DE19757724A1 - Verfahren zur Kraftstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzdüse mit variabler Düsenöffnung - Google Patents
Verfahren zur Kraftstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzdüse mit variabler DüsenöffnungInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kraftstoffein
spritzsteuerung, das bei einem Dieselmotor oder dergleichen
verwendet wird, und insbesondere ein Verfahren zur Kraftstoff
einspritzsteuerung unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritz
düse mit variabler Düsenöffnung.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem bei einem Dieselmotor ist
allgemein gebildet durch eine Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stö
ßeltyp, so wie eine Verteilerpumpe oder eine In-Line-Pumpe so
wie Kraftstoffeinspritzdüsen.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen sind Einrichtungen zur Zufüh
rung von Kraftstoff in zerstäubtem Zustand zu den Zylindern des
Motors, und wie zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Pa
tentveröffentlichung No. S.59-180063 beschrieben, können sie
eine Konstruktion haben, bei der ein Nadelventil in der Axial
richtung des Nadelventils und des Düsenkörpers verschieblich in
einem Düsenkörper aufgenommen ist und dieses Nadelventil wird
durch eine Feder von deren rückseitiger Axialrichtung zwangsge
schlossen und das Nadelventil hat an seiner Spitze eine koni
sche druckaufnehmende Oberfläche und das Nadelventil wird durch
einen auf diese druckaufnehmende Oberfläche zu wirken veranlaß
ten von einer Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp abgegebe
nen Kraftstoffdruck geöffnet und Kraftstoff durch eine Anzahl
von in der Spitze des Düsenkörpers ausgebildeten Düsenöffnungen
in eine Brennkammer des Motors eingespritzt.
Jedoch sind bei dieser Konstruktion der Kraftstoffein
spritzdruck, die eingespritzte Menge und die Einspritzgeschwin
digkeit allgemein durch die Charakteristiken und die
Leistungsfähigkeit der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe bestimmt
und weiterhin ist es nicht möglich, die gesamte Düsenöffnungs
fläche fein zu vergrößern oder zu verkleinern. Folglich nimmt
während eines Niederdrehzahllaufs des Motors der Kraftstoffein
spritzdruck ab und während eines Niederlastlaufs des Motors
wird die Einspritzzeit kurz und es ist nicht möglich, einen gu
ten Verbrennungszustand aufrecht zu erhalten, und es ist
schwierig gewesen, die Kraftstoffverbrennung zu fördern und
Verbesserungen bei Leistung und Kraftstoffverbrauch und Vermin
derungen bei Verbrennungslärm und NOx-Emissionen zu erreichen.
Als eine Maßnahme, um dies zu überwinden, ist in der japa
nischen ungeprüften Patentveröffentlichung No. H.4-76266 eine
Kraftstoffeinspritzdüse mit einer variablen Düsenöffnungsfläche
vorgeschlagen worden. Bei diesem verwandten Stand der Technik
sind eine Anzahl von Düsenöffnungen in Umfangsrichtung beab
standet in einer eine in der Spitze des Düsenkörpers ausgebil
deten Bohrung begrenzenden Wand ausgebildet und ein drehbarer
Schaft, der als ein rotierendes Ventil dient, verläuft durch
das Zentrum des Nadelventils und ist mit seiner Spitze in der
Bohrung positioniert. In der Spitze des rotierenden Ventil
schafts sind Durchgänge vorgesehen, und eine Kraftstoffdruck
kammer in der Bohrung und die Düsenöffnungen werden durch diese
Passagen verbunden, wenn das Nadelventil öffnet.
Jedoch bietet dieser verwandte Stand der Technik nur eine
Steuerung, bei der das rotierende Ventil so auf eine Position
eingestellt wird, daß vier Düsenöffnungen zu Zeiten eines Nie
derdrehzahl- und Niederlastlaufs der Maschine offen sind, und
die Position des rotierenden Ventils auf eine solche Position
umgeschaltet wird, daß acht Düsenöffnungen zu Zeiten eines
Hochdrehzahl/Hochlastlaufs verwendet werden; das heißt, das
Verfahren besteht lediglich im Umschalten der Anzahl von offe
nen Düsenöffnungen zwischen vier und acht und gestattet es
nicht, daß die Düsenöffnungsfläche auf eine für den Betriebszu
stand des Motors optimale Düsenöffnungsfläche fein eingestellt
wird. Auch gibt es dort das Problem, daß beim Umschalten der
Anzahl von offenen Düsenöffnungen sich auch die Sprührichtung
ändert.
Weiterhin gibt es bei diesem verwandten Stand der Technik
keine Beschreibung in Bezug darauf, wie man das rotierende Ven
til steuert, um eine optimale Düsenöffnungsfläche zu erhalten.
Insbesondere, wenn eine Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ mit va
riabler Düsenöffnung mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe vom
Stößeltyp kombiniert wird, ist es zum Optimieren der Düsenöff
nungsfläche notwendig, den Winkel des rotierenden Ventils unter
Berücksichtigung der Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritzpum
pe, des Ansprechverhaltens und des Drehmoments einer das rotie
rende Ventil drehenden Betätigungseinrichtung zu steuern, und
weil es bei dem verwandten Stand der Technik keine Beschreibung
gegeben hat, die Einrichtungen oder Verfahren zum Lösen dieser
Probleme liefert, hat es bei dieser Art von Pumpen-Düsen-Kom
bination bisher an Praktikabilität gemangelt.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung ein Verfahren zur
Kraftstoffeinspritzsteuerung zu schaffen, mit welchem es mög
lich ist, die Düsenöffnungsfläche optimal bei allen Drehzahlen
der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe und unabhängig vom Ansprech
verhalten und dem Drehmoment der Betätigungseinrichtung zum
Drehen des rotierenden Ventils optimal zu steuern und es da
durch möglich ist, eine Sprühung mit für die Motorverbrennung
optimalen Charakteristiken sicher auszubilden.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung ein Verfahren zur
Kraftstoffeinspritzsteuerung zu schaffen, mit welchem eine er
forderliche Düsenöffnungsfläche über den gesamten Drehzahlbe
reich der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe selbst bei Verwendung
einer kleinen Betätigungseinrichtung für das rotierende Ventil
mit langsamem Ansprechverhalten automatisch erhalten werden
kann.
Um die oben genannten Ziele und weitere Ziele zu errei
chen, wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Kraftstoffein
spritzsteuerung geschaffen unter Verwendung einer Kraftstoff
einspritzdüse vom Typ mit variabler Düsenöffnung, die auf der
Eingangsseite einer in der Spitze eines Düsenkörpers ausgebil
deten Bohrung ein durch einen Kraftstoffdruck von einer Kraft
stoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp geöffnetes Nadelventil
aufweist und in Umfangsrichtung beabstandet in einer eine Boh
rung einschließenden Wand, welche die Bohrung bildet, mit einer
Anzahl von Düsenöffnungen versehen ist und in der Bohrung ein
rotierendes Ventil mit Kraftstoffpassagen aufweist, die mit den
Düsenöffnungen verbindbar sind, wobei das rotierende Ventil
durch eine Betätigungseinrichtung gedreht wird und das Maß an
Verbindung der Düsenöffnungen mit den Kraftstoffpassagen mit
dem Winkel des rotierenden Ventils geändert wird.
Gemäß der Erfindung wird beim Ausführen der Kraftstoffein
spritzung unter Verwendung dieser Kraftstoffeinspritzdüse vom
Typ mit variabler Düsenöffnung in Kombination mit einer Kraft
stoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp eine Nichteinspritzperiode in
der Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe erfaßt und der
Winkel des rotierenden Ventils wird in Stufen geändert, bis das
rotierende Ventil durch einen Betrieb des Antreibens der Betä
tigungseinrichtung zum Drehen des rotierenden Ventils nur in
dieser Nichteinspritzperiode unter Wiederholung eine erforder
liche Anzahl von Malen einen einer erforderlichen Düsenöff
nungsfläche entsprechenden Zielwinkel erreicht.
Entsprechend der Erfindung wird dies vorzugsweise getan
unter Verwendung der Steuerungsschritte von:
- (i) Bestimmung einer Zielimpulszahl und einer Dreh richtung der Betätigungseinrichtung entsprechend einer Diffe renz zwischen dem der erforderlichen Düsenöffnungsfläche entsprechenden Zielwinkel des rotierenden Ventils und einem au genblicklichen Absolutwinkel des rotierenden Ventils;
- (ii) Verwendung eines Teilungsimpulses (360 oder 3600 Impulse/Umdrehung), der einen Referenzimpuls pro Umdrehung (1 Impuls/Umdrehung), welcher den Anfang einer Einspritzung bei jeder Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe anzeigt, gleichförmig in Bezug auf die Zeit teilt, und wenn der Tei lungsimpuls eine vorgegebene Impulszahl (Verzögerungsimpulszahl ID) erreicht, die anzeigt, daß die Einspritzung mit dieser Zeitlage geendet hat, Antreiben der Betätigungseinrichtung zum Drehen des rotierenden Ventils um nicht mehr als eine maximale Betätigungsimpulszahl, die eine maximale Zahl von Impulsen bil det, um welche die Betätigungseinrichtung in einem Betätigungs einrichtungbetriebsbereich zwischen Einspritzungen getrieben werden kann; und
- (iii) wenn der bei der augenblicklichen Drehung erhal tene Winkel kürzer ausfällt als der Drehwinkel, welchem die Zielimpulszahl entspricht, Antreiben der Betätigungseinrichtung zum Drehen des rotierenden Ventils um nicht mehr als die maxi male Betätigungsimpulszahl bei mindestens einer folgenden Dre hung der Kraftstoffeinspritzpumpe mit derselben Zeitlage und dadurch Erhalten des Zielwinkels des rotierenden Ventils ent sprechend der erforderlichen Düsenöffnungsfläche.
Um die Erfindung mehr im einzelnen zu erläutern, ist es
wünschenswert, wenn man eine Kraftstoffeinspritzung unter Ver
wendung einer Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ mit variabler Dü
senöffnung mit einem rotierenden Ventil kombiniert mit einer
Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp verwendet, um den Anfor
derungen des Motors zu entsprechen, die Düsenöffnungsfläche mit
Zunahme der Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe zu er
höhen und dementsprechend die Düsenöffnungsfläche zu vermin
dern, wenn die Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe
fällt.
Als Verfahren zur Ausführung dieser Art von Steuerung ist
ein Drehen des rotierenden Ventils während Kraftstoffeinsprit
zungen durch die Einspritzdüse denkbar. Jedoch wird sich in
diesem Falle, wenn das Drehmoment der Betätigungseinrichtung
niedriger als eine durch den Kraftstoffeinspritzdruck auf das
rotierende Ventil ausgeübte positionshaltende Kraft ist, sich
das rotierende Ventil nicht bewegen und folglich kann die er
forderliche Düsenöffnungsfläche nicht erhalten werden. Um dies
zu lösen, ist es notwendig eine Betätigungseinrichtung zu ver
wenden, von welcher ein großes Drehmoment erhalten werden kann.
Jedoch, wenn man dies tut, wird die Betätigungseinrichtung groß
und folglich wird die Einspritzdüse, an welcher die Betäti
gungseinrichtung angebracht ist, groß und sehr kostspielig.
