DE3780691T2

DE3780691T2 - Methode und geraet zur regelung des kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der kraftstoffeinspritzmenge.

Info

Publication number: DE3780691T2
Application number: DE8787630069T
Authority: DE
Inventors: William W Kelly
Original assignee: Stanadyne Automotive Corp
Current assignee: Stanadyne Automotive Corp
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1993-03-04
Anticipated expiration: 2007-04-17
Also published as: EP0244340A2; US4757795A; JPS631746A; BR8701832A; JP2617716B2; EP0244340B1; IN171282B; DE3780691D1; EP0244340A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotorkraftstoffeinspritzsysteme des Typs mit einer Hubkolbenchargenpumpe zum periodischen Fördern von Chargen flüssigen Kraftstoffes unter hohem Druck zur Kraftstoffeinspritzung und bezieht sich insbesondere auf ein neues und verbessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge.
Die US-A-4 462 361 beschreibt ein solches Kraftstoffeinspritzsystem und bildet die Basis für den Oberbegriff der unabhängigen Verfahrens- und Vorrichtungsansprüche. In dieser Veröffentlichung wird der Einspritzzeitpunkt ebenfalls durch das Schließen der elektrischen Ventileinrichtung und so beeinflußt, daß der Einspritzzeitpunkt gemäß dem Ventilschließzeitpunkt geregelt wird.
Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, in einem Kraftstoffeinspritzsystem des beschriebenen Typs ein neues und verbessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung zu schaffen, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge in einem geschlossenen Regelkreis elektrisch zu regeln. Das neue und verbesserte Verfahren und die neue und verbesserte Vorrichtung können in verschiedenen Kraftstoffeinspritzsystemen des beschriebenen Typs benutzt werden, einschließlich denjenigen Systemen, in den eine Einheitseinspritzvorrichtung an jedem Zylinder des Motor benutzt wird, und denjenigen Systemen, bei denen eine Mehrzylinderkraftstoffeinspritzpumpe benutzt wird, um periodisch Chargen von unter Druck stehendem Brennstoff sequentiell zu zwei oder mehr als zwei Zylindern zu fördern.
Dieses Ziel wird durch die Merkmale der unabhängigen Verfahrens- und Vorrichtungsansprüche erreicht. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden in einem Kraftstoffeinspritzsystem des beschriebenen Typs ein neues und verbessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung geschaffen zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge durch Regeln des Öffnungs- und Schließzeitpunkts eines einzelnen Zweirichtungsdurchflußkraftstoffventils und darüber hinaus, bei Bedarf, durch Regeln der Hubzeitsteuerung der Chargenpumpe. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge mit einem elektrischen Regler geregelt, der einen Datenprozessor hat, welcher ein einzelnes elektromagnetisches Zweirichtungsdurchflußventil präzise erregt und entregt und die Chargenpumpenhubzeitsteuerung präzise einstellt, wenn sie einstellbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden in einem Kraftstoffeinspritzsystem des beschriebenen Typs ein neues und verbessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung geschaffen zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge durch Regeln sowohl der Menge des zu der Chargenpumpe geförderten Kraftstoffes als auch des Zeitpunkts der Überlaufbeendigung der Kraftstoffeinspritzung und außerdem, bei Bedarf, durch Regeln der Chargenpumpenhubzeitsteuerung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden in einem Kraftstoffeinspritzsystem des beschriebenen Typs ein neues und verbessertes elektrisches Regelverfahren und eine neue und verbesserte elektrische Regelvorrichtung geschaffen, bei denen ein einzelner Zeitpunktsensor als eine Regelkreisrückführung benutzt wird, um die präzise Regelung (a) des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, (b) der Kraftstoffeinspritzmenge und (c) der Chargenpumpenhubzeitsteuerung, falls einstellbar, zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden der präzise Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die präzise Kraftstoffeinspritzmenge und die präzise Chargenpumpenhubzeitsteuerung, falls einstellbar, gewährleistet durch Benutzen der Rückführung eines Pumpbeginn(SOP)-Zeitpunkt- Sensors. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die präzise Regelung gewährleistet durch Verwenden der Rückführung eines Chargenpumpenhubzeitsteuerungssensors. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei der die Chargenpumpenhubzeitsteuerung fest ist, wird ein Hubzeitsteuerungsreferenzwert (geeicht) anstelle eines Zeitsteuerungssensors benutzt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden in einem Kraftstoffeinspritzsystem des beschriebenen Typs ein neues und verbessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung geschaffen, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß irgendwelchen gewünschten Motorbetriebsparametern wie Motordrehzahl, Motortemperatur, Lastbedarf und Motorhöhe oder Ansaugleitungsdruck im vollen Stellbereich elektrisch zu regeln.
