DE2921490A1

DE2921490A1 - Kraftstoffeinspritzsteuersystem fuer verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2921490A1
Application number: DE19792921490
Authority: DE
Inventors: Seikichi Kanai; Kunihiko Komiyama; Koichi Togashi
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1978-05-29
Filing date: 1979-05-26
Publication date: 1979-12-06
Also published as: GB2022700A; JPS54155319A; US4280464A; JPS6142090B2; GB2022700B

Description

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KABUSHIKI KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO Tokio, Japan

Kraftstoffeinspritzsteuersystem für Verbrennungsmotoren

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem für Verbrennungskraftmaschinen. Bekannt ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Verbrennungsmotoren, welche ein Kraftstoffeinspritzventil aufweist, das einen Servokolben von großem Durchmesser und einen Plunger von kleinem Durchmesser besitzt und mit einer Kraftstoffeinspritzdüse verbunden ist,sowie ein Druckdifferenzial für den Kraftstoff, der von einem unter Druck stehendem Kraftstoffvorrat zu diesem Servokolben und Plunger gefördert wird und diese Kraftstoffeinspritzdüse öffnet und schließt und dadurch eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung ermöglicht.

In der japanischen Patentveröffentlichtung Nr. 51-18010 ist eine Einspritzeinheit beschrieben, bei welcher die Synchronisation und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs usw. mittels eines Spulenventils gesteuert werden kann, das durch ein Solenoid betätigt wird» Dieses System hat jedoch den Nachteil, daß die Zumessung von Kraftstoff bei auslaufendem Spulenventil erfolgt,

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so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventils instabil wird und infolgedessen Änderungen in der Zumeßmenge auftreten können.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzsteuer sy stem für Verbrennungsmotoren, welches den Start des Motors erleichtert und eine rasche und genaue Bemessung des einzuspritzenden Kraftstoffs gewährleistet, und welches den Wirkungsgrad der Kraftstoffverbrennung erhöht, indem es die von der Kraftstoffeinspritzpumpe geförderte Kraftstoffmenge insbesondere bei starkem Leerlauf des Motors oder unter Teilbelastungsbedingungen desselben regelt.

Dieses Ziel wird mit einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß den Patentansprüchen erreicht.

Die Erfindung stellt ein Kraftstoffeinspritzsteuarsystem für einen Verbrennungsmotor bereit, welches eine Einspritzpumpe aufweist, die mit dem Motor verbunden und von diesem angetrieben wird; diese Einspritzpumpe ist mit einem Kraftstoffvorrat verbunden_/ und ein Kraftstoffeinspritzventil ist mit dieser Einspritzpumpe verbunden. Das Kraftstoffeinspritzventil besitzt einen Kolben und einen Plunger und weist auch eine Kolbenkammer und eine Plungerkammer auf. Ein von einem Solenoid betätigtes Spulenventil ist mit dieser Einspritzpumpe an seiner Eingangsseite und mit der Kolbenkammer dieses Kraftstoffeinspritzventils an seiner Ausgangsseite verbunden, und ein von einem Solenoid betätigtes Zumeßventil ist mit dieser Einspritzpumpe an seiner Eingangsseite und der Plungerkammer dieses Kraftstoffeinspritzventils an seiner Ausgangsseite verbunden.

Ein erster Sammler ist zwischen dieser Einspritzpumpe und diesem von einem Solenoid betätigten Spulenventil angeordnet, und außerdem ist ein Absperrventil zwischen diesem ersten Sammler und diesem Spulenventil angeordnet. Das Absperrventil schließt,

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wenn der Motor nicht in Betrieb ist, und es öffnet, wenn der Motor in Betrieb ist, wodurch das Auftreten eines Druckabfalls in der Leitung vermieden wird, welche diese Einspritzpumpe mit diesem Absperrventil verbindet, wenn der Motor nicht in Betrieb ist.. Das von einem Solenoid betätigte Spulenventil und das von einem Solenoid betätigte Zumeßventil sind mit Steuervorrichtungen verbunden, von denen sie gesteuert werden. Da das Zumeßventil separat angeordnet ist, kann eine rasche und genaue Bemessung des Kraftstoffs für die Einspritzung erreicht werden.