Auch, wenn der Motor und die Kraftstoffeinspritzpumpe bei
hoher Drehzahl gedreht werden, wird es schwierig, die Betäti
gungseinrichtung so zu betreiben, daß sie das rotierende Ventil
innerhalb einer einzigen Drehung der Kraftstoffeinspritzpumpe
auf einen Zielwinkel dreht, und die Steuerung der Betätigungs
einrichtung überlappt sich mit der Kraftstoffeinspritzperiode
und das oben erwähnte Problem tritt wiederum auf. Dies ist ins
besondere merklich, wenn eine Betätigungseinrichtung mit einem
langsamen Ansprechverhalten verwendet wird.
Um dies zu überwinden, wird bei der vorliegenden Erfindung
ein grundsätzlicher Steuerungslösungsweg verwendet, bei dem die
Betätigungseinrichtung nur zwischen Kraftstoffeinspritzungen
betrieben und dadurch das rotierende Ventil gedreht wird. Auch
wenn der Motor und die Kraftstoffeinspritzpumpe bei hoher Dreh
zahl laufen, wird die geforderte korrekte Düsenöffnungsfläche
erhalten durch Drehen des rotierenden Ventils in Stufen, bis
der der Zieldüsenöffnungsfläche entsprechende Winkel des rotie
renden Ventils erreicht ist.
Um dies zu erreichen, macht die Erfindung in eleganter
Weise zum Vorteil Gebrauch von den Charakteristiken einer
Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp. Das heißt, bei einer
Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp ist die Zeitlage der
Einspritzung bei jeder Drehung der Pumpe durch die Form eines
Nockens bestimmt und die Winkelposition des Nockens bei dieser
Einspritzzeitlage ist dieselbe bei allen Drehzahlen der Pumpe.
Dementsprechend wird bei dieser Erfindung ein Einspritzrefe
renzimpuls pro eine Umdrehung von einer Drehzahlerfassungsein
richtung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe erhalten und ebenso
wird ein Teilungsimpuls erhalten, der diesen Einspritzrefe
renzimpuls in viele gleiche Intervalle bezüglich der Zeit
teilt. Wenn dies getan wird, ist es möglich, automatisch nach
einer festen Anzahl von Impulsen des Teilungsimpulses festzu
stellen, daß das Nadelventil der Einspritzdüse öffnet und die
Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird.
Die Dauer dieser Kraftstoffeinspritzung hängt von der Art
der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe ab, ist aber normalerweise
ein Maximum von ungefähr 20° in den 360° jeder Drehung (obwohl
aufgrund eines Vorhubs sich die Phase um ein Maximum von unge
fähr 400 verschieben kann). Somit ist es durch Zählen einer der
Dauer der Kraftstoffeinspritzung entsprechenden Verzögerungsim
pulszahl des Teilungsimpulses möglich, eine Betätigungseinrich
tungsantriebszeitlage zum Einstellen der Düsenöffnungsfläche
einzustellen.
Dementsprechend wird bei der Erfindung eine erforderliche
Düsenöffnungsfläche eingestellt und ein aus der Korrelation
zwischen der Düsenöffnungsfläche und dem Winkel des rotierenden
Ventils berechneter Zielwinkel des rotierenden Ventils wird in
eine Zielimpulszahl umgewandelt und die Betätigungseinrichtung
wird mit der oben erwähnten Zeitlage betrieben, bis sie die
Zielimpulszahl erreicht. Wenn die Zielimpulszahl bei einer Dre
hung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe nicht erreicht wird,
wird die Steuerung ausgeführt, um die Betätigungseinrichtung
mit der gleichen Zeitlage (d. h. während Nicht-Einspritzung) in
einer oder mehreren folgenden Drehungen der Stößelkraftstoff
einspritzpumpe zu betreiben, bis die Zielimpulszahl (und somit
die Zieldüsenöffnungsfläche) erreicht ist.
Auf diese Weise kann bei der vorliegenden Erfindung die
Düsenöffnungsfläche präzise auf eine Zielgröße geändert werden,
nicht während eine Kraftstoffeinspritzung von der Einspritzdüse
im Gange ist, sondern unter Verwendung der Nicht
einspritzperioden zwischen Kraftstoffeinspritzungen und so, daß
der Drehbetrieb der Betätigungseinrichtung ausschließlich in
einem Betätigungseinrichtungbetriebsbereich gehalten wird. Des
wegen ist es, selbst bei Verwendung einer Betätigungseinrich
tung mit einem langsamen Ansprechverhalten, möglich jedwede
optimale Düsenöffnungsflächenänderung über den gesamten Dreh
zahlbereich der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe zu verwirkli
chen. Als Ergebnis ist es möglich, eine optimale
Kraftstoffeinspritzung auszuführen, so daß der Einspritzdruck,
die Einspritzperiode und die Einspritzmenge an die Drehzahl und
Last des Motors angepaßt sind. Und weil das Ansprechverhalten
der Betätigungseinrichtung langsam sein kann, kann die Notwen
digkeit der Verwendung einer großen oder speziellen Betäti
gungseinrichtung vermieden werden und die Einspritzdüse kann
kompakt und kostengünstig hergestellt werden.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Kraft
stoffeinspritzdüse und eines Steuersystems zeigt, das bei einem
Verfahren zur Kraftstoffeinspritzung gemäß der Erfindung ver
wendet wird;
Fig. 2-A ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von
Fig. 1, der den Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse vor einer
Einspritzung zeigt;
Fig. 2-B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von
Fig. 1, die den Zustand der Kraftstoffeinspritzdüse während ei
ner Einspritzung zeigt;
Fig. 3-A ist eine Schnittansicht auf der Linie X-X von
Fig. 2-A;
Fig. 3-B ist eine Schnittansicht auf der Linie Y-Y von
Fig. 2-A;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel
eines rotierenden Ventils zeigt, das bei der Erfindung verwen
det wird, und dessen Beziehung mit einem Kupplungsstück und ei
nem Schaft;
Fig. 4-B ist eine perspektivische Ansicht, die ein weite
res Beispiel eines bei der Erfindung verwendeten rotierenden
Ventils zeigt;
Fig. 5-A ist eine Schnittansicht, die die Beziehung zwi
schen der Winkelposition eines rotierenden Ventils und Düsen
öffnungen bei der Erfindung darstellt und eine offene
Öffnungsfläche von 100% zeigt;
Fig. 5-B ist eine ähnliche Schnittansicht, die die offene
Öffnungsfläche bei 75% zeigt;
Fig. 5-C ist eine ähnliche Schnittansicht, die die offene
Öffnungsfläche bei 50% zeigt;
Fig. 5-D ist eine ähnliche Schnittansicht, die die offene
Öffnungsfläche bei 25% zeigt;
Fig. 6-A ist eine vergrößerte Vorderansicht einer Düsen
öffnung, wenn die offene Öffnungsfläche 100% ist;
Fig. 6-B ist eine vergrößerte Vorderansicht der Düsenöff
nung, wenn die offene Öffnungsfläche 75% ist;
Fig. 6-C ist eine vergrößerte Vorderansicht der Düsenöff
nung, wenn die offene Öffnungsfläche 50% ist;
Fig. 6-D ist eine vergrößerte Vorderansicht der Düsenöff
nung, wenn die offene Öffnungsfläche 25% ist;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung
zwischen dem Winkel eines rotierenden Ventils und der Düsenöff
nungsfläche bei der Erfindung zeigt;
Fig. 8-A ist eine perspektivische Ansicht, die ein Bei
spiel einer Winkeleinstellvorrichtung für das rotierende Ventil
zeigt;
Fig. 8-B ist eine graphische Darstellung, die eine Bezie
hung zwischen dem Winkel des rotierenden Ventils und einem ein
gestellten Winkel zeigt;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung
zwischen der Drehzahl einer Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stö
ßeltyp, der Motorlast und einer optimalen Düsenöffnungsfläche
zeigt;
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, das ein automatisches Steu
erprogramm gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine Darstellung, die die Zeitlage der Düsen
öffnungseinstellung bei der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die eine Bezie
hung zwischen der Stufensteuerung eines rotierenden Ventils und
der Düsenöffnungsflächenänderung zeigt; und
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm einer manuellen Steuerung ge
mäß der Erfindung.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung eines derzeit bevorzugten
Ausführungsbeispiels derselben offensichtlich gemacht; jedoch
ist die Erfindung nicht auf die bei dem bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel gezeigte Konstruktion beschränkt und es wird für
die auf dem Fachgebiet geschulten Personen klar sein, daß ver
schiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbe
reichs der Erfindung möglich sind.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems, das
bei einem Verfahren zur Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß der
Erfindung verwendet wird. Das Bezugszeichen A bedeutet eine
Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ mit variabler Düsenöffnung, und
diese Kraftstoffeinspritzdüse ist in eine Brennkammer eines
Dieselmotors vorspringend angebracht. Hier ist repräsentativ
eine Kraftstoffeinspritzdüse A vom Typ mit variabler Düsenöff
nung gezeigt, aber natürlich werden eine der Anzahl der Zylin
der in dem Motor entsprechende Anzahl verwendet. Das
Bezugszeichen B bedeutet eine Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stö
ßeltyp. Eine Stößelkraftstoffeinspritzpumpe ist eine Pumpe so
wie vom In-Line-Typ oder eine Pumpe vom Verteilertyp mit einem
durch eine Nockenwelle gedrehten Nocken und durch diesen Nocken
angetriebenen Kolben.
Ein Spezifikationsbeispiel einer Pumpe vom Verteilertyp,
auf welche die Erfindung angewendet werden kann, ist ein Typ
mit einer Maximumdrehzahl von 2000 l/min, einer maximalen
Kraftstoffeinspritzdauer von 20° (1,67 msec bei 2000 l/min) in
den 360° einer Drehung, und einer maximalen Einspritzphasenver
schiebung aufgrund einer Vorhubeinstellung von ungefähr 40°.
Das Bezugszeichen M bedeutet einen Motor zum Antreiben der
Stößelkraftstoffeinspritzpumpe B.
C bedeutet eine Drehzahlerfassungseinrichtung (hiernach
als Kodierer bezeichnet), der in der Nähe einer Hauptwelle der
Stößelkraftstoffeinspritzpumpe B vorgesehen ist; dies kann ei
ner jedweder Art sein, so wie magnetischer oder optischer Art,
aber was auch immer seine Art ist, es wird ein Kodierer verwen
det, der die Fähigkeit hat, ein 1 Impuls-Signal (1 Impuls/Um
drehung) für jede Drehung der Nockenwelle der Stößeleinspritz
pumpe B aus zugeben. Die Zeitlage, zu welcher dieses Signal er
zeugt wird, ist so gemacht, daß sie mit einer Nocken
phasenposition unmittelbar vor dem Beginn der Kraftstoffein
spritzung korrespondiert. Auch wird für diesen Kodierer C ein
Kodierer verwendet, der die Fähigkeit hat, einen Teilungsimpuls
auszugeben, der das 1 Impuls-Signal in zum Beispiel 360 oder
3600 gleiche Intervalle pro Drehung (360 Impulse/Umdrehung oder
3600 Impulse/Umdrehung) auszugeben sowie das 1 Impuls-Signal
auszugeben, das den Beginn der Kraftstoffeinspritzung bei jeder
Drehung anzeigt.
D ist eine Steuereinheit für die Antriebssteuerung des ro
tierenden Ventils.
Die Kraftstoffeinspritzdüse A vom Typ mit variabler Düsen
öffnung hat nicht nur ein durch Kraftstoffdruck geöffnetes Na
delventil 4 wie bekannte Kraftstoffeinspritzdüsen, sondern hat
insbesondere ein rotierendes Ventil 7 und ein eine Antriebsein
richtung 9 enthaltendes Antriebssystem zum Antreiben dieses ro
tierenden Ventils 7 und einen Detektor 11 zum Erfassen des
Absolutwinkels (absolute Winkelposition) des rotierenden Ven
tils 7.
