DE19957591B4

DE19957591B4 - Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor

Info

Publication number: DE19957591B4
Application number: DE19957591A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Konishi; Wakaki Miyaji; Masahiko Fujita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: FR2791735A1; US6209525B1; FR2791735B1; DE19957591A1; JP2000291509A

Abstract

Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor, das eine Einzelzylinder-Hochdruckpumpe (11), eine Einrichtung zum Unterdrücken der Druckpulsation eines Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (11) zugeführt wird, und eine Einrichtung zum Verändern des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs aufweist, und den Hochdruck-Kraftstoff direkt aus Einspritzvorrichtungen in die Zylinder eines Motors einspritzt, wobei die Einrichtung zum Unterdrücken der Druckpulsation ein Resonator (16) ist, und die Einrichtung zum Verändern des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs ein variabler Hochdruck-Regler (18) ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende betrifft eine Kraftstoff-Zuführvorrichtung, die in einem System mit variablem Kraftstoff-Druck verwendet wird, und insbesondere eine Kraftstoff-Zuführvorrichtung für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor, die eine Einzelzylinder-Hochdruck-Kraftstoffpumpe aufweist und den Hochdruckkraftstoff direkt in die Zylinder eines Motors einspritzt.

Für einen Dieselmotor ist es bereits bekannt, eine Motortechnologie vorzusehen, bei welcher der Kraftstoff in die Zylinder des Motors eingespritzt wird, was als sogenannter "Motor mit Einspritzung in den Zylinder" oder "Direkteinspritzungsmotor" bezeichnet wird. Auch für einen Motor mit Zündung (einen Benzinmotor) wurde kürzlich eine Direkteinspritzung vorgeschlagen. Für derartige Motoren mit Einspritzung in den Zylinder, ist es erforderlich, dass die Kraftstoff-Druckpulsation klein genug sein sollte, um eine stabile Einspritzung sowie einen hinreichend hohen Kraftstoff-Einspritzdruck zu erreichen.

Deshalb ist eine Einzelzylinder-Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die einen einfachen Aufbau aufweist, bei geringen Kosten hergestellt werden kann und kompakt ist, bereits bekannt.

Da die Einzelzylinder-Hochdruck-Kraftstoffpumpe nur einen Kolben aufweist, erzeugt sie eine größere Pulsationsbreite in dem Kraftstoffdruck als eine Mehrzylinder-Hochdruck-Kraftstoffpumpe. Deshalb ist ein Pulsationsabsorber mit einem metallenen Faltenbalg oder einer Metallmembran in einem Kraftstoffzuführsystem vorgesehen, um die Pulsation zu absorbieren.

8 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotors, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung mit der Nummer 9-310661 offenbart ist. In diesem Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor wird der Druck eines Kraftstoffs (eines Benzins), der in einem Kraftstofftank 70 untergebracht ist, durch eine Niederdruckkraftstoffpumpe 71 auf ein niederes Niveau erhöht, und dann wird der Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 73 über eine Niederdruck-Leitung 72 zugeführt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 73 erhöht den Druck des Kraftstoffs weiter auf ein hohes Niveau, und zwar durch die hin und her gehende Bewegung eines Kolbens 77, der durch die Nockenwelle 74 eines nicht gezeigten Motors angetrieben wird, und lässt den Kraftstoff aus einer Auslassöffnung 76 aus. Diese Auslassöffnung ist durch ein Hochdruck-Absperrventil 77 und eine Hochdruck-Leitung 78 mit einer gemeinsamen Schiene (Common Rail) 79 verbunden. Hochdruck-Kraftstoff, der in der Common Rail 79 untergebracht ist, wird zu Einspritzvorrichtungen 81 zugeführt, die über Zweigdurchgänge 82 an die jeweiligen Zylinder 80 des Motors angebracht sind.