Weiter wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein neues und verbessertes elektrisches System geschaffen zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge, das im Betrieb zuverlässig ist, wirtschaftlich herstellbar ist und in einer Vielfalt von unterschiedlichen Kraftstoffeinspritzsystemen des beschriebenen Typs verwendbar ist.
Weiter wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem Kraftstoffeinspritzsystem des beschriebenen Typs eine neue und verbesserte Kraftstoffeinspritzpumpe vorgesehen, die einen kleinen Totraum hat und in der Lage ist, einen sehr hohen Kraftstoffeinspritzdruck von bis zu 82,74 · 106 Pa (12000 psi) oder mehr zu erzeugen, z. B. zum Bewirken einer direkten Kraftstoffeinspritzung im Falle eines Dieselmotors.
Andere Ziele liegen zum Teil auf der Hand und sind zum Teil im folgenden angegeben.
Ein besseres Verständnis der Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen erzielt, die schematische und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, teilweise weggebrochen und teilweise im Schnitt, eines Kraftstoffeinspritzsystems, das mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist, und zeigt darüber hinaus, teilweise mit unterbrochenen Linien, eine Modifikation des Kraftstoffeinspritzsystems;
Fig. 2 ist eine Diagrammdarstellung des Hubprofils einer Hubkolbenchargenpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems, die verschiedene Hubprofile mit ausgezogenen und unterbrochenen Linien zeigt;
Fig. 3 ist eine Diagrammdarstellung ähnlich der in Fig. 2, welche das Hubprofil mit ausgezogenen und unterbrochenen Linien bei zwei verschiedenen Hubzeitsteuerungseinstellungen zeigt;
Fig. 4 ist eine Diagrammdarstellung ähnlich denen in den Fig. 2 und 3, die darüber hinaus den Pumpbeginn(SOP)-Zeitpunkt, die Hubreferenzzeitsteuerung, die Ventilöffnungs- und -schließzeitsteuerung, die Ventilschließansprechzeitsteuerung und die Referenzzeitsteuerung des oberen Totpunkts (TDC) des Motors eines repräsentativen Betriebszyklus des Kraftstoffeinspritzsystems zeigt;
Fig. 5 ist eine schematische, teilweise weggebrochene Darstellung, welche einen Hubzeitsteuerungseinstellmechanismus der Chargenpumpe zeigt;
Fig. 6 ist eine teilweise weggebrochene und teilweise im Schnitt dargestellte Längsschnittansicht einer Kraftstoffeinspritzpumpe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine teilweise weggebrochene und teilweise im Schnitt dargestellte Teillängsschnittansicht einer modifizierten Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzpumpe nach Fig. 6;
Fig. 8 ist eine teilweise weggebrochene und teilweise im Schnitt dargestellte Querschnittansicht der Kraftstoffeinspritzpumpe nach Fig. 6;
Fig. 9 ist eine teilweise weggebrochene und teilweise im Schnitt dargestellte Teilansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Einheitseinspritzvorrichtungen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
die Fig. 10 und 11 sind Flußdiagramme von Darstellungssequenzen von Schritten, die durch einen Datenprozessor zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge sowie der Chargenpumpenhubzeitsteuerung, falls einstellbar, gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.

Beschreibung von schematisch dargestellten und bevorzugten Ausführungsformen

Es wird im Detail auf die Zeichnungen, in welchen dieselben Bezugszahlen benutzt werden, um dieselben oder gleiche Funktionsteile zu bezeichnen, und insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung ist besonders brauchbar bei einem Kraftstoffeinspritzsystem 8 des Typs, der eine Hubkolbenverdrängerchargenpumpe zum periodischen Fördern flüssigen Kraftstoffes oberhalb eines gewissen Hochdruckes zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 15 zum Einspritzen von Kraftstoff zur Verbrennung aufweist. Das Kraftstoffeinspritzsystem 8 hat einen geeigneten Verteiler 16, wo die Chargenpumpe 10 benutzt wird, um Kraftstoff sequentiell zu zwei oder mehr als zwei Düsen 15 zu fördern.