Fig. 1 bis Fig. 5-D zeigen ein Beispiel einer Kraftstoff
einspritzdüse A vom Typ mit variabler Düsenöffnung, welche mit
der Erfindung verwendet werden kann.
In Fig. 1 hat ein Düsenhalter 1 einen Antriebskopfteil 1a,
der mit dessen oberen Ende öldicht verbunden ist. Ein Düsenkör
per 3 ist mit dem unteren Ende des Düsenhalters 1 verbunden mit
einer Abstandscheibe 3' dazwischen, und dieser Düsenkörper 3
ist mittels einer Haltemutter 5 mit dem Düsenhalter 1 verbun
den. Das Nadelventil (Düsennadel) 4 ist in die Innenseite des
Düsenkörpers 3 eingefügt.
In dem Zentrum des Düsenhalters 1 ist eine axiale Bohrung
16 vorgesehen, und eine Düsenfeder 13 ist in einem unteren Ab
schnitt dieser axialen Bohrung 16 angeordnet und wird von einem
von oben in die axiale Bohrung 16 eingesetzten Schubelement 12
getragen.
Der Düsenkörper 3 hat einen röhrenförmigen Teil, der von
einem in die Haltemutter 5 eingepaßten Stufenteil ausgeht und
hat am Ende von diesem einen Spitzenbereich, in welchem Düsen
öffnungen ausgebildet sind.
Im Zentrum des Düsenkörpers 3 sind vom oberen Ende zum un
teren Ende desselben eine mit der axialen Bohrung 16 in dem Dü
senhalter 1 konzentrische Führungsbohrung und unterhalb dieser
ein Kraftstoffreservoir 30 ausgebildet.
Unter dem Kraftstoffreservoir 30 hat, wie in Fig. 2-A ge
zeigt, der Düsenkörper 3 eine ringförmige Kraftstoffzuführungs
bohrung 300, die zwischen diesem selbst und dem Nadelventil 4
ausgebildet ist, und hat an dem unteren Ende von dieser Kraft
stoffzuführungsbohrung 300 eine konische Sitzfläche 33 und hat
unter dieser Sitzfläche 33 eine mit einem Boden versehene Boh
rung 31, in welche unter Druck stehender Kraftstoff durch die
Kraftstoffzuführungsbohrung 300 geführt wird. Die Bohrung 31
ist durch eine einschließende Wand 32 des Spitzenbereichs des
Düsenkörpers 3 gebildet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist an einer Seite des Düsenhalters
1 eine Öffnung 14 für unter Druck stehenden Kraftstoff vorgese
hen; ein (nicht gezeigtes) Abgabeventil der Kraftstoffein
spritzpumpe B vom Stößeltyp ist durch eine Röhre b mit der
Öffnung 14 für unter Druck stehenden Kraftstoff verbunden, und
unter Druck stehender Kraftstoff von der Stößelkraftstoffein
spritzpumpe B wird durch eine in dem Düsenhalter 1 und dem Dü
senkörper 3 vorgesehene Passagenbohrung 15 zu dem Kraftstoff
reservoir 30 geführt.
Das Nadelventil 4 hat ein Element, das die Düsenfeder 13
mit seinem oberen Ende angreifend trägt, wie bei bekannten
Kraftstoffeinspritzdüsen. Ein Führungsteil, welches einen glei
tenden Kontakt mit der Führungsbohrung herstellt, und ein
druckaufnehmendes Teil zum Aufnehmen des Kraftstoffdrucks in
nerhalb des Kraftstoffreservoirs 30 sind an der äußeren Um
fangsperipherie des Nadelventils 4 vorgesehen. Ein Schaftteil
43, das eine ringförmige Kraftstoffpassage A zwischen diesem
selbst und der Wand der Kraftstoffzuführungsbohrung 300 bildet,
ist unter diesem druckaufnehmenden Teil vorgesehen, wie in Fig.
2-A gezeigt, und eine konische Sitzfläche 44, welche mit der
oben genannten Sitzfläche 33 in und außer Kontakt kommt, ist an
dem unteren Ende von diesem Schaftteil 43 ausgebildet.
An der Innenseite der die Bohrung 31 begrenzenden ein
schließenden Wand 32 ist eine konische Oberfläche 320 ausgebil
det, die mit der Sitzfläche 33 glatt kontinuierlich ist.
Wie in Fig. 3-A und Fig. 3-B gezeigt, sind eine Anzahl von
mit dem Inneren der Bohrung 31 in Verbindung stehenden Düsen
öffnungen 35 mit einem gleichmäßigen Umfangsabstand in der die
konische Oberfläche 320 aufweisenden einschließenden Wand 32
ausgebildet. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es
fünf Düsenöffnungen 35, die sich radial mit einem Umfangsab
stand von 72° erstrecken.
Wie in Fig. 2-A gezeigt, hat das Nadelventil 4 in seinem
Zentrum eine Bohrung 41 in axialer Richtung und eine gestufte
Bohrung 42 ist an dem unteren Ende der Bohrung 41 in axialer
Richtung ausgebildet und öffnet sich an dem unteren Ende des
Nadelventils 4.
In der Bohrung 31 ist ein rotierendes Ventil 7 angeordnet.
Eine Antriebsanordnung des rotierenden Ventils 7 ist bei diesem
Beispiel aus einem Kupplungsstück 10, einem Schaft 8 und der
oben genannten Betätigungseinrichtung 9 gebildet, welche an dem
Antriebskopfteil 1a angebracht ist, und durch die angetriebene
Betätigungseinrichtung 9 wird über den Schaft 8 und das Kupp
lungsstück 10 Drehmoment auf das rotierende Ventil 7 übertragen
und das rotierende Ventil 7 wird dadurch in der Bohrung um die
Düsenachse gedreht.
Das Kupplungsstück 10 dient zum Übertragen von Drehmoment
auf das rotierende Ventil 7, während es ein durch Anheben des
Nadelventils 4 bewirktes Spiel des rotierenden Ventils 7 in
axialer Richtung gestattet, und es wird eine Oldham-Kupplung
oder eine ähnliche Art von Kupplung verwendet.
Wie in Fig. 2-A, Fig. 2-B und Fig. 4-A gezeigt, hat das
Kupplungsstück 10 einen zylindrischen Bereich 10a mit einem
solchen Durchmesser, daß er lose in die Stufenbohrung 42 des
Nadelventils 4 paßt, und eine Nut 10b ist in dem unteren Ende
von diesem zylindrischen Bereich 10a ausgebildet. Ein kurzer
Schaftbereich 10d erstreckt sich von einem an dem oberen Ende
des zylindrischen Bereichs 10a des Kupplungsstücks 10 ausgebil
deten konischen Bereich 10c, ein vorspringendes Stück 10e ist
an dem oberen Ende von diesem kurzen Schaftbereich 10d ausge
bildet, das vorspringende Stück 10e steht mit einer in dem un
teren Ende des Schaftes 8a in Bezug dazu gleitend in Eingriff
und überträgt Drehmoment.
Die gestufte Bohrung 42 des Nadelventils 4 hat eine Boh
rung, in welche der kurze Schaftbereich 10d paßt, einen dem ko
nischen Bereich 10c gegenüberstehenden konischen Teil 42c und
eine Bohrung, in welche der zylindrische Bereich 10a paßt.
Der Schaft 8 erstreckt sich von dem Nadelventil 4 und ver
läuft den ganzen Weg durch den Düsenhalter 1. Das heißt, wie in
Fig. 2-A gezeigt, der Schaft 8 hat eine solche Länge, daß er zu
dem unteren Ende der Bohrung 41 in Axialrichtung in dem Nadel
ventil 4 reicht und ist durch die Nut 80 in seinem unteren Ende
mit dem Kupplungsstück 10 verbunden. Der Schaft 8 verläuft auch
durch eine Bohrung in dem Abstandsstück 3' und erstreckt sich
durch die axiale Bohrung in dem Düsenhalter 1 und ist mit einem
Drehzahlverminderer 9a der Betätigungseinrichtung 9 verbunden,
zum Beispiel ein Drehzahlverminderer vom Getriebetyp mit einem
vorgegebenen Drehzahlverminderungsverhältnis.
Die Betätigungseinrichtung 9 kann jedweder impulssteuerba
rer reversibler Motor sein, und typischerweise wird ein
Schrittmotor oder ein Servomotor verwendet. Diese Betätigungs
einrichtung 9 ist elektrisch mit der Steuereinheit D verbunden
und wird durch ein Treiberimpulssignal von dort getrieben.
Ein spezifisches Beispiel der Betätigungseinrichtung 9 ist
ein Schrittmotor des Antriebstyps: bipolar, Erregungstyps: 2-Pha
sen-Erregung, Spulenwiderstand: 18 Ohm, Induktivität: 4 mH,
Antriebsfrequenz: 500 Impulse/sec oder 1000 Impulse/sec, Winkel
von einem Schritt: 18° (zu untersetzen auf 1,2°) und
Dreh/Haltemoment: ungefähr 15 mNm. Der äußere Durchmesser von
diesem Motor ist ungefähr 10 mm.
Ein Beispiel des rotierenden Ventils 7 ist in Fig. 4-A ge
zeigt, und Fig. 1 bis Fig. 3-B zeigen dieses Beispiel bei der
Benutzung.
Das rotierende Ventil 7 hat an seinem oberen Ende eine
ebene druckaufnehmende Oberfläche 74, auf welche der Druck des
unter Druck stehenden Kraftstoffs wirkt, wenn das Nadelventil 4
offen ist. Ein vorspringendes Stück 70 ist einstückig in der
ungefähren Mitte dieser druckaufnehmenden Oberfläche 74 ausge
bildet, und dieses vorspringende Stück 70 ist in die in dem
Kupplungsstück 10 ausgebildete Nut 10b axial verschieblich in
Bezug auf das Kupplungsstück 10 eingepaßt.
Bei diesem Beispiel hat das rotierende Ventil 7 sich von
der Peripherie der druckaufnehmenden Oberfläche 74 abwärts er
streckend eine konische Oberfläche 72, die in einem Winkel ko
nisch zuläuft, der mit dem der konischen Oberfläche 320 der die
Bohrung einschließenden Wand 32 zusammenpaßt, und das rotieren
de Ventil 7 hat einen Reibungssitz durch den Kontakt zwischen
dieser konischen Oberfläche 72 und der konischen Oberfläche 320
der die Bohrung einschließenden Wand.