Diese Common Rail 79 ist mit einem Pulsationsabsorber 85 mit metallenem Faltenbalg verbunden. Dieser Pulsationsabsorber 85 mit metallenem Faltenbalg ist derart aufgebaut, dass ein Trommelabschnitt aus metallenen Faltenbälgen 85 besteht, eine Öffnung an einem Ende der metallenen Faltenbälge 85a durch eine Endplatte 85b verschlossen ist, ein Umfangsabschnitt an dem anderen Ende der metallenen Faltenbälge 85a mit der Endfläche 85c des Absorbers durch Schweißen oder ähnlichem verbunden ist, ein geschlossener Raum innerhalb der metallenen Faltenbälge 85a ausgebildet ist, und ein Gas, wie zum Beispiel Stickstoff oder Argon, in diesen geschlossenen Raum eingeladen ist. Die Druckpulsation des Hochdruck-Kraftstoffs, die auf die Endplatte 85b aufgebracht wird, wird durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der metallenen Faltenbälge 85a absorbiert, so dass die Druckpulsation des Hochdruck-Kraftstoffs, der in die Common Rail 79 eingeführt wird, absorbiert wird.

9 ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Aufbaus eines Hochdruck-Kraftstoffzuführsystems 10D, das mit einem Pulsationsabsorber mit Metallmembran ausgestattet ist. Das Hochdruck-Kraftstoff-Zuführsystem 10D weist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11, einen Niederdruck-Dämpfer 14, der in einem Einlassdurchgang 12 vorgesehen ist, der mit einer Einlasszugangsseite der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 verbunden ist und mit metallenen Faltenbälgen 14a ausgestattet ist, einen Hochdruck-Dämpfer 90, der in einem Auslassdurchgang 15 vorgesehen ist, der mit einer Auslassöffnungsseite der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 verbunden ist und mit einer Metallmembran 90m ausgestattet ist, und ein Hochdruck-Absperrventil 17 auf, das an einer stromabwärtigen Seite des Hochdruck-Dämpfers 90 angeordnet ist, wobei all diese Komponenten integral in einem Gehäuse 100 angeordnet sind.

Die Hochdruckpumpe 11 setzt den Niederdruck-Kraftstoff, der von einer nicht gezeigten Kraftstoff-Einlassöffnung durch den Einlassdurchgang zugeführt wird, auf ein hohes Druckniveau unter Druck und lässt ihn zu dem Auslassdurchgang 15 unter Verwendung des Kolbens 112 ab, der in einem Zylinder 111 auf derartige Art und Weise angeordnet ist, dass er sich hin und her bewegen kann, und durch einen Nocken 19 angetrieben ist, dessen Drehgeschwindigkeit die Hälfte der Drehgeschwindigkeit einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Motors ist.

Der Pulsationsabsorber 90 mit Metallmembran ist vorgesehen, um die Druckpulsation des auf diese Weise abgegebenen Hochdruck-Kraftstoffs zu unterdrücken. Wie in den 9 und 10 gezeigt ist, weist der Pulsationsabsorber 90 mit Metallmembran ein Gehäuse 91, das einen Teil eines Hochdruck-Behälters bildet, eine Platte 92, die den anderen Teil eines Hochdruck-Behälters bildet, und eine flexible, dünne, metallene, scheibenartige Membran 90m auf, die mit dem oberen Gehäuse 91 eine Hochdruckkammer 93 und mit der oberen Platte 92 eine zweite Hochdruckkammer 94 bildet. Die genannte zweite Hochdruckkammer 94 ist über mehrere Durchgangsöffnungen 96 mit einer Ausnehmung 95 verbunden, die einen Pfad zwischen dem ersten Durchgang 15P zu einem Auslass zu der Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die in dem Gehäuse 100 angeordnet ist, und dem zweiten Durchgang 15Q zu einem Absperrventil 17 bildet. Die genannte erste Hochdruckkammer 93 ist von einer Gaseinfüllöffnung 97, die in dem Gehäuse 91 ausgebildet ist, mit einem vorbestimmten Druck mit einem nicht gezeigten Gas gefüllt. Dieser vorbestimmte Druck ist zur Absorption der Pulsation des Hochdruck-Kraftstoffs erforderlich, der von dem ersten Durchgangsabschnitt 15P durch den ausgenommenen Abschnitt 95 und durch den zweiten Durchgangsabschnitt 15Q strömt.