Vorrichtungen zur Regelung der Kraftstofförderung sind in der Einspritzpumpe angeordnet, um die Menge an Kraftstoff, welche durch die Kraftstoffeinspritzpumpe gefördert werden soll, insbesondere bei starkem Leerlauf des Motors oder unter Teilbelastungsbedingungen desselben zu regeln, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Kraftstoffverbrennung verbessert wird.

Die Einspritzpumpe ist im allgemeinen eine Plungerpumpe, und die Mittel zur Regelung der Kraftstofförderung weisen einen Zahnstangenmechanismus auf.

Eine Druckkammer in der Förderkontrollvorrichtung ist mit der Leitung verbunden, zu der der erste Sammler gehört, wodurch ein Rückkuppelungskreis für die Einspritzpumpe gebildet wird. Wenn der Druck in dem Rückkuppelungskreis niedriger ist als der eines vorgegebenen Wertes für den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils, wird die Zahnstange durch eine Feder bewegt, so daß eine maximale Kraftstoffmenge durch die Einspritzpumpe gefördert wird. Dies ist normalerweise dann der Fall, wenn der Motor unter voller Belastung arbeitet. Wenn jedoch der Motor in starkem Leerlauf läuft oder unter Teilbelastungsbedingungen betrieben wird, wird der Druck in dem Rückkuppelungskreis höher als der vorgegebene Betriebsdruck des Kraftstoffeinspritzventils und wird so hoch, daß er die Sahnstange gegen die Vorspannung der Feder in einer solchen Richtung bewegt, daß die Menge an Kraftstoff verringert wird, die von der Einspritzpumpe gefördert wird»

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Die Bewegung der Zahnstange wird durch das Zahnritzel auf einen Plunger der Plungerpumpe übertragen, wodurch die von dort geförderte Kraftstoffmenge geregelt wird.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine hydraulische Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei einige Teile davon in vereinfachter Form dargestellt sind.

Der Kraftstoff in einem Kraftstofftank 2 wird durch ein Filter 4 in eine Niederdruckpumpe 6 eingeführt. Die Förderseite der Niederdruckpumpe 6 ist über eine Leitung 8 mit der Eingangsseite einer Kraftstoffeinspritzpumpe 10 verbunden, welche mit einem Motor 11 verbunden ist, um von diesem angetrieben zu werden. Ein Ablaufventil 12 ist zwischen die Eingangs- und die Ausgangsseite der Niederdruckpumpe 6 geschaltet. Der eine der Ausgänge der Kraftstoff einspritzpumpe 10 ist über ein Rückschlagventil 14 und eine Leitung 16 mit einem ersten Sammelbehälter 18 verbunden, während ein zweiter Ausgang über ein Rückschlagventil 20 und eine Leitung 22 mit einem zweiten Sammelbehälter 24 verbunden ist. Ein Ablaufventil 26 ist in der Leitung 22 installiert. Auf der Förderseite des ersten Sammlers 18 ist die Leitung 16 in Zweigleitungen 19 aufgeteilt, deren Anzahl der Zahl der Motorzylinder entspricht, wobei jede Leitung 19 mit einem Absperrventil 28 ausgerüstet ist. Das Absperrventil 28 weist ein Solenoid 30, eine Nadel 32, die in Tätigkeit tritt, wenn das Solenoid 30 erregt ist, und eine Feder 34 auf. Das Solenoid 32 des Absperrventils 30 ist elektrisch über einen Erreger 38 mit einem Ausgang eines Schalters 36 verbunden. Der Schalter 36 greift in den Schalter des Motors 11 ein. Wenn der Motor 11 läuft, wird das Absperrventil 28 infolge der Erregung seines Solenoids geöffnet, während dann, wenn der Motor abgeschaltet wird, das Solenoid 30 stromlos gemacht und die Nadel 32 durch die Feder 34 gezwungen wird, das Absperrventil 28 zu schließen.