Der Radius der druckaufnehmenden Oberfläche 74 des rotie
renden Ventils 7, der untere Endradius der konischen Oberfläche
72 und der Neigungswinkel der konischen Oberflächen in Bezug
auf die Düsenachse sind so eingestellt, daß ein Drehmoment T1
(Nm) aufgrund des unter Druck stehenden Kraftstoffs und ein
Haltemoment T2 (Nm) in der Beziehung T1<T2 stehen. Der Nei
gungswinkel der konischen Oberfläche 320 der Bohrung 31 und der
konischen Oberfläche 72 des rotierenden Ventils 7 sind allge
mein aus dem Bereich von 50 bis 70° gewählt, und der Radius der
druckaufnehmenden Oberfläche 74 und der untere Endradius der
konischen Oberfläche 72 sind mit diesem als Referenz festge
legt. Weil das rotierende Ventil 7 bei diesem Beispiel durch
eine aufgrund eines auf die druckaufnehmende Oberfläche 74 wir
kenden Drucks von unter Druck stehendem Kraftstoff auftretende
Reibungskraft zwischen der konischen Oberfläche 72 und der ko
nischen Oberfläche 320 in Position gehalten wird, braucht die
Betätigungseinrichtung 9 nur ein kleines Drehmoment aufzubrin
gen, das ausreichend ist, um die Differenz ΔT zwischen dem
Haltemoment T2 an dem rotierenden Ventil und dem zum Drehen des
rotierenden Ventils tendierenden Moment T1 zu überwinden. Da
her, wenn dieses rotierende Ventil 7 verwendet wird, kann eine
kleine Betätigungseinrichtung mit niedrigem Drehmoment für die
Betätigungseinrichtung 9 verwendet werden und als Ergebnis gibt
es den Vorteil, daß es möglich ist zu verhindern, daß die Ein
spritzdüse groß gemacht wird, und ihre Anbringung und Montage
in Bezug auf den Motor zu erleichtern.
Eine Anzahl von Kraftstoffpassagen 73 sind in der Umfangs
richtung beabstandet in diesem rotierenden Ventil 7 vorgesehen.
Die Kraftstoffpassagen 73 haben ein sich an der druckaufnehmen
den Oberfläche 74 öffnendes Ende und das andere mit den Düsen
öffnungen 35 an der konischen Oberfläche 320 verbindbare Ende.
Bei dem in Fig. 4-A gezeigten Beispiel sind die Kraft
stoffpassagen 73 fünf Kanäle, die gleiche Zahl wie es Düsenöff
nungen 35 gibt, und jeder von diesen Kanälen hat eine Abmessung
in einem Schnitt senkrecht zu seiner Achse von mindestens
gleich dem Durchmesser der Düsenöffnungen 35, wie in Fig. 3-A
und Fig. 3-B gezeigt, und endet auf einem Niveau ungefähr un
mittelbar unterhalb der Düsenöffnungen 35, wie in Fig. 2-A und
Fig. 2-B gezeigt.
Fig. 4-B zeigt ein weiteres Beispiel des rotierenden Ven
tils 7. Bei diesem Beispiel sind die Kraftstoffpassagen 73
nicht Kanäle sondern Bohrungen, von denen jede eine sich an der
druckaufnehmenden Oberfläche 74 öffnendes Ende hat und sich das
andere Ende an der konischen Oberfläche 72 öffnet. Diese Kraft
stoffpassagen können jeweils eine separate Bohrung sein, aber
sie müssen es nicht, und zum Beispiel können sich an der koni
schen Oberfläche 72 öffnende Bohrungen durch eine gemeinsame
Bohrung an deren inneren Enden und dann von der druckaufnehmen
den Oberfläche 74 ausgebildete Bohrungen zu der gemeinsamen
Bohrung miteinander verbunden sein. In jedem Fall wirken die
Bereiche der konischen Oberfläche 72 zwischen den Kanälen oder
Bohrungen als abdeckende Teile, um die Düsenöffnungen 35 abzu
decken.
Fig. 5-A bis Fig. 5-D und Fig. 6-A bis Fig. 6-D zeigen ein
Beispiel der Beziehung zwischen der Winkelposition des rotie
renden Ventils 7 und der Düsenöffnungsfläche (und Düsenöff
nungsform). Fig. 5-A und Fig. 6-A zeigen die vollständig mit
den Düsenöffnungen 35 verbundenen Kraftstoffpassagen 73 des ro
tierenden Ventils 7 und die offene Öffnungsfläche ist somit bei
100%. Fig. 5-B und Fig. 6-B zeigen einen Zustand, bei dem sich
das rotierende Ventil 7 gedreht hat und die Bereiche der koni
schen Oberfläche 72 zwischen den Kraftstoffpassagen 73 teilwei
se die Düsenöffnungen 35 abdecken, so daß die Düsenöff
nungsfläche 75% ist. Fig. 5-C und Fig. 6-C zeigen einen Zu
stand, bei dem sich das rotierende Ventil 7 weiter gedreht hat
und die Bereiche der konischen Oberfläche 72 zwischen den
Kraftstoffpassagen 73 solche Positionen erreicht haben, daß sie
die Hälfte von jeder der Düsenöffnungen 35 bedecken und die Dü
senöffnungsfläche somit 50% ist. Fig. 5-D und Fig. 6-D zeigen
einen Zustand, bei dem sich das rotierende Ventil 7 noch weiter
gedreht hat und die Bereiche der konischen Oberfläche 72 zwi
schen den Kraftstoffpassagen 73 einen großen Teil von jeder der
Düsenöffnungen 35 bedecken und die Düsenöffnungsfläche 25% ist.
Ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzsteuerung gemäß der
Erfindung kann das rotierende Ventil 7 natürlich nicht nur auf
jedwede Winkelposition (jedwede Düsenöffnungsfläche) zwischen
den in Fig. 5-A bis Fig. 5-D und Fig. 6-A bis Fig. 6-D gezeig
ten Positionen steuern, sondern auch so weit wie einen Zustand,
bei dem die Düsenöffnungen 35 vollständig durch die konische
Oberfläche 72 bedeckt sind (Düsenöffnungsfläche 0%).
Bei einem spezifischen Beispiel von Spezifikationen des
rotierenden Ventils 7 gibt es fünf Düsenöffnungen und fünf
Kraftstoffpassagen, der Winkel, über welchen sich das rotieren
de Ventil dreht, um die Düsenöffnungsfläche von 0% auf 100% zu
bringen, ist 30°, und das erforderliche Drehmoment, um es zu
drehen, ist ungefähr 15 mNm zwischen Kraftstoffeinspritzungen
und ungefähr 200 mNm während einer Kraftstoffeinspritzung.
Die Drehrichtung des rotierenden Ventils ist eine Vor
wärtsdrehung (im Uhrzeigersinn) oder eine Rückwärtsdrehung
(gegen den Uhrzeigersinn), und wenn das rotierende Ventil in
der Vorwärtsrichtung gedreht wird (Uhrzeigersinn), ändert sich
die Düsenöffnungsfläche fortschreitend von der von Fig. 5-D zu
der von Fig. 5-A und von der von Fig. 6-D zu der von Fig. 6-A,
und wenn es in der Gegenrichtung gedreht wird (gegen Uhrzeiger
sinn), ändert sich der Zustand der Düsenöffnungsfläche fort
schreitend von der von Fig. 5-A zu der von Fig. 5-D und von der
von Fig. 6-A zu der von Fig. 6-D.
Der Detektor 11, der den Absolutwinkel (absolute Position)
des rotierenden Ventils 7 erfaßt, kann jedweder geeigneter De
tektortyp sein, so wie ein Potentiometer, ein Kodierer oder ein
Kollimator. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das in
Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Potentiometer verwendet, und die
ses Potentiometer ist mit einem Ausgangsschaft 9b verbunden,
der sich von der dem Hauptausgangsschaft der Betätigungsein
richtung 9 entgegengesetzten Seite der Betätigungseinrichtung 9
erstreckt. Die Ausgangsseite des Detektors 11 ist elektrisch
mit der Steuereinheit D verbunden und gibt aufeinanderfolgend
Eingangserfassungssignale in die Steuereinheit D ein, die den
Absolutwinkel des rotierenden Ventils 7 anzeigen.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es fünf
Düsenöffnungen 35 und fünf Kraftstoffpassagen 73, aber natür
lich ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt
und alternativ können es drei, vier oder sechs oder mehr von
jeder sein.
Auch sind die Form des rotierenden Ventils 7 und die Form
der die Bohrung einschließenden Wand, durch welche es aufgenom
men ist, nicht auf die des oben beschriebenen Beispiels be
schränkt. Das heißt, die gesamte die Bohrung einschließende
Wand braucht nicht notwendigerweise eine konische Oberfläche
haben und alternativ kann eine gerade zylindrische Oberfläche
parallel mit der Düsenachse von dem Ende der Sitzfläche 33 zu
einem Zwischenniveau der die Bohrung einschließenden Wand aus
gebildet sein und die konische Oberfläche 320 sich von dem Ende
dieser geraden zylindrischen Oberfläche erstreckend vorgesehen
sein. In diesem Fall hat auch das rotierende Ventil 7 eine von
dem gleichen Zwischenniveau ausgehende gerade zylindrische
Oberfläche parallel mit der Düsenachse und die Sitzfläche 33
ist sich von dem Ende derselben erstreckend ausgebildet. Auch
können in einigen Fällen das rotierende Ventil 7 zylindrisch
und auch die die Bohrung einschließende Wand zylindrisch sein
und dies ist ebenfalls in der Erfindung enthalten.
Auch ist die Antriebsanordnung des rotierenden Ventils
nicht auf die bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel be
schriebene Art beschränkt, und alternativ kann zum Beispiel ei
ne stiftähnliche Kupplung zwischen den Schaft 8 und das
Kupplungsstück 10 zwischengeschaltet sein.
Wenn man nun zu dem Steuersystem übergeht, enthält die
Steuereinheit D eine Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D'
und diese Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D' ist um
schaltbar zwischen einer automatischen Steuereinheit D1 und ei
ner manuellen Steuereinheit D2, die jeweils eine CPU aufweisen.
Die automatische Steuereinheit D1 wird hauptsächlich ver
wendet, wenn der Motor in einem Auto oder dergleichen montiert
ist, und die manuelle Steuereinheit D2 wird zum Beispiel ver
wendet, wenn die Stößelkraftstoffeinspritzpumpe B und die
Kraftstoffeinspritzdüse A vom Typ mit variabler Düsenöffnung in
einem Labor an einen Motor angepaßt werden.
Die folgenden Parameter werden als Variablen in die auto
matische Steuereinheit D1 und die manuelle Steuereinheit D2
eingegeben: Drehventilwinkel, Düsenöffnungsfläche, Ursprungs
rücksetzung des rotierenden Ventils, Ursprungsrückkehr des ro
tierenden Ventils, Betätigungseinrichtungsantriebsschritt (zum
Beispiel 18° pro Schritt heruntergesetzt auf 1,2°), eine Kali
brierungskurve des Winkels des rotierenden Ventils gegen die
Düsenöffnungsfläche, eine Kalibrierungskurve des Winkels des
rotierenden Ventils gegen das Ausgangssignal des Absolutpositi
onsdetektors, automatische Laufbetriebskarteneingabe, automati
sche Laufausführung, manuelle Laufausführung, Betätigungsein
richtungsspannung (zum Beispiel 0 bis 5 V), Betätigungseinrich
tungsantriebsfrequenz, Betätigungseinrichtungsdrehrichtung,
Stromversorgung Ein/Aus, Umschalten zwischen manueller Steue
rung und automatischer Steuerung und so weiter.