Wenn eine Pulsation in dem beschriebenen Kraftstoff auftritt, während die erste Hochdruckkammer 93 mit Gas gefüllt ist, und die zweite Hochdruckkammer 94 mit Kraftstoff gefüllt ist, absorbiert die Membran 90m die Durckpulsation durch eine Biegung in Richtung des Gehäuses 91 und in Richtung der Platte 92 von dem Ballancepunkt ausgehend (beispielsweise eine Stellung ohne Auslenkung, wie in 10 durch eine dicke Linie gezeigt ist), an dem die Summe des Gasdrucks in der ersten Hochdruckkammer 93 und die Federkraft der Membran 90m selbst zu dem Durchschnittsdruck des Kraftstoffs gleich wird.

Jedoch verändert sich bei dem Pulsationsabsorber 90 mit Metallmembran, da die Metallmembran, die ein Expansionselement darstellt, expandiert und sich zusammenzieht, und zwar wiederholt durch ein Ausmaß, das der Druckpulsation des Kraftstoffs entspricht, wobei der Gleichgewichtspunkt bei einem durchschnittlichen Kraftstoffdruck als einem Mittelpunkt liegt, wenn dieses Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor verwendet wird, bei dem ein System mit einem variablen Kraftstoffdruck auftritt, der Gleichgewichtspunkt, wodurch sich eine durchschnittliche Belastung, die in der Membran erzeugt wird, verändert, wodurch ein Problem hinsichtlich der Dauerhaftigkeit auftritt.

Beispielsweise schwingt, wenn der variable Bereich des Kraftstoff-Zuführdrucks des Kraftstoff-Zuführsystems 5 bis 10 MPa beträgt, und der Gleichgewichtspunkt der Membran 90m auf P₀ = 7,5 MPa eingestellt wird, was der Mittelpunkt des oben beschriebenen variablen Bereichs ist, wie in 10 gezeigt, wenn P₀ = 10 MPa ist, die Membran 90m derart, dass der Gleichgewichtspunkt in großem Umfang zu der Seite der ersten Hochdruckkammer 93 versetzt ist, und, wenn P₀ = 5 MPa ist, schwingt die Membran 90m derart, dass der Gleichgewichtspunkt in großem Umfang zu der Seite der zweiten Hochdruckkammer 94 versetzt ist. Da eine durchschnittliche Belastung, die auf die Metallmembran 90m aufgebracht wird, größer wird, wenn sich der Gleichgewichtspunkt stärker von der Mitte des variablen Reichs versetzt, verschlechtert sich die Dauerhaftigkeit der Metallmembran 90m.

Um eine Verschlechterung der Dauerhaftigkeit der Metallmembran zu verhindern, ist es beispielsweise denkbar, das Volumen der ersten Hochdruckkammer 93 derart zu verringern, dass die Menge des eingeladenen Gases verringert wird. In diesem Fall verringert sich die Fähigkeit zur Absorption von Pulsation. Es ist ferner möglich, die Dauerhaftigkeit der Metallmembran durch Verringerung der durchschnittlichen Belastung, die auf die Metallmembran aufgebracht wird, durch Vergrößerung des Durchmessers zu verbessern. Jedoch wird in diesem Fall der Pulsationsabsorber sehr groß.