Zum Beispiel, die Chargenpumpe 10 kann eine Chargenpumpe mit umlaufendem Hocken der Bauart sein, wie sie in dem US- Patent 4 462 361 vom 31. Juli 1984 und dem Titel "Apparatus for Generating A Fuel Quantity Signal" beschrieben ist, oder eine Chargenpumpe mit umlaufendem Hocken der Bauart, wie sie in dem US-Patent 4 475 507 vom 9. Oktober 1984 und dem Titel "Fuel Injection Amount Control" beschrieben ist, oder eine Chargenpumpe mit nichtumlaufendem Hocken der Bauart, wie sie in dem US-Patent 4 476 837 vom 16. Oktober 1984 und dem Titel "Method And System For Fuel Injection Timing" beschrieben ist. Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im folgenden beschrieben sind, in Kraftstoffeinspritzsystemen vorgesehen werden, welche in einem Fall einen nichtumlaufenden betätigenden Hocken und in einem weiteren Fall eine Einheitseinspritzvorrichtung haben, ist demgemäß klar, daß die vorliegende Erfindung auch in anderen Arten von Kraftstoffeinspritzsystemen vorgesehen werden kann.
Gemäß den Fig. 1 und 2, auf die nun Bezug genommen wird, weist die dargestellte Chargempumpe 10 einen Pumpkolben 12 und einen betätigenden Hocken 14 zum Hin- und Herbewegen des Kolbens 12 auf. Der Hocken 14 hat einen Hockenbuckel 22 mit einer Saugrampe 23 und einer Pumprampe 24. Die Steigung der Pumprampe 24 in Kombination mit den Betriebsvariablen und -kenndaten des Systems einschließlich der Betriebskenndaten der Einspritzdüse 15 bestimmt das Zeit/Druck-Profil des Kraftstoffeinspritzereignisses. Die effektive Steigung der Pumprampe 24 kann über der Länge der Rampe 24 konstant ausgebildet werden (d. h. um eine konstante Kolbengeschwindigkeit bei jeder Pumpgeschwindigkeit zu erzeugen), wie es durch mit gerader ausgezogener Linie dargestellten Pumphub 25 in Fig. 2 gezeigt ist, so daß das Zeit/Druck-Profil des Kraftstoffeinspritzereignisses nicht von dem Rampenabschnitt abhängig ist, der während des Kraftstoffeinspritzereignisses aktiv ist. Außerdem, die Pumpsteigung kann über der Länge der Rampe verändert werden, wie es durch die mit konvexer unterbrochener Linie dargestellte Pumpsteigung 26 in Fig. 2 gezeigt ist, so daß das Zeit/Druck-Profil von dem aktiven Pumprampenabschnitt abhängig ist.
Es wird entweder ein Hub-Zeit- oder ein Druck-Zeit-Dosierprozeß benutzt, um die Kraftstoffmenge zu regeln, die der Chargenpumpe während ihres Saughubes zugeführt wird. Wenn ein Hub-Zeit-Dosierprozeß benutzt wird, hat die Saugrampe 23 eine relativ allmähliche Saugsteigung 27, welche gewährleistet, daß positiver Kraftstoffdruck in der Pumpkammer 42 der Chargenpumpe 10 während einer Anfangschargierphase des Saughubes aufrechterhalten wird. Aus diesem Grund ist die Saugrampe 23 so konturiert, daß sie eine relativ allmähliche Saugsteigung aufweist, die durch eine ausgezogene Linie in Fig. 2 gezeigt ist und wesentlich kleiner als die relativ steile Pumpsteigung ist. Wenn ein Druck-Zeit-Dosierprozeß benutzt wird, ist die Saugrampe 23 so konturiert, daß sich eine relativ steile Saugsteigung 28 ergibt, wie sie durch eine unterbrochene Linie in Fig. 2 gezeigt ist.