Eine Kalibrierungskurve des Winkels des rotierenden Ven
tils gegen die Düsenöffnungsfläche ist in Fig. 7 gezeigt. Wenn
der Winkel des rotierenden Ventils Θ (der von dem Detektor 11
erfaßte Absolutwinkel) zunimmt, nimmt die Düsenöffnungsfläche
zu. Der Zielwinkel ΘD des rotierenden Ventils in dem Fall ma
nueller Steuerung wird frei mittels einer Einstellvorrichtung
der in Fig. 8-A gezeigten Art eingestellt, und entsprechend ei
ner Kalibrierungslinie des Winkels Θ des rotierenden Ventils
gegen den Zielwinkel ΘD der in Fig. 8-B gezeigten Art wird ei
ne Abweichungsgröße, das heißt, eine Drehrichtung und eine
Zielbetätigungseinrichtungsimpulszahl in der Betätigungsein
richtungssteuerschaltung D' berechnet. Der Zielwinkel ΘD ist
eine Nachdrehungswinkelposition des rotierenden Ventils 7. Das
heißt, zum Beispiel, wenn ein Schrittmotor als Betätigungsein
richtung 9 verwendet wird, ist der Zielwinkel ΘD ein Winkel
von einem Ursprung bei einer Düsenöffnungsfläche 100%, der
durch eine Anzahl von Schritten des Schrittmotors zu erreichen
ist. Der Zielwinkel ΘD ändert sich entsprechend der Motorlast
und der Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe; Werte da
von werden in ein ROM oder dergleichen im vorhinein eingegeben,
und die CPU gibt jedesmal, wenn sich die Motorlast oder die
Stößelkraftstoffeinspritzpumpendrehzahl ändert, einen Ände
rungsbefehl aus.
Als grundsätzliche Steuerdaten werden, wie in Fig. 9 ge
zeigt, die Drehzahl Np (1/min) der Stößelkraftstoffeinspritz
pumpe mit optimaler Düsenöffnungsfläche und die Motorlast
korrelierende Daten ebenfalls in ein ROM der Betätigungssteuer
schaltung D' abgespeichert, und der Zielwinkel ΘD des rotie
renden Ventils wird auf der Basis des Inhalts dieser
Korrelationsdaten bestimmt.
Auch werden als Bedingungen für die Betätigungseinrich
tungssteuerung eine maximale Betätigungseinrichtungsbetriebsim
pulszahl Imax, eine Zielbetätigungseinrichtungsimpulszahl Iob,
eine Anzahl von Betätigungseinrichtungsbetrieben Jn, die zum
Erreichen der Zielimpulszahl erforderlich sind, eine verblei
bende Impulszahl Is und eine Totgangimpulszahl IB verwendet.
Wenn der Totgang des Gesamtzuges von Getrieben und Kupplungen
und so weiter als X° geschrieben wird, können die Parameter wie
folgt ausgedrückt werden:
Imax: Zum Beispiel, wenn die Antriebsfrequenz der Betäti gungseinrichtung 1000 pps ist, Imax = 60/Np.300/360×1000 und wenn die Antriebsfrequenz der Betätigungseinrichtung 500 pps ist, Imax = 60/Np.300/360×500
Imax: Zum Beispiel, wenn die Antriebsfrequenz der Betäti gungseinrichtung 1000 pps ist, Imax = 60/Np.300/360×1000 und wenn die Antriebsfrequenz der Betätigungseinrichtung 500 pps ist, Imax = 60/Np.300/360×500
Jn: Jn = Iob/Imax
Is: Is = Iob - (Jn×Imax)
IB: IB = X/1,2.
Is: Is = Iob - (Jn×Imax)
IB: IB = X/1,2.
Die verbleibende Impulszahl Is ist ein wichtiger Parameter
bei der vorliegenden Erfindung. Diese verbleibende Impulszahl
Is hat Bedeutung, wenn die Betätigungseinrichtung 9 das rotie
rende Ventil 7 nicht bei einer einzigen Drehung der Stößel
kraftstoffeinspritzpumpe B auf den Zielwinkel ΘD drehen kann.
Zum Beispiel, wenn die Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritz
pumpe B 2000 1/min ist, kann, wenn der Winkel des rotierenden
Ventils 7 von 0° auf 30° eingestellt werden soll (Düsen
öffnungsfläche 0→100%), abhängig vom Typ der Betätigungsein
richtung die Betätigungseinrichtung 9 nicht in der Lage sein,
das rotierende Ventil 7 in der Nichteinspritzperiode einer ein
zigen Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe auf den Ziel
winkel zu drehen. Bei der Erfindung wird in diesem Fall der
verbleibende Winkel, weil das rotierende Ventil 7 nicht in ei
ner Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe den gesamten Weg
auf den Zielwinkel ΘD gedreht werden konnte, in einer oder
mehreren nachfolgenden Drehungen der Stößelkraftstoffeinspritz
pumpe durch das rotierende Ventil 7 weitergedreht, und die ver
bleibende Impulszahl Is bedeutet die Anzahl von Betätigungs
einrichtungsbetriebsimpulsen, um welche die Betätigungseinrich
tung in der letzten dieser Drehungen gedreht wird.
In dem Fall von automatischer Steuerung werden diese ein
gestellten Bedingungen zusammen mit einer Betätigungseinrich
tungsdrehrichtung in einem Rechenteil der Betätigungssteuer
schaltung D' berechnet. Der Totgang wird im vorhinein im Zusam
menbauzustand gemessen und als Anfangswert eingegeben. Im Falle
manueller Steuerung werden die Einstellbedingungen manuell ein
gestellt.
Als nächstes soll ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritz
steuerung gemäß der Erfindung beschrieben werden. Zuerst ist
der Betrieb der mechanischen Teile wie folgt.
Unter Druck stehender Kraftstoff wird von der Kraftstoff
einspritzpumpe B vom Stößeltyp durch die Röhre b zu der Öffnung
14 für unter Druck stehenden Kraftstoff geschickt und durch die
Durchgangsbohrung 15 in das Kraftstoffreservoir 30 gedrückt,
und fließt von dort die Kraftstoffzuführungsbohrung 300 abwärts
und wirkt auf die druckaufnehmende Oberfläche des in dem Kraft
stoffreservoir 30 positionierten Nadelventils 4. Wenn der
Kraftstoffdruck einen Druck erreicht, der die Kraft der Düsen
feder 13 überschreitet, wird das Nadelventil 4 angehoben und
die Sitzfläche 44 an dem unteren Ende des Nadelventils 4 bewegt
sich von der Sitzfläche 33 des Düsenkörpers 3 weg und das Na
delventil öffnet sich so. Wenn der Kraftstoffdruck nachfolgend
fällt, drückt die Zwangskraft der Düsenfeder 13 das Nadelventil
4 abwärts und schließt dadurch das Ventil. Dieser Betrieb ist
der gleiche wie der einer gewöhnlichen Einspritzdüse.
Fig. 2-A und Fig. 3-A zeigen den Zustand vor einer Ein
spritzung. In diesem Zustand ist das Nadelventil 4 geschlossen
und weil kein Kraftstoffdruck auf seine untere Oberfläche
wirkt, geht das Kupplungsstück 10 nach unten und die untere
Oberfläche des zylindrischen Bereichs 10a gerät in Kontakt mit
der druckaufnehmenden Oberfläche 74 des rotierenden Ventils 7.
Wenn dann von der Steuereinheit D auf dem Weg über einen
Treiber ein Treibersignal zu der Betätigungseinrichtung 9 ge
sendet wird, wird ein Drehmoment der Betätigungseinrichtung 9
auf den Schaft 8 übertragen und dieses Drehmoment wird über das
Kupplungsstück 10 auf das rotierende Ventil 7 übertragen und
das rotierende Ventil 7 dreht sich in der Bohrung 31. Das ro
tierende Ventil 7 wird dann durch ein Treiberstoppsignal von
der Steuereinheit D an die Betätigungseinrichtung 9 an seiner
neuen Position gestoppt.
In dem Falle der bei diesem bevorzugten Ausführungsbei
spiel gezeigten Form des rotierenden Ventils gerät zwischen
Kraftstoffeinspritzungen, d. h. wenn die Düse in dem in Fig. 2-A
und Fig. 3-A gezeigten Zustand ist, weil keine Last in der
axialen Richtung auf das rotierende Ventil 7 wirkt, die koni
sche Oberfläche 72 nicht in festem Kontakt mit der konischen
Oberfläche 320 der die Bohrung einschließenden Wand und daher
wird das rotierende Ventil 7 leicht und glatt mit einem kleinen
Drehmoment auf den erforderlichen Winkel gedreht. Wenn von die
sem Zustand der Kraftstoffdruck ansteigt und das Nadelventil 4
öffnet, tritt unter hohem Druck stehender Kraftstoff in die
Bohrung 31 ein und wirkt auf die untere Endfläche des zylindri
schen Bereichs 10a des Kupplungsstücks 10 und folglich wird das
Kupplungsstück 10 angehoben und das obere Ende des kurzen
Schaftbereichs 10d stößt an die untere Endfläche des Schafts 8
an und der konische Bereich 10c kommt auf dem konischen Sitzbe
reich der gestuften Bohrung 42 des Nadelventils 4 zu sitzen.
Unter hohem Druck stehender Kraftstoff tritt in die Boh
rung 31 ein, wobei sein hoher Kraftstoffeinspritzdruck als ein
Ergebnis einer abdichtenden Wirkung dieses Sitzteils gehalten
wird, und gelangt durch die Kraftstoffpassagen 73, die sich an
der druckaufnehmenden Oberfläche 74 des rotierenden Ventils 7
öffnen, und wird durch die Düsenöffnungen 35 eingespritzt. Dies
ist der in Fig. 2-B und Fig. 3-B dargestellte Zustand und jeder
der in Fig. 5-A bis Fig. 5-D und Fig. 6-A bis Fig. 6-D gezeig
ten Zustände.
Zu dieser Einspritzzeit wirkt ein Kraftstoffeinspritzdruck
auf die druckaufnehmende Oberfläche 74 an dem oberen Ende des
rotierenden Ventils 7. Als ein Ergebnis wird das rotierende
Ventil 7 in axialer Richtung abwärts gedrückt und die konische
Oberfläche 72 an seiner Umfangsperipherie gerät in einen festen
Oberflächenkontakt mit der konischen Oberfläche 320 der die
Bohrung einschließenden Wand und bildet eine Dichtung, und eine
fixierende Reibungskraft tritt auf. Diese fixierende Reibungs
kraft ist größer als eine Kraft, die aufgrund des auf die Dü
senöffnungen 35 wirkenden Kraftstoffdrucks die Tendenz hat, das
rotierende Ventil 7 um seine Drehachse zu bewegen.
So wird das rotierende Ventil 7 fest in der Position ge
halten, auf welche es durch die Betätigungseinrichtung 9 ge
dreht wurde, und der feste Kontakt zwischen der konischen
Oberfläche 72 und der konischen Oberfläche 320 der die Bohrung
einschließenden Wand verhindert eine Leckage von unter hohem
Druck stehendem Kraftstoff in der Umfangsrichtung. Weiterhin
wird durch eine Reibungswirkung der konischen Bereiche 10c, 42c
das Kupplungsstück 10 auch selbst unabhängig daran gehindert
sich zu drehen.
Während der Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe B
wird die ganze Zeit eine Haltespannung an die Betätigungsein
richtung 9 angelegt.
Bei der Einspritzsteuerung wird entweder die automatische
Steuereinheit D1 oder die manuelle Steuereinheit D2 gewählt. Im
Falle automatischer Steuerung wird die Düsenöffnungssteuerung
durch die Art des in Fig. 10 gezeigten Programms ausgeführt.
Schritt 1:
Hier wird geprüft, daß zur augenblicklichen Zeit ein Wie derholungszähler für eine Betätigungseinrichtungssteuerroutine Jk 1 ist, und in diesem Zustand wird ein Zielwinkel ΘD des ro tierenden Ventils in Übereinstimmung mit einer gewünschten Dü senöffnungsfläche eingestellt. Zum Beispiel, wenn ein Schritt motor für die Betätigungseinrichtung 9 verwendet wird, ist der Zielwinkel ΘD ein Winkel von einem Ursprung bei einer Düsen öffnungsfläche 100%, der durch eine Anzahl von Schritten des Schrittmotors erreicht werden soll.