Auch wenn ein Pulsationsabsorber mit metallenen Faltenbälgen als ein Hochdruck-Dämpfer verwendet wird, muss, wenn der Kraftstoff-Zuführdruck variabel wird, der Gasladedruck verringert werden, um einen minimalen Kraftstoffdruck zu erreichen, und die Anzahl der Faltungen der metallenen Faltenbälge muss vergrößert werden, um eine große Expansionsbreite der metallenen Faltenbälge zu erreichen, mit dem Ergebnis, dass das System sehr groß wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die angesichts der genannten Probleme des Standes der Technik gemacht wurde, ein Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor zu schaffen, das bei einem System mit variablem Kraftstoffdruck ohne Verwendung eines großen Pulsationsabsorbers verwendet werden kann, das kostengünstig ist und in der Größe verringert werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor geschaffen, das eine Einzelzylinder-Hochdruck-Kraftstoffpumpe, einen Resonator (einen auf Eigenfrequenz schwingenden Schwinger) zum Unterdrücken der Druckpulsation eines Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zugeführt wird, und einen variablen Hochdruck-Regler, eine Reguliereinrichtung oder ein Stellglied für Hochdruck-Kraftstoff zum Steuern des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs aufweist, wobei der Druck des Kraftstoffs, der in die Zylinder eines Motors aus Einspritzvorrichtungen einzuspritzen ist, variabel ist, und die Druckpulsation des Kraftstoffs unterdrückt wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungsmotor geschaffen, bei dem der variable Hochdruck-Regler und der Resonator mit der Hochdruck-Kraftstoffpumpe integriert sind.