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Das Absperrventil 28 ist über eine Leitung 14 mit einer Einlaßöffnung 44 eines von einem Solenoid betätigten Spulenventils 42 verbunden. Das Spulenventil 42 weist eine Auslaßöffnung 46 auf, welche mit einer Servokolbenkammer 50 eines Kraftstoffeinspritzventils 48/und eine Abflußöffnung 52 auf, welche über einen Überlaufkanal 54 mit dem Kraftstofftank 2 verbunden ist. Das Spulenventil 42 besitzt eine Spule 56 und ein Solenoid 58, welches über einen Erreger 62 mit einer Steuereinheit 60 elektrisch verbunden ist. Wenn das Solenoid 58 stromlos gemacht ist, wird das Spulenventil· 42 durch eine Feder 64 in eine erste Stellung gedrängt, in welcher die Servokolbenkammer 50 mit dem Überlaufkanal 54 in Verbindung steht. Wenn die Steuereinheit 60 ein Steuersignal erzeugt, wird das Solenoid 58 erregt und bewegt die Spule 56 derart, daß das Spulenventil 42 seine zweite Stellung einnimmt, in welcher die Servokolbenkammer 50 über die Leitungen 40 und 16 mit der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 verbunden sind.

Das Kraftstoffeinspritzventil 48 weist einen Servokolben 66 von großem Durchmesser auf, welcher in der Servokolbenkammer 60 gleitend angeordnet ist, und einen Plunger 70 von kleinem Durchmesser, welcher in einer Plungerkammer 68 gleitend angeordnet ist. An dem Kraftstoffeinspritzventil 48 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 72 anmontiert. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Servokolbens 66 zu der des Plungers 70 bestimmt die Kompressibilität (Druckzunahmeverhältnis) des durch die Düse 72 eingespritzten Kraftstoffs.

In ähnlicher Weise wie im Falle der Leitung 19 von dem ersten Sammler 18 ist die Leitung von dem zweiten Sammler 24 in Zweigleitungen 74 aufgeteilt, deren Anzahl der Zahl der Motorzylinder entspricht, wobei jede Leitung 74 mit einem Zumeßventil 76 verbunden ist. Das Zumeßventil 76 ist normalerweise durch die Kraft einer Feder 78 geschlossen, ist jedoch geöffnet, wenn sein Solenoid 80 erregt ist. Das Solenoid 80 ist über einen Erreger mit einer Steuereinheit 82 elektrisch verbunden. Die Steuereinheit

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82 ist mit der weiter oben genannten Steuereinheit 60 betrieblich verbunden. Das Zumeßventil 76 hat eine Auslaßöffnung 86, die über eine Leitung 88 und ein Rückschlagventil 90 mit der Plungerkammer 68 des Kraftstoffeinspritzventils 48 verbunden ist.

Eine unter dem Servokolben 66 gebildete Abflußkammer 67 des Kraftstoffeinspritzventils 48 ist über eine Leitung 92 mit dem Überlaufkanal 54 verbunden, und die Abflußkammer der Kraftstoffeinspritzdüse 72 ist über Leitungen 92 und 94 mit dem überlaufkanal 54 verbunden. Dank der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Vorhandensein des von einem Solenoid betätigten Zumeßventils 76 eine Kraftstoffbemessung von hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit. Erfindungsgemäß wird nämlich nach Abschluß der Kraftstoffeinspritzung die Flüssigkeit unter hohem Druck sofort ablaufen gelassen, so daß der Flüssigkeitsdruck auf etwa Atmosphärendruck abfallen kann. Danach wird die Zumessung von Kraftstoff unabhängig durch das Zumeßventil 76 vorgenommen, welches separat von dem Spulenventil 42 installiert ist, so daß die Zumessung von Kraftstoff mit ausgezeichnter Synchronisation und hoher Genauigkeit erfolgen kann.