Hier wird geprüft, daß zur augenblicklichen Zeit ein Wie derholungszähler für eine Betätigungseinrichtungssteuerroutine Jk 1 ist, und in diesem Zustand wird ein Zielwinkel ΘD des ro tierenden Ventils in Übereinstimmung mit einer gewünschten Dü senöffnungsfläche eingestellt. Zum Beispiel, wenn ein Schritt motor für die Betätigungseinrichtung 9 verwendet wird, ist der Zielwinkel ΘD ein Winkel von einem Ursprung bei einer Düsen öffnungsfläche 100%, der durch eine Anzahl von Schritten des Schrittmotors erreicht werden soll.
In dem Fall der automatischen Steuereinheit D1 wird, weil
die Beziehung zwischen der Motorlast und der Drehzahl der Stö
ßelkraftstoffeinspritzpumpe und der optimalen Düsenöffnungsflä
che in einem ROM vorabgespeichert ist, der Zielwinkel ΘD durch
die CPU auf der Basis von diesem bestimmt. Das heißt, in der
Praxis wird in der Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D'
auf der Basis des Inhalts der graphischen Darstellung von Fig.
7, Fig. 8-B und Fig. 9, die in der automatischen Steuereinheit
D1 als Karten vorabgespeichert sind, ein Zielwinkel ΘD für das
rotierende Ventil basierend auf einer Änderung der Stößelkraft
stoffeinspritzpumpendrehzahl und einer Änderung der Motorlast
automatisch eingestellt.
Schritt 2:
Wenn der Zielwinkel ΘD einstellt (erzeugt) wird, wie Schritt 2, wird in der Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D' die Abweichung zwischen dem Zielwinkel des rotierenden Ven tils ΘD und dem augenblicklichen Absolutwinkel Θ des rotieren den Ventils durch die CPU berechnet. Gleichzeitig damit wird eine Drehrichtung der Betätigungseinrichtung 9, d. h. ob die Be tätigungseinrichtung 9 in Vorwärtsrichtung (Uhrzeigersinn) oder in Rückwärtsrichtung (Gegenuhrzeigersinn) gedreht wird, be stimmt. Auch wird entsprechend der oben genannten Abweichung und Drehrichtung ein Zielzählimpuls Iob der Betätigungseinrich tung 9 berechnet. Der Absolutwinkel Θ ist zum Beispiel ein Winkel von einem Ursprung bei einer Düsenöffnungsfläche 100%, der durch die CPU definiert wird.
Wenn der Zielwinkel ΘD einstellt (erzeugt) wird, wie Schritt 2, wird in der Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D' die Abweichung zwischen dem Zielwinkel des rotierenden Ven tils ΘD und dem augenblicklichen Absolutwinkel Θ des rotieren den Ventils durch die CPU berechnet. Gleichzeitig damit wird eine Drehrichtung der Betätigungseinrichtung 9, d. h. ob die Be tätigungseinrichtung 9 in Vorwärtsrichtung (Uhrzeigersinn) oder in Rückwärtsrichtung (Gegenuhrzeigersinn) gedreht wird, be stimmt. Auch wird entsprechend der oben genannten Abweichung und Drehrichtung ein Zielzählimpuls Iob der Betätigungseinrich tung 9 berechnet. Der Absolutwinkel Θ ist zum Beispiel ein Winkel von einem Ursprung bei einer Düsenöffnungsfläche 100%, der durch die CPU definiert wird.
Auch wird eine maximale Betriebsimpulszahl Imax der Betä
tigungseinrichtung 9 berechnet und auf der Grundlage davon wird
die Zahl der zum Erreichen der Zielimpulszahl Iob erforderli
chen Betätigungen Jn der Betätigungseinrichtung berechnet und
aus der maximalen Betriebsimpulszahl Imax und der Zielimpuls
zahl Iob und der zum Erreichen der Zielimpulszahl erforderli
chen Betätigungen der Betätigungseinrichtung Jn wird unter
Verwendung der obigen Gleichung auch eine verbleibende Impuls
zahl Is berechnet. Dann wird, zum Beispiel durch Umschalten ei
nes Relaisschalters, die Drehrichtung der Betätigungsein
richtung 9 mechanisch auf die wie oben erwähnt bestimmte Rich
tung umgeschaltet.
Schritt 3:
Wenn die Einstellungen von Schritt 2 fertig sind, öffnet sich als Schritt 3 ein Gatter und ein Referenzimpulssignal pro eine Umdrehung (1 Impuls/Umdrehung), der den Start der Kraft stoffeinspritzung anzeigt, wird von dem Kodierer C der Stößel kraftstoffeinspritzpumpe B in die Betätigungseinrichtungs steuerschaltung D' eingegeben. Gleichzeitig damit wird auch ein Teilungsimpulssignal von zum Beispiel 3600 Impulsen/Umdrehung eingegeben. Wenn dies erfolgt, wird die Zahl von eingegebenen Teilungsimpulsen gezählt und es wird bestimmt, ob oder ob nicht die Teilungsimpulszahl gleich einer festgelegten Impulszahl ist, nämlich einer Verzögerungsimpulszahl ID, die anzeigt, daß die Einspritzung geendet hat.
Wenn die Einstellungen von Schritt 2 fertig sind, öffnet sich als Schritt 3 ein Gatter und ein Referenzimpulssignal pro eine Umdrehung (1 Impuls/Umdrehung), der den Start der Kraft stoffeinspritzung anzeigt, wird von dem Kodierer C der Stößel kraftstoffeinspritzpumpe B in die Betätigungseinrichtungs steuerschaltung D' eingegeben. Gleichzeitig damit wird auch ein Teilungsimpulssignal von zum Beispiel 3600 Impulsen/Umdrehung eingegeben. Wenn dies erfolgt, wird die Zahl von eingegebenen Teilungsimpulsen gezählt und es wird bestimmt, ob oder ob nicht die Teilungsimpulszahl gleich einer festgelegten Impulszahl ist, nämlich einer Verzögerungsimpulszahl ID, die anzeigt, daß die Einspritzung geendet hat.
Wenn die Verzögerungsimpulszahl ID als ein Nockenwinkel
der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe B ausgedrückt wird, ist sie
bei allen Drehzahlen der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe B die
gleiche. Jedoch variiert die maximale Einspritzperiode in Ab
hängigkeit vom Modell der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe. In
anderen Worten, die Verzögerungsimpulszahl ID ist ein festste
hender Wert, der durch die relative Position des Kodierers C
bestimmt wird, wenn er an der Hauptwelle der Stößelkraftstoff
einspritzpumpe B montiert wird. Daher kann, nachdem der Kodie
rer an der Hauptwelle montiert ist, die Verzögerungsimpulszahl
ID durch irgendeine geeignete Methode, zum Beispiel durch Er
fassen des Winkels des Nockens, bei welchem die Kraftstoffein
spritzung beginnt, mit einem Mikrometer und dann Erfassen des
Kodiererimpulses und Messen des Phasenwinkels zwischen den bei
den und Berechnen desselben daraus erhalten werden. Diese Ver
zögerungsimpulszahl ID wird in die Betätigungssteuereinrichtung
D' eingegeben.
Schritt 4:
Die Teilungsimpulszahl, die bestimmt wird, um die Verzöge rungsimpulszahl ID erreicht zu haben, bedeutet, daß die Kraft stoffeinspritzung dieser Drehung der Stößelkraftstoffein spritzpumpe geendet hat. Dementsprechend wird als Schritt 4 durch Vergleich in der Betätigungssteuerschaltung D' bestimmt, ob oder ob nicht die Zahl von Betätigungen Jn der Betätigungs einrichtung und die Wiederholungszahl Jk der Betätigungsein richtungssteuerroutine gleich sind. Oder anstelle davon wird durch Vergleich bestimmt, ob oder ob nicht die maximale Be triebsimpulszahl Imax größer als die Zielimpulszahl Iob ist.
Die Teilungsimpulszahl, die bestimmt wird, um die Verzöge rungsimpulszahl ID erreicht zu haben, bedeutet, daß die Kraft stoffeinspritzung dieser Drehung der Stößelkraftstoffein spritzpumpe geendet hat. Dementsprechend wird als Schritt 4 durch Vergleich in der Betätigungssteuerschaltung D' bestimmt, ob oder ob nicht die Zahl von Betätigungen Jn der Betätigungs einrichtung und die Wiederholungszahl Jk der Betätigungsein richtungssteuerroutine gleich sind. Oder anstelle davon wird durch Vergleich bestimmt, ob oder ob nicht die maximale Be triebsimpulszahl Imax größer als die Zielimpulszahl Iob ist.
Als Ergebnis wird, wenn Jn = Jk (oder Imax<Iob) ein wie
oben beschrieben eingestelltes Signal der Zielimpulszahl Iob
(oder ein Signal der verbleibenden Impulszahl Is) von der Betä
tigungseinrichtungssteuerschaltung D' zu dem Antriebsteil der
Betätigungseinrichtung 9 als Antriebssignal gesendet.
Schritt 5:
Die Betätigungseinrichtung 9 (und damit der Schaft 8) dreht sich dann, bis die Zielimpulszahl Iob (oder die verblei bende Impulszahl Is) erreicht ist, und das rotierende Ventil 7 wird dadurch in der Bohrung 31 gedreht. Zu dieser Zeit wird in der Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D' bestimmt, ob oder ob nicht die Drehrichtung des rotierenden Ventils 7 die gleiche wie die vorherige Drehrichtung ist. Der Winkel der Betätigungs einrichtung 9, das heißt der Absolutwinkel Θ des rotierenden Ventils 7, wird durch das rotierende Ventil 7 erfaßt und ein entsprechendes Winkelsignal wird kontinuierlich in die Betäti gungseinrichtungssteuerschaltung D' eingegeben.
Die Betätigungseinrichtung 9 (und damit der Schaft 8) dreht sich dann, bis die Zielimpulszahl Iob (oder die verblei bende Impulszahl Is) erreicht ist, und das rotierende Ventil 7 wird dadurch in der Bohrung 31 gedreht. Zu dieser Zeit wird in der Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D' bestimmt, ob oder ob nicht die Drehrichtung des rotierenden Ventils 7 die gleiche wie die vorherige Drehrichtung ist. Der Winkel der Betätigungs einrichtung 9, das heißt der Absolutwinkel Θ des rotierenden Ventils 7, wird durch das rotierende Ventil 7 erfaßt und ein entsprechendes Winkelsignal wird kontinuierlich in die Betäti gungseinrichtungssteuerschaltung D' eingegeben.
Der durch dieses Antreiben der Betätigungseinrichtung 9
erhaltene Nachdrehungswinkel, d. h. der neue Absolutwinkel des
rotierenden Ventils 7, und der Zielwinkel ΘD werden dann ver
glichen, und wenn sie die gleichen sind, wird das Antreiben der
Betätigungseinrichtung 9 gestoppt und das rotierende Ventil 7
in dieser Position gehalten.
Auf diese Weise wird die offene Fläche der Düsenöffnungen
35 eingestellt und eine Kraftstoffeinspritzung mit dieser Dü
senöffnungsfläche ausgeführt. Dies endet einen grundlegenden
Steuerzyklus.