Die genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.
1 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoffzuführung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Darstellung des Aufbaus eines variablen Kraftstoff-Reglers;
4 ist eine Darstellung des Aufbaus eines weiteren Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs- Benzinmotor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Schnittansicht einer Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Darstellung eines Aufbaus eines weiteren Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor gemäß dem Stand der Technik;
9 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines weiteren Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor des Standes der Technik; und
10 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise eines Pulsationsabsorbers.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ausführungsform 1
1 zeigt den Aufbau eines Kraftstoff- Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Gemäß 1 bezeichnet Referenznummer 10 eine Hochdruck-Kraftstoffzuführung, die mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 versehen ist, 20 einen Kraftstofftank, der mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe 21 ausgestattet ist, 30 eine Common Rail, in der Kraftstoff, der von dem Kraftstofftank 20 zugeführt ist und durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 unter Druck gesetzt wird, untergebracht ist, 31 Einspritzvorrichtungen, die an die jeweiligen Zylinder eines nicht gezeigten Motors angebracht sind und mit der Common Rail 30 verbunden sind, 40 einen Hochdruck-Kraftstoffdurchgang zur Verbindung der Common Rail 30 mit der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11, und 50 einen Niederdruck-Kraftstoffdurchgang zur Verbindung der Hochdruckpumpe 11 mit dem Kraftstofftank 20. Der Hochdruck-Kraftstoffdurchgang 40 und der Niederdruck-Kraftstoffdurchgang 50 bilden einen Kraftstoffdurchgang zur Verbindung der Einspritzvorrichtungen 31 der Zylinder mit dem Kraftstofftank 20. Der Buchstabe F bezeichnet Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 20 untergebracht ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, weist die Hochdruck-Kraftstoffzuführung 10 die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11, einen Einlassdurchgang 12, der einen Teil des Niederdruck-Kraftstoffdurchgangs 50 bildet und mit einer Einlassdurchgangsseite der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 verbunden ist, einen Filter 13, der in dem Einlassdurchgang 12 angeordnet ist, einen Niederdruck-Dämpfer 14, der zwischen der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 und dem Filter 13 vorgesehen ist und mit metallenen Faltenbälgen 14a ausgestattet ist, einen Auslassdurchgang 15, der einen Teil des Hochdruck-Kraftstoffdurchgangs 40 bildet und mit einer Auslassdurchgangsseite der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 verbunden ist, einen Resonator 16, der eine Einrichtung zur Unterdrückung der Pulsation eines Hochdruck-Kraftstoffs ist, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 abgegeben wird und mit einer Pufferkammer 15S in Verbindung steht, die in dem Auslassdurchgang 15 vorgesehen ist, ein Hochdruck-Absperrventil 17, das an einer stromaufwärtigen Seite des Resonators 16 zum Aufrechterhalten des Drucks des Kraftstoffs in der Common Rail auf ein geeignetes Niveau, wenn der Motor angehalten wird, angeordnet ist, einen variablen Hochdruck-Regler 18, der an einer stromabwärtigen Seite des Hochdruck-Absperrventils 17 zur Steuerung des Drucks von Kraftstoff angeordnet ist, der in die Einspritzvorrichtungen 31 der Zylinder zugeführt werden soll, einen Ablassdurchgang 18D für den variablen Hochdruck-Regler 18, und einen Ablassdurchgang 11D für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 auf.
Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 setzt den Niederdruck-Kraftstoff, der von der nicht gezeigten Kraftstoff-Einlassöffnung durch den Einlassdurchgang zugeführt wird, auf ein hohes Druckniveau unter Druck und gibt ihn unter Verwendung des Kolbens 112, der in einen Zylinder 111 auf derartige Weise angeordnet ist, dass er sich hin und her bewegen kann, und durch einen Nocken 19 angetrieben wird, dessen Drehgeschwindigkeit die Hälfte der Drehgeschwindigkeit einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Motors beträgt, zu dem Auslassdurchgang 15 ab.
