoff während des
Motorkompressionshubes unter Druck gesetzt und ausgestoßen wird
(das heißt
vor dem Motorverbrennungshub). Folglich wird die Höhe an Änderungen
des Motorausgangsdrehmoments verringert, wobei die Änderungen
bezüglich
der Motorrotationsgeschwindigkeit und die damit verbundenen Motorvibrationen
verringert werden können.
Wie
durch die durchgezogenen Linien in 6 gezeigt
wird, bewirkt mit Bezug auf einen Zylinder das vorstehende beschriebene
Ausführungsbeispiel
geringere Variationen und Änderungen
des Motorausgangsdrehmoments als in dem Fall, in welchem der Kraftstoff
während
des Motorkompressionshubes druckbeaufschlagt und ausgestoßen wird (gezeigt
durch die gestrichelten Linien). Vorzugsweise wird die Hochdruckkraftstoffausstoßzeiteinstellung
bzw. der Hochdruckkraftstoff-Ausstoß-Zeitpunkt der Hochdruckkraftstoff-Zuführpumpe
mit dem maximalen Motorausgangsdrehmomentzeitpunkt bzw. dessen Zeiteinstellung
synchronisiert, der unmittelbar nach der Kraftstoffverbrennung in
dem Motorzylinder eintritt.
Die
vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht auf das vorstehend offenbarte
Ausführungsbeispiel beschränkt werden,
sondern kann modifiziert werden, ohne daß von dem Umfang der Erfindung
gemäß der nachstehenden
Ansprüche
abgewichen wird.
Ein
Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem hat eine Hochdruckkraftstoff-Förderpumpe
(7) für
das Fördern
eines unter hohen Druck gesetzten Kraftstoffs, eine gemeinsame Druckleitung
(4) für
das Ansammeln des Ausgeförderten
unter hohen Druck gesetzten Kraftstoffs und Kraftstoffeinspritzer
(2) für
das Einspritzen des angesammelten und unter hohen Druck gesetzten
Kraftstoffs in einen Dieselmotor (1). Die Hochdruckkraftstoff-Förderpumpe
(7) wird elektronisch geregelt bzw. gesteuert, um den unter
hohen Druck gesetzten Kraftstoff in die gemeinsame Druckleitung
(4) zu einem Zeitpunkt zu fördern, in welchem der Motor
(1) ein maximales Ausgangsdrehmoment während dessen Verbrennungshub
erzeugt.