Der Grund für die Bestimmung in diesem Schritt 5, ob oder
ob nicht die Drehrichtung des rotierenden Ventils 7 die gleiche
ist wie seine vorherige Drehrichtung, ist daß ein Totgang auf
tritt, wenn die Drehrichtung die entgegengesetzte vom vorheri
gen Mal ist, und wenn die Drehrichtung die entgegengesetzte
Richtung vom vorherigen Mal ist, wird ein Signal zu der Betäti
gungseinrichtung 9 gesendet und die Betätigungseinrichtung 9
wird um die dem Totgang entsprechende Impulszahl IB angetrie
ben.
Wenn auf der anderen Seite der Zielwinkel ΘD und der Ab
solutwinkel Θ nicht der gleiche sind, wird ein Signal, um dies
zu bewirken, zu der Betätigungseinrichtungssteuerschaltung D'
gesendet und in der CPU wird die Zielimpulszahl Iob neuerlich
berechnet und die zu verwendende Drehrichtung wird neuerlich
bestimmt und diese Daten werden zum Schritt 2 gesendet und die
oben beschriebene Steuerung wird wiederum ausgeführt.
Der Fall der Steuerung, die ausgeführt wird, wenn die
Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe hoch ist, soll nun
als ein Schritt 4' im einzelnen beschrieben werden. Wenn die
Drehzahl der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe zum Beispiel
2000 1/min ist, ist, wenn angenommen wird, daß die Einspritz
zeit 40° ist (3,4 msec), wie in Fig. 11 gezeigt, der Bereich,
in welchem die Betätigungseinrichtung betätigt werden kann,
26,6 msec. Hier kann es, wenn der Winkel pro Schritt der Betä
tigungseinrichtung 1,2° ist, es unmöglich sein, daß das rotie
rende Ventil innerhalb einer einzigen Nichteinspritzperiode zum
Erreichen der Zieldüsenöffnungsfläche auf den Zielwinkel ge
bracht wird. Dies ist, weil die Zahl der dazu erforderlichen
Impulse die maximale Betätigungseinrichtungsbetriebsimpulszahl
Imax überschreitet. Zum Beispiel, wenn ein Schrittmotor mit 500
Impulsen/sec für die Betätigungseinrichtung verwendet wird, ist
ein Impuls 1/500 Sekunden, oder 2 msec. Nun erfordert es
300/1,2° = 25 Impulse, um das rotierende Ventil über 30° zu
drehen. Daher ist die von einem Schrittmotor mit 500 Impul
sen/sec verlangte Betriebszeit, um das rotierende Ventil über
30° zu drehen, 50 msec (2 msec × 25 Impulse), was klar länger
als die oben erwähnten 26,6 msec ist.
Es ist aus diesem Grund, daß bei dieser Erfindung in dem
oben erwähnten Schritt 4 die Anzahl von Betätigungseinrich
tungsbetreibungen Jn und die Wiederholungszahl Jk der Betäti
gungseinrichtungssteuerroutine verglichen werden oder bestimmt
wird, ob oder ob nicht die maximale Betätigungseinrichtungsbe
triebsimpulszahl Imax größer als die Zielimpulszahl Iob ist.
Wenn diese Bedingung nicht erreicht wird, d. h. wenn fest
gestellt wird, daß die Betätigungseinrichtung nicht innerhalb
der vorliegenden Nichteinspritzperiode um die Zielimpulszahl
angetrieben werden kann, wird in der vorliegenden Nichtein
spritzperiode die Betätigungseinrichtung 9 um die maximale Be
tätigungseinrichtungsbetriebsimpulszahl Imax angetrieben. Als
Ergebnis nimmt der Winkel des rotierenden Ventils 7 um ein der
maximalen Betätigungseinrichtungsbetriebsimpulszahl Imax ent
sprechendes Maß zu und die Düsenöffnungsfläche wird zum Bei
spiel von 20% auf 27% erhöht.
Zu dieser Zeit wird dem Wiederholungszähler Jk der Betäti
gungseinrichtungssteuerroutine der Wert Jk = Jk + 1 zugeordnet
und zu der CPU zurückgeführt, und die Verarbeitung kehrt zu
Schritt 3 zurück. Dann, wenn der auf dem zur Zeit der nächsten
Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe erfaßten 1 Im
puls/Umdrehung-Signal basierende Teilungsimpuls gezählt wird
und die Verzögerungsimpulszahl ID erreicht, d. h. wenn das Ende
der nächsten Einspritzung erfaßt wird, wird wiederum bestimmt,
ob oder ob nicht die Anzahl von Betätigungseinrichtungsbetrei
bungen Jn = die Wiederholungszahl Jk der Betätigungseinrich
tungssteuerroutine, oder ob die maximale Betätigungseinrich
tungsbetriebsimpulszahl Imax<die Zielimpulszahl Iob, und die
Betätigungseinrichtung 9 wird dementsprechend angetrieben.
Auf dieser Basis wird das rotierende Ventil wiederum mit
der oben genannten Zeitlage in der der gerade beendeten Ein
spritzung folgenden Nichteinspritzungsperiode gedreht und der
Winkel des rotierenden Ventils 7 wird dadurch weiter vergrößert
und die Düsenöffnungsfläche nimmt zum Beispiel von 27° auf 45°
zu. Durch diese Art von zugeordnetem Drehbetrieb, bei dem das
rotierende Ventil gedreht wird (in einer Nichteinspritzperiode) - ge
stoppt (für eine Einspritzung) - gedreht (in einer Nicht
einspritzperiode), ein oder mehrmals wiederholt, wird das ro
tierende Ventil 7 Schritt für Schritt auf die Zielimpulszahl
bewegt, d. h. auf den Zielwinkel ΘD.
Wenn die Anzahl von Zuordnungen die Zielzahl (Jn = Jk) er
reicht, schwenkt das Programm auf Schritt 5 und die Betäti
gungseinrichtung 9 wird in dem nächsten Einspritzzyklus um die
verbleibende Impulszahl Is angetrieben, und der sich ergebende
endgültige Absolutwinkel Θ wird mit dem Zielimpulswinkel ΘD
verglichen und, wenn sie gleichen sind, dann endet die Steue
rung.
Fig. 12 zeigt schematisch ein Beispiel des oben beschrie
benen Betriebs Schritt für Schritt und zeigt einen Fall, bei
dem die Betätigungseinrichtung 9 dreimal angetrieben wird
(Imax, Imax und Is), um die Düsenöffnungsfläche auf 1000 zu
bringen.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel manueller Steuerung. In diesem
Falle wird zum Beispiel die Art von in Fig. 8-A gezeigter Vor
richtung vom Wahltyp verwendet, um einen Zielwinkel ΘD ent
sprechend einer gewünschten Düsenöffnungsfläche einzustellen.
Auch werden Imax, Iob, Jn, Is und IB berechnet und manuell ein
gegeben. Im übrigen ist der Inhalt der Steuerung der gleiche
wie der der oben beschriebenen automatischen Steuerung.
Claims (6)
1. Verfahren zur Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung
unter Verwendung einer Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ mit va
riabler Düsenöffnung und einer Kraftstoffeinspritzpumpe vom
Stößeltyp,
wobei die Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ mit variabler Düsenöffnung von einer Art ist mit einem durch einen Kraft stoffdruck von der Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp (B) geöffneten Nadelventil (4) an der Eingangsseite einer in der Spitze eines Düsenkörpers ausgebildeten Bohrung (31) und mit einer Anzahl von in einer die Bohrung bildenden die Bohrung einschließenden Wand in Umfangsrichtung beabstandet vorgesehe nen Düsenöffnungen (35) und mit einem in der Bohrung angeordne ten rotierenden Ventil (7), das mit den Düsenöffnungen (35) verbindbare Kraftstoffpassagen (73) aufweist, wobei das rotie rende Ventil (7) durch eine Betätigungseinrichtung (9) gedreht wird und das Maß der Verbindung der Düsenöffnungen (35) mit den Kraftstoffpassagen (73) in Übereinstimmung mit dem Winkel des rotierenden Ventils (7) geändert wird,
wobei das Verfahren ein Erfassen einer Nichteinspritzperi ode in der Drehung der Kraftstoffeinspritzpumpe (B) vom Stößel typ und Ändern des Winkels des rotierenden Ventils (7) in Schritten bis das rotierende Ventil (7) einen einer geforderten Düsenöffnungsfläche entsprechenden Zielwinkel (ΘD) erreicht durch Wiederholen eines Betriebs des Antreibens der Betäti gungseinrichtung (9) zum Drehen des rotierenden Ventils (7) nur in dieser Nichteinspritzungsperiode eine erforderliche Anzahl von Malen enthält.
wobei die Kraftstoffeinspritzdüse vom Typ mit variabler Düsenöffnung von einer Art ist mit einem durch einen Kraft stoffdruck von der Kraftstoffeinspritzpumpe vom Stößeltyp (B) geöffneten Nadelventil (4) an der Eingangsseite einer in der Spitze eines Düsenkörpers ausgebildeten Bohrung (31) und mit einer Anzahl von in einer die Bohrung bildenden die Bohrung einschließenden Wand in Umfangsrichtung beabstandet vorgesehe nen Düsenöffnungen (35) und mit einem in der Bohrung angeordne ten rotierenden Ventil (7), das mit den Düsenöffnungen (35) verbindbare Kraftstoffpassagen (73) aufweist, wobei das rotie rende Ventil (7) durch eine Betätigungseinrichtung (9) gedreht wird und das Maß der Verbindung der Düsenöffnungen (35) mit den Kraftstoffpassagen (73) in Übereinstimmung mit dem Winkel des rotierenden Ventils (7) geändert wird,
wobei das Verfahren ein Erfassen einer Nichteinspritzperi ode in der Drehung der Kraftstoffeinspritzpumpe (B) vom Stößel typ und Ändern des Winkels des rotierenden Ventils (7) in Schritten bis das rotierende Ventil (7) einen einer geforderten Düsenöffnungsfläche entsprechenden Zielwinkel (ΘD) erreicht durch Wiederholen eines Betriebs des Antreibens der Betäti gungseinrichtung (9) zum Drehen des rotierenden Ventils (7) nur in dieser Nichteinspritzungsperiode eine erforderliche Anzahl von Malen enthält.
2. Verfahren zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung nach
Anspruch 1, enthaltend die Steuerschritte von:
- (i) Bestimmen einer Zielimpulszahl (Iob) und Dreh richtung der Betätigungseinrichtung (9) entsprechend einer Dif ferenz zwischen dem der geforderten Düsenöffnungsfläche entsprechenden Zielwinkel (ΘD) des rotierenden Ventils (7) und einem augenblicklichen Absolutwinkel (Θ) des rotierenden Ven tils;
- (ii) Verwenden eines Teilungsimpulses (360 oder 3600 Impulse/Umdrehung), der einen den Beginn einer Einspritzung bei jeder Drehung der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe (B) anzeigen den Referenzimpuls pro eine Umdrehung (1 Impuls/Umdrehung) gleichmäßig unterteilt als einen Einspritzendindeximpuls und, wenn der Teilungsimpuls eine vorgegebene Impulszahl (Verzögerungsimpulszahl ID) erreicht, die anzeigt, daß die Ein spritzung mit dieser Zeitlage geendet hat, Antreiben der Betä tigungseinrichtung (9), um das rotierende Ventil (7) um nicht mehr als eine maximale Betriebsimpulszahl (Imax) zu drehen, die eine maximale Anzahl von Impulsen bildet, um welche die Betäti gungseinrichtung (9) in einem Betätigungseinrichtungsbetriebs bereich zwischen Einspritzungen angetrieben werden kann; und
- (iii) wenn der bei der augenblicklichen Drehung erhal tene Winkel (Θ) kürzer als der Zielwinkel (ΘD) ausfällt, wel chem die Zielimpulszahl (Iob) entspricht, Antreiben der Betätigungseinrichtung (9) zum Drehen des rotierenden Ventils (7) um nicht mehr als die maximale Betriebsimpulszahl (Imax) bei mindestens einer folgenden Drehung der Stößelkraftstoffein spritzpumpe mit der gleichen Zeitlage und dadurch Erhalten des Zielwinkels (ΘD) des rotierenden Ventils, der der geforderten Düsenöffnungsfläche entspricht.