Mit 113 und 114 sind Rohrventile zum Einsaugen bzw. Abgeben von Kraftstoff bezeichnet.
Ein Filter 22 ist an einer Einlassseite der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 21 vorgesehen, die in dem Kraftstofftank 20 angeordnet ist, und ein Niederdruck-Absperrventil 23 ist an einer Auslassseite der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 21 vorgesehen. Die Auslassseite der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 21 ist mit der Kraftstoff-Einlassöffnung 101 der Hochdruck-Kraftstoffzuführung 10 durch eine Niederdruckleitung 24 verbunden. Ein Filter 25 ist in der Niederdruckleitung 24 vorgesehen. Die Referenznummer 26 bezeichnet einen Niederdruck-Regler, der an der Niederdruckleitung 24 vorgesehen ist, und 27 eine Niederdruck-Kraftstoff-Rückführleitung für den Niederdruck-Regler. Referenznummer 28 bezeichnet eine Ablassleitung zur Verbindung des Ablassdurchgangs 11D der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 mit dem Kraftstofftank 20, die mit einer Regler-Ablassleitung 29 zur Verbindung des Ablassdurchgangs 18D des variablen Hochdruck-Reglers 18 mit dem Kraftstofftank 20 verbunden ist.
Ferner sind die Kraftstoff-Auslassöffnung 102 der Hochdruck-Kraftstoffzuführung 10 und die Common Rail 30 miteinander durch eine Hochdruckleitung 32 verbunden. Mit 33 ist ein Kraftstoff-Drucksensor bezeichnet, der an der Common Rail 30 vorgesehen ist. Ein Strom, der auf die Spule des genannten variablen Hochdruck-Reglers 18 aufgebracht wird, wird durch eine nicht gezeigte elektronische Steuerungseinheit (electronic control unit; ECU) gesteuert, die anhand des Ausgangssignals des Kraftstoff-Drucksensors 33 arbeitet.
Wie in 3 gezeigt ist, weist der variable Hochdruck-Regler 18 zur Steuerung des Drucks von Kraftstoff ein Nadelventil 1 auf, das aus einer Ventilplatte 1b mit einer Öffnung 1a, die zu einem Zweigdurchgang 15K geöffnet ist, der von dem Auslassdurchgang 15 abzweigt, und eine Nadel 1c zum Öffnen und Schließen der Öffnung 1a durch Inberührungkommen mit und Trennen von der Ventilplatte 1b, eine nicht gezeigte magnetische Einrichtung, die mit dem Nadelventil 1 integral verbunden ist, eine nicht gezeigte Feder zum Zwingen dieser Einrichtung nach unten (der Richtung zum Schließen des Nadelventils 1) und eine Spule 5 zum Erzeugen eines magnetischen Flusses in einem magnetischen Kreis bestehend aus dem Anker und einem nicht gezeigten magnetischen Kern, auf, und steuert den Druck von Kraftstoff, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 abgegeben wird.
Dieser variable Hochdruck-Regler 18 zwingt das Nadelventil 1 durch die Feder nach unten, verändert den magnetischen Fluss in den magnetischen Kreis bestehend aus dem magnetischen Kern und dem Anker entsprechend dem Strom, der auf die Spule 5 aufgebracht wird, und zwar basierend auf dem erforderlichen Druck des Kraftstoffs, unterstützt die Feder durch eine Steuerungskraft zum Zwingen des Ankers nach unten und passt die Öffnung des Nadelventils 1 an. Wenn der variable Bereich des Kraftstoff-Zuführdrucks der Kraftstoffzuführung beispielsweise zwischen 5 und 10 MPa liegt, ist ein Zustand, in dem kein Strom auf die Spule 5 aufgebracht wird, ein Zustand, dass das Nadelventil 1 am weitesten geöffnet ist. Zu diesem Zeitpunkt beträgt der Druck des Kraftstoffs ein Minimum bei 5 MPa. Wenn ein Strom, der auf die Spule 5 aufgebracht wird, allmählich vergrößert wird, wird das Nadelventil 1 allmählich geschlossen, und der Druck des Kraftstoffs steigt. Wenn der Zuführstrom bei einem Maximum liegt, wird der Kraftstoffdruck durch Zwingen des Nadelventils 1 auf den Maximaldruck von 10 MPa gesteuert.
Es ist beabsichtigt, dass der variable Hochdruck-Regler von einer derartigen Art ist, die den Druck der Feder auf ein Niveau einstellt, das dem Maximaldruck des Kraftstoffs entspricht und den Druck des Kraftstoffs durch ein Nachobenzwingen des Ankers durch die Spule 5 steuert.
Der Resonator 16 ist ein Helmholtz-Resonator mit einer Öffnung 16a, die an einem Ende zu der Pufferkammer 15S des Auslassdurchgangs 15 und an dem anderen Ende der Öffnung 16a (siehe 2) mit einer Kraftstoff-Steuerkammer 16b verbunden ist, die mit einem Öffnungsabschnitt verbunden ist. Die Amplitude der Kraftstoff-Druckpulsation bei der Resonanzfrequenz in den Auslassdurchgang 15, die durch die Ablasspulsation der Hochdruckpumpe 11 erzeugt wird, kann durch Steuerung der Resonanzeigenschaften des Resonators 16 reduziert werden, die durch das Volumen der Kraftstoff-Steuerkammer wo in 16b und die Größe der Öffnung 16a bestimmt werden.