Die oben erwähnte Einspritzpumpe 10 ist gewöhnlich eine Plungerpumpe, und das Verhältnis der von der Kraftstoffeinspritzpumpe in die Leitung 16 zu fördernden Kraftstoffmenge zu der in die Leitung 22 zu fördernden Menge wird vorzugsweise so gewählt, daß es gleich dem Druckanstiegsverhältnis des Kraftsstoffeinspritzventils 48 ist. Ist das Verhältnis der Querschnittsfläche des Servokolbens 66 zu der des Plungers 70 gleich 6:1, ist es wünschenswert, das Verhältnis der in die Leitung 16 zu fördernden Kraftstoffmenge zu der in die Leitung 22 zu fördernden Menge auf 6 ! 1 festzulegen. Im allgemeinen ist die Kraftstoffmenge, die von einer Plungerpumpe gefördert werden soll, eine Funktion der Rotation der Pumpe, wenn der Durchmesser, der Hub und die Anzahl der Plunger vorgegeben sind. Außerdem variiert die von der Kraftstoffeinspritzdüse 72 einzuspritzende Kraftstoffmenge je nach der Belastung des Motors, d.h. bei Teilbelastung oder voller Be-

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lastung, und zwar selbst dann, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors konstant ist.

Deshalb ist erfindungsgemäß in die Oberfläche des Plungers der Einspritzpumpe 10 eine schiefwinklige Passage eingeschnitten, so daß mit der Rotation des Plungers in Bezug auf dessen Zylinder Einstellungen der Kraftstoffeinspritzperiode und damit der von der Einspritzpumpe 10 gelieferten Kraftstoffmenge möglich sind. Die Maßnahme, eine Passage in die Oberfläche des Plungers zu schneiden, .um die geförderte Kraftstoffmenge zu regeln, ist in der jap. veröffentlichten Glbrauchsmusteranmeldung 50-54420 beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zahnstangenmechanismus als Mittel zur Plungerrotation verwendet. Auf der rechten Seite einer Zahnstange 96 ist eine Druckkammer 98 angeordnet, welche über eine Leitung 100 mit dem ersten Sammler 18 verbunden ist, wodurch ein Rückkuppelungskreis gebildet wird. Wenn der Motor 11 läuft, ist der Druck in dem Rückkuppelungskreis einschließlich des ersten Sammlers 18 niedriger als die Vorspannung der Feder 102, und deshalb wird die Zahnstange 96 nach rechts in der Zeichnung gedrängt, um der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 zu ermöglichen, eine maximale Kraftstoffmenge zu fördern. Unter Teilbelastungsbedingungen oder bei starkem Leerlauf wächst jedoch der Druck in dem Rückkuppelungskreis, der mit dem ersten Sammler 18 verbunden ist, oder der Druck in der Druckkammer 98 derart an, daß die Zahnstange 96 nach links in der Zeichnung entgegen der Vorspannung der Feder 102 bewegt wird. Eine axiale Bewegung der Zahnstange 96 wird in die Drehbewegung eines (nicht gezeigten) Zahnritzels übertragen so daß der Plunger gedreht und die Menge des von der Kraftstoffeinspritzpumpe 10 zu liefernden Kraftstoffs verringert wird.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsteuersystems wird nachstehend näher erläutert»

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Der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 2 wird durch die Niederdruckpumpe 6 in die von dem Motor 11 angetriebene Einspritzpumpe 10 gefördert. Ein Teil des Kraftstoffs wird durch die Einspritzpumpe 10 durch das Rückschlagventil 14 und die Leitung 16 in den ersten Sammler 18 abgegeben, während der Rest des Kraftstoffs durch die Pumpe über das Rückschlagventil 20 und die Leitung 22 in den zweiten Sammler 24 geschickt wird. Die durch die Leitung 16 fließende Flüssigkeit dient als Antriebsöl, welches den Servokolben 66 des Kraftstoffeinspritzventils 48 vorantreibt, während die durch die Leitung 22 strömende Flüssigkeit als der durch das Kraftstoffeinspritzventil 72 eingespritzte Kraftstoff verbraucht wird. Wenn der Motor in Betrieb ist, ist das Absperrventil 28 geöffnet, und dann wird das Antriebsöl in dem ersten Sammler 18 durch das Absperrventil 28 und die Leitung in die Eingangsöffnung 44 des von einem Solenoid betätigten Spulenventils 42 eingeführt.