3. Verfahren zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung nach
Anspruch 2, bei der die Betätigungseinrichtung (9) mit einer
eine CPU enthaltenden Steuereinheit (D) verbunden ist und durch
ein Signal von dieser getrieben wird und der Teilungsimpuls
(360 oder 3600 Impulse/Umdrehung), der einen den Beginn einer
Einspritzung anzeigenden Referenzimpuls pro eine Umdrehung
(1 Impuls/Umdrehung) bezüglich der Zeit gleichmäßig teilt,
durch einen Kodierer (C) der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe (B)
erfaßt wird, und der augenblickliche Absolutwinkel (Θ) des ro
tierenden Ventils von einem Detektor (11) der Betätigungsein
richtung (9) erfaßt wird und der Referenzimpuls und der
Teilungsimpuls als Signale in die Steuereinheit (D) eingegeben
werden und in der Steuereinheit (D) mindestens die maximale Be
triebsimpulszahl (Imax) und die dem Zielwinkel (ΘD) entspre
chende Zielimpulszahl (Iob) und eine zum Erreichen der Zielim
pulszahl (Iob) erforderliche Anzahl von Betätigungseinrich
tungsbetreibungen (Jn) und eine verbleibende Impulszahl (Is)
berechnet werden und als Parameter in Zuordnung mit der Dreh
zahl NP der Stößelkraftstoffeinspritzpumpe (B) durch ein vorge
gebenes Steuerprogramm eingestellt werden, und der Zielwinkel
(ΘD) des rotierenden Ventils entsprechend der geforderten Dü
senöffnungsfläche durch Antreiben der Betätigungseinrichtung
(9) auf der Basis dieser Parameter erhalten wird.
4. Verfahren zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung nach
Anspruch 3, bei dem das Steuerprogramm die Schritte enthält:
(Schritt 1) Bestätigen, daß ein Wiederholungszähler (Jk) einer Betätigungseinrichtungssteuerroutine 1 ist und Ein stellen eines Zielwinkels (ΘD) des rotierenden Ventils ent sprechend einer geforderten Düsenöffnungsfläche;
(Schritt 2) Berechnen einer Abweichung zwischen dem Zielwinkel des rotierenden Ventils (ΘD) und dem augenblickli chen Absolutwinkel (Θ) und Bestimmen einer Drehrichtung, in welcher die Betätigungseinrichtung (9) anzutreiben ist, und Be rechnen einer Zielimpulszahl (Iob) der Betätigungseinrichtung (9) entsprechend der Abweichung und der Drehrichtung und Be rechnen einer maximalen Betriebsimpulszahl (Imax) der Betäti gungseinrichtung (9) und Berechnen auf der Basis davon der Anzahl von zum Erreichen der Zielimpulszahl (Iob) erforderli chen Betätigungseinrichtungsbetreibungen (Jn) und Berechnen ei ner verbleibenden Impulszahl (Is) aus der maximalen Betriebsimpulszahl (Imax) und der Zielimpulszahl (Iob) und der Anzahl von zum Erreichen der Zielimpulszahl (Iob) erforderli chen Betätigungseinrichtungsbetreibungen (Jn);
(Schritt 3) Zählen eines Teilungsimpulses (360 oder 3600 Impulse/Umdrehung), der einen von dem Kodierer (C) einge gebenen, den Beginn einer Einspritzung anzeigenden Referenzim puls pro eine Umdrehung (1 Impuls/Umdrehung) bezüglich der Zeit gleichmäßig teilt und Bestimmen, ob die Teilungsimpulszahl ei ner festgelegten Impulszahl, nämlich einer Verzögerungsimpuls zahl (ID), die anzeigt, daß die Einspritzung geendet hat, gleich ist;
(Schritt 4) Bestimmen durch Vergleich, ob die Zahl von Betätigungseinrichtungsbetreibungen (Jn) und die Wiederholungs zahl (Jk) der Betätigungseinrichtungssteuerroutine gleich sind oder ob die maximale Betriebsimpulszahl (Imax) der Betätigungs einrichtung (9) größer als die Zielimpulszahl (Iob) ist, und wenn Jn = Jk (oder Imax<Iob), Antreiben der Betätigungsein richtung (9) durch Senden eines Signals der eingestellten Ziel impulszahl (Iob) (oder eines Signals der verbleibenden Impuls zahl Is) zu der Betätigungseinrichtung (9) als Antriebssignal, und wenn die Bedingung Jn = Jk (oder Imax<Iob) nicht erfüllt ist, Übergehen zu dem hiernach ausgeführten Schritt 4';
(Schritt 5) Vergleichen des von dem Detektor (11) ein gegebenen Absolutwinkels (Θ) mit dem Zielwinkel (ΘD) und, wenn die beiden gleich sind, Senden eines Antriebsstoppsignals zu der Betätigungseinrichtung (9), um die Position des rotierenden Ventils (7) zu halten, und wenn der Zielwinkel (ΘD) und der Absolutwinkel (Θ) nicht gleich sind, neuerliches Berechnen der Zielimpulszahl (Iob) und neuerliches Bestimmen der Drehrichtung und Rückkehr zu Schritt 2; und
(Schritt 4') wenn in Schritt 4 die Bedingung Jn = Jk (oder Imax<Iob) nicht erfüllt ist, Senden eines die Betäti gungseinrichtung (9) um die maximale Betriebsimpulszahl (Imax) antreibenden Signals zu der Betätigungseinrichtung (9) und da durch Drehen des rotierenden Ventils (7) vor der nächsten Ein spritzung und Zuordnen des Wertes Jk=Jk+1 zu dem Wiederholungszähler Jk der Steuerroutine und Rückkehren zu Schritt 3.
(Schritt 1) Bestätigen, daß ein Wiederholungszähler (Jk) einer Betätigungseinrichtungssteuerroutine 1 ist und Ein stellen eines Zielwinkels (ΘD) des rotierenden Ventils ent sprechend einer geforderten Düsenöffnungsfläche;
(Schritt 2) Berechnen einer Abweichung zwischen dem Zielwinkel des rotierenden Ventils (ΘD) und dem augenblickli chen Absolutwinkel (Θ) und Bestimmen einer Drehrichtung, in welcher die Betätigungseinrichtung (9) anzutreiben ist, und Be rechnen einer Zielimpulszahl (Iob) der Betätigungseinrichtung (9) entsprechend der Abweichung und der Drehrichtung und Be rechnen einer maximalen Betriebsimpulszahl (Imax) der Betäti gungseinrichtung (9) und Berechnen auf der Basis davon der Anzahl von zum Erreichen der Zielimpulszahl (Iob) erforderli chen Betätigungseinrichtungsbetreibungen (Jn) und Berechnen ei ner verbleibenden Impulszahl (Is) aus der maximalen Betriebsimpulszahl (Imax) und der Zielimpulszahl (Iob) und der Anzahl von zum Erreichen der Zielimpulszahl (Iob) erforderli chen Betätigungseinrichtungsbetreibungen (Jn);
(Schritt 3) Zählen eines Teilungsimpulses (360 oder 3600 Impulse/Umdrehung), der einen von dem Kodierer (C) einge gebenen, den Beginn einer Einspritzung anzeigenden Referenzim puls pro eine Umdrehung (1 Impuls/Umdrehung) bezüglich der Zeit gleichmäßig teilt und Bestimmen, ob die Teilungsimpulszahl ei ner festgelegten Impulszahl, nämlich einer Verzögerungsimpuls zahl (ID), die anzeigt, daß die Einspritzung geendet hat, gleich ist;
(Schritt 4) Bestimmen durch Vergleich, ob die Zahl von Betätigungseinrichtungsbetreibungen (Jn) und die Wiederholungs zahl (Jk) der Betätigungseinrichtungssteuerroutine gleich sind oder ob die maximale Betriebsimpulszahl (Imax) der Betätigungs einrichtung (9) größer als die Zielimpulszahl (Iob) ist, und wenn Jn = Jk (oder Imax<Iob), Antreiben der Betätigungsein richtung (9) durch Senden eines Signals der eingestellten Ziel impulszahl (Iob) (oder eines Signals der verbleibenden Impuls zahl Is) zu der Betätigungseinrichtung (9) als Antriebssignal, und wenn die Bedingung Jn = Jk (oder Imax<Iob) nicht erfüllt ist, Übergehen zu dem hiernach ausgeführten Schritt 4';
(Schritt 5) Vergleichen des von dem Detektor (11) ein gegebenen Absolutwinkels (Θ) mit dem Zielwinkel (ΘD) und, wenn die beiden gleich sind, Senden eines Antriebsstoppsignals zu der Betätigungseinrichtung (9), um die Position des rotierenden Ventils (7) zu halten, und wenn der Zielwinkel (ΘD) und der Absolutwinkel (Θ) nicht gleich sind, neuerliches Berechnen der Zielimpulszahl (Iob) und neuerliches Bestimmen der Drehrichtung und Rückkehr zu Schritt 2; und
(Schritt 4') wenn in Schritt 4 die Bedingung Jn = Jk (oder Imax<Iob) nicht erfüllt ist, Senden eines die Betäti gungseinrichtung (9) um die maximale Betriebsimpulszahl (Imax) antreibenden Signals zu der Betätigungseinrichtung (9) und da durch Drehen des rotierenden Ventils (7) vor der nächsten Ein spritzung und Zuordnen des Wertes Jk=Jk+1 zu dem Wiederholungszähler Jk der Steuerroutine und Rückkehren zu Schritt 3.
5. Verfahren zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die einschließende Wand
(32) der Bohrung (31), in welcher die Düsenöffnungen (35) vor
gesehen sind, eine konische innere Oberfläche (320) hat, und
das rotierende Ventil (7) an seinem oberen Ende eine druckauf
nehmende Oberfläche (74) zum Aufnehmen des Drucks des unter
Druck stehenden Kraftstoffs hat und an seiner Umfangsperipherie
eine konische Sitzfläche (72) mit einem Winkel, der mit dem
Winkel der konischen inneren Oberfläche (320) zusammenpaßt, hat
und, wenn ein Kraftstoffeinspritzdruck auf die druckaufnehmende
Oberfläche (74) wirkt, die konische innere Oberfläche (320) und
die konische Sitzfläche (72) in Reibungskontakt kommen und das
rotierende Ventil dadurch in Position gehalten wird.
6. Verfahren zum Ausführen einer Kraftstoffeinspritzung nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Betätigungseinrichtung
(9) ein impulsgesteuerter reversibler Motor ist und oberhalb
des Düsenkörpers montiert ist und der Ausgang der Betätigungs
einrichtung (9) über einen Schaft (8) und ein Kupplungsstück
(10), das mit dem Schaft (8) axial in Bezug darauf verschieb
lich verbunden ist, zu dem rotierenden Ventil (7) übertragen
wird.
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