Der Resonator 16 weist einen einfachen Aufbau mit der Öffnung 16a und der Kraftstoff-Steuerkammer 16b auf und weist kein Expansionselement, wie zum Beispiel eine Metallmembran oder metallene Faltenbälge, auf. Deshalb entsteht, auch wenn der Bereich des variablen Kraftstoff-Zuführdrucks der Kraftstoff-Zuführung groß ist, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Pulsationsabsorber kein Problem hinsichtlich der Dauerhaftigkeit.
Nachfolgend wird die Betriebsweise des beschriebenen Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor beschrieben. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 21 saugt Kraftstoff durch den Filter 22 ein, erhöht den Druck des Kraftstoffs auf niedriges Niveau und gibt den Kraftstoff ab. Dieser Niederdruck-Kraftstoff wird zu der Kraftstoff-Einlassöffnung 101 der Hochdruck-Kraftstoffzuführung 10 über die Niederdruck-Leitung 24 durch das Niederdruck-Absperrventil 23 und den Filter 25 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn der Druck des Kraftstoffs, der durch die Niederdruck-Leitung 24 strömt, ein vorbestimmtes niedriges Niveau übersteigt, das durch den Niederdruck-Regler 26 eingestellt ist, ein Teil des Kraftstoffs in der Niederdruck-Leitung 24 durch den Niederdruck-Regler 26 über die Niederdruck-Kraftstoff-Rückführleitung 27 zu dem Kraftstofftank 20 zurückgeführt, wodurch der Druck des zu der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10 von dem Kraftstofftank 20 zugeführten Kraftstoffs auf ein vorbestimmtes Niveau gesteuert wird.
Der zu dem Einlassdurchgang 12 der Hochdruck-Kraftstoffzuführung 10 zugeführte Kraftstoff wird über den Filter 13 und den Niederdruck-Dämpfer 14 durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 eingesaugt. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 erhöht den Druck des eingesaugten Kraftstoffs auf ein neues Niveau, lässt den Kraftstoff von dem Auslassdurchgang 15 ab, und lässt Kraftstoff, der von einem Raum zwischen dem Kolben 112 und dem Zylinder 111 der Hochdruckpumpe 11 ausfließt, zu dem Ablassdurchgang 11D ab. Der Kraftstoff, der in den Ablasskanal 11D einströmt, wird zu durch eine Ablassleitung 29 dem Kraftstofftank 20 zurückgeführt.
Die Pulsation des zu dem Auslassdurchgang 15 zugeführten Kraftstoffs wird durch den Resonator 16 in der Pufferkammer 15S unterdrückt, und dann tritt der Kraftstoff durch das Hochdruck-Absperrventil 17 und wird von der Kraftstoff-Auslassöffnung 102 durch die Hochdruckleitung 32 zu der Common Rail 30 zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck des durch den Auslassdurchgang 15 strömenden Kraftstoffs auf einen Wert gesteuert, der durch den variablen Hochdruck-Regler 18 eingestellt ist. Wenn der Druck des Kraftstoffs den eingestellten Wert übersteigt, wird ein Teil des Kraftstoffs in dem Auslassdurchgang 15 durch den Ablassdurchgang 18D und die Regler-Ablassleitung 29 zu dem Kraftstofftank 20 zurückgeführt. In diesem Zustand spritzen die Einspritzvorrichtungen, die mit der Common Rail 30 verbunden sind, den Hochdruck-Kraftstoff bei einem Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt für jeden Zylinder des Motors in die jeweiligen Zylinder ein.
Gemäß dieser Ausführungsform 1 wird die Druckpulsation eines Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 mit einem einzigen Zylinder abgegeben wird, durch den Resonator 16 unterdrückt, und der variable Hochdruck-Regler 18 zur Steuerung des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs ist vorgesehen, um den Druck des Hochdruck-Kraftstoffs, der zu den Einspritzvorrichtungen 31, die mit der Common Rail 30 verbunden sind, zugeführt werden soll, zu steuern. Deshalb kann ein Kraftstoff-Zuführsystem für einen variablen Kraftstoffdruck für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor erhalten werden, das eine kleine Größe und eine gute Dauerhaftigkeit aufweist.