Ein elektromagnetisch betätigtes Zweirichtungsdurchflußsteuerventil 30 wird (entweder allein oder in Verbindung mit einem Hilfsventil 32, das mit Bezug auf Fig. 7 beschrieben wird) benutzt, um der Chargenpumpe 10 Kraftstoff während einer Anfangschargierphase ihres Saughubes zuzumessen und das Kraftstoffeinspritzereignis während des Pumphubs mittels Überlauf zu beendigen. Eine Versorgungspumpe 36 ist vorgesehen, um Kraftstoff mit einem relativ niedrigen Druck zuzuführen, der mit der Pumpengeschwindigkeit ansteigt (z. B. von 30 auf 100 psi) und durch einen geeigneten Druckregler 38 festgelegt wird. Der Kraftstoff mit Versorgungsdruck wird der Chargenpumpe 10 während ihres Saughubes präzise zugemessen durch präzises Regeln des Schließzeitpunkts des Steuerventils 30. Wenn ein Hub-Zeit- Einlaßzumeßprozeß benutzt wird, ist der Versorgungsdruck ausreichend, um die Chargenpumpe 10 während der Anfangschargierphase des Ansaughubs, während welcher das Steuerventil 30 offen ist, vollständig zu füllen. Wenn ein Druck-Zeit-Einlaßzumeßprozeß benutzt wird, wird die Chargenpumpe 10 während der Anfangschargierphase mit einer Kraftstoffmenge teilweise gefüllt, die durch den Druck- Zeit-Einlaßzumeßprozeß geregelt wird. Ein Ventilelektromagnet 40 wird erregt, um das Ventil 30 während des Saughubes zu schließen. Wegen des relativ niedrigen Versorgungsdruckes kann die Saugmenge durch präzise Erregung des Elektromagnets 40 präzise dosiert werden.
Das Steuerventil 30 bleibt während des übrigen Teils des Saughubes und während der anschließenden Anfangsphase des Pumphubes erregt (geschlossen), während welcher der Dampf- oder Kaviationsraum der Pumpkammer 42 zuerst eliminiert und dann eine Kraftstoffcharge mit einem Druck oberhalb eines gewissen hohen Druckes zur Brennstoffeinspritzung geliefert wird. Der Elektromagnet 40 wird vor dem Ende des Pumphubes entregt, um das Steuerventil 30 zu öffnen und die überschüssige Menge an Kraftstoff überlaufen zu lassen und dadurch die Kraftstoffeinspritzung zu beendigen. Während des vonstatten gehenden Pumphubes wird, nachdem das Steuerventil 30 geöffnet worden ist, Kraftstoff aus der Chargenpumpe 10 über das offene Ventil 30 in einen Sammler 44, der zwischen dem Steuerventil 30 und einem Einwegkugelrückschlagventil 46 angeordnet ist, ausgestoßen oder überlaufen gelassen. Daher ist die Menge an Kraftstoff, die der Chargenpumpe 10 während der Anfangschargierphase des Saughubes zugemessen wird, immer größer als die Menge an Kraftstoff, die durch die Chargenpumpe 10 zur Kraftstoffeinspritzung unter Druck gefördert wird.
Zur äußerst reaktionsfähigen Überlaufbeendigung der Kraftstoffeinspritzung hat das Steuerventil 30 ein schnelles Ansprechen in der Öffnungsrichtung. Aus diesem Grund wird das Ventil 30 elektromagnetisch geschlossen und hat eine geeignete Schraubendruckfeder 48, die die notwendige Öffnungskraft bereitstellt (z. B. 5-10 Pfund), welche in Kombination mit der hydraulischen Öffnungskraft an dem Ventilteil 50 das Ventil 30 schnell öffnet und für das gewünschte Überlaufbeendigungsansprechen sorgt, wenn der Elektromagnet 40 entregt wird. Das Steuerventil 30 hat eine schnelle, aber langsamere Schließreaktion aufgrund des langsameren Ansprechens des Ventilelektromagnets. Wenn der Elektromagnet 40 erregt wird, wird ein vergrößerter Weicheisenkopf 52 eines Elektromagnetankers 54 in Richtung zu der oberen benachbarten Endstirnseite des Elektromagnetstators 56 zurückgezogen. Der Elektromagnetanker 54 wird dadurch entgegen der Vorspannung der Ventilöffnungsfeder 48 axial verschoben. Der Elektromagnetanker 54 hat ein inneres konisches Ende 50, das ein angeformtes Ventilverschlußstück bildet, welches sich gegen eine entsprechend geformte konische Gegenbohrung oder einen Ventilsitz 58 legt, um das Ventil 30 zu schließen.