Wenn das Solenoid 48 durch ein von der Steuereinheit 60 erzeugtes Steuersignal erregt wird, bewegt die elektromagnetische Kraft des Solenoids 58 die Spule 56 nach oben gegen die Vorspannung der Feder 64, wobei die Einlaßöffnung 44 mit der Auslaßöffnung 46 in Verbindung gebracht wird. Infolgedessen wird das Antriebsöl in die Servokolbenkammer 50 eingeführt und bewegt den Servokolben 66 abwärts.

Der Kraftstoff aus dem zweiten Sammler 24 wird über Leitung 74 in das von einem Solenoid betätigte Zumeßventil 76 eingeführt. Das Solenoid 80 des Zumeßventils 76 wird durch ein Steuersignal erregt , das von der Steuereinheit 82 erzeugt wird, und die elektromagnetische Kraft des Solenoids 80 läßt das Zumeßventil 76 gegen die Vorspannung der Feder 78 sich öffnen, so daß der Kraftstoff durch die Leitung 88 und das Rückschlagventil 90 in die Plungerkammer 68 des Kraftstoffeinspritzventils 48 eingeführt werden kann.

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Wenn das Druckanstiegsverhältnis des Kraftstoffeinspritzventils 48 oder das Verhältnis der Querschnittsfläche des Servokolbens 66 zu der des Plungers 70 bei,zum Beispiel,6 liegt, steigt der Druck des Kraftstoffs in der Plungerkammer 68 auf das 6-fache an, und er wird durch die Kraftstoffeinspritzdüse 72 eingespritzt. Zu den Eingangsdaten, die von dem Motor 11 an die Steuereinheiten 60 und 82 gegeben werden, gehören Auslösebeschleunigungsposition, Drehgeschwindigkeit des Motors, Förderdruck und Abgastemperatur. Diese Daten werden durch einen Mikrocomputer in den Steuereinheiten 60 und 82 gemäß vorher eingespeisten Programmen verarbeitet, und Impulse werden von dort über die Erreger 62 und 84 an die Solenoide 58 und 80 geschickt und erregen diesen, sodaß eine optimale Kraftstoffeinspritzung in Bezug auf Kraftstoffmenge und Einspritzgeschwindigkeit erzielt wird.

Da die Zumessung von Kraftstoff mittels des Zumeßventils 76 bewirkt werden kann, welches separat von dem Spulenventil 42 installiert ist, kann eine genaue Kraftstoffzumessung erreicht werden.

Das oben erwähnte Absperrventil 28 ist geschlossen, wenn der Schalter des Motors 11 abgeschaltet ist, so daß sein Solenoid stromlos gemacht ist und die Nadel 32 sich auf ihren Ventilsitz setzen kann, und es ist geöffnet, wenn der Motor eingeschaltet ist. Wenn kein Absperrventil 28 installiert ist^ fließt das Antriebsöl in dem ersten Sammler 18, sobald der Motor 11 angehalten wird, über die Leitung 40 in den Überlaufkanal 52, sodaß der Druck in der Leitung einschließlich des ersten Sammlers 18 abfällt.

Wenn der Leitungsdruck abgefallen ist, ist es während des Startens des Motors erforderlich, den Motor 11 anzuwerfen und die Einspritzpumpe 10 zu drehen, bis der Leitungsdruck auf einen vorbestimmten Wert angestiegen ist.