Bei dieser Ausführungsform 1 wird, wenn der Druck des Kraftstoffs in dem Auslassdurchgang 15 den genannten Wert übersteigt, der durch den variablen Hochdruck-Regler eingestellt ist, ein Teil des Kraftstoffs in dem Auslassdurchgang 15 (auf den nachfolgend als eine "Reglerrückführung" Bezug genommen wird) durch den Ablassdurchgang 18D und die Regler-Ablassleitung 29 zu dem Kraftstofftank 20 zurückgeführt. Wie in 4 gezeigt ist, kann der Ablassdurchgang 18D mit dem Einlassdurchgang 12 zur Rückführung des Kraftstoffs zu der Einlassseite der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 verbunden sein.
Ausführungsform 2
5 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Kraftstoff-Zuführsystems für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Der variable Hochdruck-Regler ist getrennt von der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung vorgesehen. Die Referenznummer 60 bezeichnet eine Reglereinheit, die mit der Hochdruckleitung 32 zur Verbindung der Kraftstoff-Auslassöffnung 102 einer Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10A ohne variablen Hochdruck-Regler mit der Common Rail 30 verbunden ist und weist einen variablen Hochdruck-Regler 61 und einen Filter 62 auf, der an einer stromaufwärtigen Seite des variablen Hochdruck-Reglers 61 vorgesehen ist. Mit 61D ist eine Ablassleitung für den variablen Hochdruck-Regler 61 bezeichnet, und 64 bezeichnet eine Regler-Ablassleitung zur Rückführung der Reglerrückführung zu dem Kraftstofftank 20.
6 ist eine Schnittansicht der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10A gemäß Ausführungsform 2 und die Darstellung zeigt typischerweise die Verbindung zwischen der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10A und dem variablen Hochdruck-Regler 61. Der Hochdruck-Kraftstoff wird von der Kraftstoff-Auslassöffnung 102 der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10A zu der Hochdruck-Leitung 32 zugeführt, sein Druck wird durch den variablen Hochdruck-Regler 61, der in der Hochdruck-Leitung 32 vorgesehen ist, gesteuert, und der Kraftstoff wird zu der Common Rail 30 zugeführt.
Da die weiteren Elemente der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10A und des variablen Hochdruck-Reglers 61 die gleichen wie diejenigen von Ausführungsform 1, wie gezeigt in 2 und 3, sind, ist ihre Beschreibung in diesem Zusammenhang weggelassen.
Bei dieser Ausführungsform 2 wird die Reglerrückführung zu dem Kraftstofftank 20 zurückgeführt. Wie in 7 gezeigt ist, kann die Reglerrückführung zu der Kraftstoff-Einlassöffnung 101 der Hochdruck-Kraftstoff-Zuführung 10A durch eine Regler-Ablassleitung 65 zurückgeführt werden.
Wie oben beschrieben, sind gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Einzelzylinder-Hochdruck-Kraftstoffpumpe, ein Resonator zum Unterdrücken der Druckpulsation des Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zugeführt wird, und ein Hochdruckvariabler Regler zum Steuern des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs vorgesehen, wobei der Druck des Kraftstoffs, der in die Zylinder des Motors von den Einspritzvorrichtungen einzuspritzen ist, verändert werden kann, und die Druckpulsation dieses Kraftstoffs unterdrückt wird. Deshalb kann ein Kraftstoff-Zuführsystem für einen variablen Kraftstoffdruck für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor erhalten werden, das eine kleine Größe und eine gute Dauerhaftigkeit aufweist.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, da der Hochdruck-variable Regler und der Resonator in die Hochdruck-Pumpe integriert sind, das System weiter in der Größe verringert werden.

Claims

Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor, das eine Einzelzylinder-Hochdruckpumpe (11), eine Einrichtung zum Unterdrücken der Druckpulsation eines Hochdruck-Kraftstoffs, der von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (11) zugeführt wird, und eine Einrichtung zum Verändern des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs aufweist, und den Hochdruck-Kraftstoff direkt aus Einspritzvorrichtungen in die Zylinder eines Motors einspritzt, wobei die Einrichtung zum Unterdrücken der Druckpulsation ein Resonator (16) ist, und die Einrichtung zum Verändern des Drucks des Hochdruck-Kraftstoffs ein variabler Hochdruck-Regler (18) ist.
Kraftstoff-Zuführsystem für einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor nach Anspruch 1, wobei der variable Hochdruck-Regler (18) und der Resonator (16) mit der Hochdruck-Kraftstoffpumpe (11) integriert sind.