Während des übrigen Teils des Chargenpumpensaughubes nimmt, nachdem das Steuerventil 30 geschlossen ist, der Kraftstoffdruck innerhalb der Pumpkammer 42 bis zu dem Punkt ab, wo Kraftstoffverdampfung oder -kavitation erfolgt, deren Grad von der Pumpgeschwindigkeit und von dem benutzten Typ der Chargenpumpe 10 abhängig ist. Diese Kraftstoffverdampfung oder -kavitation kann unerwünschte Druckwellen während des Kraftstoffeinspritzereignisses verursachen, welche das Zeit/Druck-Profil des Kraftstoffeinspritzereignisses nachteilig beeinflussen. Deshalb wird, wenn diese Verdampfung oder Kavitation ein Problem ist, die Pumpkammer 42 von einer separaten Kavitationskammer 60 vorzugsweise isoliert, indem die Chargenpumpe 10 so modifiziert wird, wie es zum Teil mit unterbrochenen Linien in Fig. 1 gezeigt ist. In der modifizierten Version ist, statt daß eine direkte Leitung 61 von dem Steuerventil 30 aus benutzt wird, ein Isolierschieber oder -kolben 62 zwischen dem Steuerventil 30 und der Pumpkammer 42 angeordnet, und ein Einwegeinlaßrückschlagventil 64 wird benutzt, um der Pumpkammer 42 Kraftstoff zuzuführen. Während der Anfangschargierphase des Saughubes, wenn das Steuerventil 30 offen ist, wird Kraftstoff über das Steuerventil 30 nur der Rückseite des Isolierschiebers 62 zugeführt. Der Isolierschieber 62 hat eine starke Rückholfeder 66, die einen Druck in der Pumpkammer 42 erzeugt, welcher größer als der Druck ist, mit dem die Einlaßseite des Einwegeinlaßrückschlagventils 64 beaufschlagt wird. Demgemäß, während das Steuerventil 30 offen ist und sogar nachdem das Ventil 30 geschlossen ist, bleibt das Einwegrückschlagventil 64 geschlossen, und der Isolierschieber 62 liefert unter Druck stehenden Kraftstoff zu der Pumpkammer 42, bis der Schieber 62 seine ausgedehnte Grenzposition erreicht, die in Fig. 1 gezeigt ist. Anschließend wird Kraftstoff unter geringem Druck über das Einwegrückschlagventil 64 zu der Pumpkammer 42 geliefert, um die Pumpkammer 42 zu füllen und jedwede Krafststoffverdampfung oder -kavitation in der Pumpkammer 42 zu eliminieren. Nachdem das Steuerventil 30 geschlossen ist und während der vonstatten gehenden Verlagerung des Isolierschiebers 62 durch seine Rückholfeder 66 wird Kraftstoffverdampfung oder -kavitation in der Kraftstoffkavitationskammer 60 zwischen dem Isolierschieber 62 in dem geschlossenen Steuerventil 30 erfolgen. (Außerdem wird Kraftstoffverdampfung oder -kavitation in der Kraftstoffkavitationskammer 60 vor dem Ventilschließen erfolgen, wenn ein Druck-Zeit-Zumeßprozeß benutzt wird.) Während des anschließenden Pumphubs der Chargenpumpe wird der Isolierschieber 62 entgegen der Vorspannung seiner Rückholfeder 66 durch Kraftstoff hydraulisch zurückgezogen, welcher aus der Pumpkammer 42 geliefert wird, bis der Dampf- oder Kavitationsraum in der Kavitationskammer 60 eliminiert ist. Der Chargenpumpendruck steigt dann über einen gewissen hohen Druck an, um die Kraftstoffeinspritzdüse 15 zu öffnen. Somit regelt in dem modifizierten System das Steuerventil 30 die Menge an Kraftstoff, die der Chargenpumpe 10 während ihres Saughubes zugeführt wird, durch Regeln der Menge an Kraftstoff, die der Kavitationskammer 60 auf der Rückseite des Isolierschiebers 62 zugeführt wird.