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Als Gegenmaßnahme hierzu ist erfindungsgemäß das Absperrventil 28 in der Leitung 40 installiert, um einen Druckabfall in der Leitung zu verhindern, wenn der Motor angehalten wird. Infolgedessen kann bei Betätigung des Motorschalters und durch öffnen des Absperrventils 28 der Servokolben 66 durch den Druck der in dem ersten Sammler 18 angesammelten Flüssigkeit mit sofortiger Wirkung betätigt werden, und eine normale Kraftstoffeinspritzung kann durch die Kraftstoffeinspritzdüse 72 selbst dann erfolgen, wenn die Motordrehzahl während des Startens niedrig ist und daher die Einspritzpumpe 10 keine ausreichende Menge an Antriebsöl liefern kann.

Außerdem kann erfindungsgemäß die Kraftstoffördermenge der Einspritzpumpe 10 durch die Ausbildung des Rückkopplungskreises in der Antriebsölleitung einschließlich des ersten Sammlers 18 eingestellt werden, und infolgedessen kann der Kraftstoffverbrauch bei starkem Leerlauf oder unter Teilbelastungsbedingungen erheblich verbessert werden.

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Claims

292H90 Patentansprüche; ί\ ΛKraftstoffeinspritzsteuerungssystem für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch

1) eine mit dem Motor verbundene und durch diesen angetriebene Einspritzpumpe, welche Förderkontrollvorrichtungen zur Regelung der Kraftstofförderung durch diese einschließt,und welche mit einem Kraftstoffvorrat verbunden ist;

2) einen ersten Sammler, welcher mit dieser Einspritzpumpe verbunden ist und deren Ausstoß aufnimmt;

3) ein von einem Solenoid betätigtes Spulenventil, welches mit diesem ersten Sammler verbunden ist;

4) ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem Kolben und einem Plunger und mit einer eingearbeiteten Kolbenkammer und Plungerkammer, wobei die Kolbenkammer mit diesem Spulenventil verbunden ist;

5) eine Kraftstoffeinspritzdüse, welche mit diesem Kraftstoffeinspritz ventil verbunden ist;

6) ein Absperrventil, welches zwischen diesem ersten Sammler und diesem Spulenventil angeordnet ist, und welches geschlossen ist, wenn der Motor nicht in Betrieb ist, und offen ist, wenn der Motor in Betrieb ist;

7) einen zweiten Sammler, welcher mit dieser Einspritzpumpe verbunden ist und deren Ausstoß aufnimmt;

8) ein von einem Solenoid betätigtes Zumeßventil, welches mit diesem zweiten Sammler verbunden ist und die Kraftstoffmenge bestimmt, die durch diese Kraftstoffeinspritzdüse eingespritzt wird, und welches mit der Plungerkammer dieses Kraftstoffeinspritzventils verbunden ist, und

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ORIGJNAL INSPECTED

9) Steuervorrichtungen, welche mit beiden Solenoiden dieses Spulenventils und dieses Zumeßventils verbunden sind, um deren Betrieb zu steuern, wobei diese Förderkontrollvorrichtungen mit diesem ersten Sammler verbunden sind und durch den Druck der Flüssigkeit aus diesem ersten Sammler angetrieben werden.

2. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses von einem Solenoid betätigte Spulenventil zwei Position einnehmen kann und daß die Kolbenkammer dieses Kraftstoffeinspritzventils mit einem Ablauf verbunden ist, wenn dieses Spulenventil in der ersten Position is^und die Kolbenkammer mit diesem ersten Sammler über ein Absperrventil verbunden ist, wenn dieses Spulenventil in seiner zweiten Position ist.

3. Kraftstoffeinspritzsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einspritzpumpe eine Plungerpumpe ist und diese Förderkontrollvorrichtungen einen Zahnstangenmechanismus aufweisen, in welchem die Zahnstange sich in axialer Richtung durch den Druck von Flüssigkeit aus diesem ersten Sammler bewegt, wobei sie die Förderleistung dieser Einspritzpumpe steuert.

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