Die Chargenpumpenhubzeitsteuerung kann einstellbar gemacht werden, wie es z. B. in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Dort wird die Chargenpumpenhubzeitsteuerung durch Winkeleinstellung des betätigenden Nockens 14 relativ zu seiner Antriebswelle 70 eingestellt, indem eine Büchse 72 axial eingestellt wird, die eine innere Keilnutverzahnung 74 hat, welche den Hocken 14 mit seiner Antriebswelle 70 kuppelt. Die Büchse 72 wird durch einen zwei Drehrichtungen aufweisenden Schrittmotor 76 über einen geeigneten hydraulischen Stellantrieb 78, wie er z. B. in dem oben erwähnten US-Patent 4 476 837 beschrieben ist, axial positioniert. Die Einstellung der Chargenpumpenhubzeitsteuerung ist in Fig. 3 graphisch dargestellt und gestattet, die Länge der Pumprampe zu reduzieren und/oder den aktiven Abschnitt der Pumprampe 24 zu wählen.
Gemäß Fig. 4, auf die nun Bezug genommen wird, liegen der Ventilschließzeitpunkt (VCS-T) und der Pumpbeginn (SOP)- Zeitpunkt im wesentlichen auf derselben Höhe auf den Saug- und Pumprampen 23, 24 des betätigenden Hockens 14 der Chargenpumpe, wenn ein Hub-Zeit-Einlaßzumeßprozeß benutzt wird. Wenn ein Druck-Zeit-Einlaßzumeßprozeß benutzt wird, haben der SOP-Zeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt (VCP-T) eine vorbestimmte (geeichte) Beziehung. Der tatsächliche Kraftstoffeinspritzzeitpunkt (d. h. der Beginn des Kraftstoffeinspritzereignisses) liegt etwas später als der SOP- Zeitpunkt, und zwar hauptsächlich wegen der Kompression des Kraftstoffes bei dem hohen Kraftstoffeinspritzdruck. Somit sind sowohl der SOP-Zeitpunkt als auch der tatsächliche Kraftstoffeinspritzzeitpunkt eine Funktion (a) der Chargenpumpenhubzeitsteuerung und (b) des Elektromagnetventilschließzeitpunkts (oder der Menge an Kraftstoff, die der Chargenpumpe während ihres Saughubes zugemessen wird). Für jede gegebene Chargenpumpenhubzeitsteuerung oder wenn die Chargenpumpenhubzeitsteuerung fest ist wird der SOP- oder Kraftstoffeinspritzzeitpunkt präzise geregelt, indem allein der Elektromagnetventilschließzeit punkt präzise geregelt wird. Wenn die Chargenpumpenhubzeitsteuerung fest ist, hat die Pumprampe 24 vorzugsweise eine konstante effektive Steigung, die ausreichend lang gemacht wird, um den gewünschten Bereich der Einspritzzeitsteuerung zu berücksichtigen. Zum Beispiel, ein fester Hocken würde eine Pumprampe 24 von 18 Grad haben, um einen Zeitsteuerungseinstellbereich von 10 Grad zu ergeben, und einen übrigen maximalen Pumpabschnitt von 8 Grad zum Einspritzen einer maximalen Kraftstoffmenge von 100 mm³.
Vorzugsweise ist ein geeigneter SOP-Zeitpunkt-Sensor 80 oder ein anderer Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Sensor zum Erzeugen eines Referenzzeitsteuersignals des tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkts vorgesehen zum Erzeugen einer Regelkreisrückführung, um mit einem Datenprozessor 82 eines elektrischen Reglers 84 den tatsächlichen SOP-Zeitpunkt und/oder den tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu bestimmen. In der dargestellten Ausführungsform ist ein SOP-Zeitpunkt-Sensor 80 an der Chargenpumpe 10 vorgesehen, um ein SOP-Zeitpunkt-Signal zu erzeugen, wenn der Pumpdruck einen vorbestimmten Wert (z. B. 1000 psi) erreicht. Ein anderer Typ von Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Sensor, z. B. ein Düsenventilhubsensor (nicht gezeigt), kann statt oder zusätzlich zu dem SOP-Zeitpunkt-Sensor 80 benutzt werden.
Die tatsächliche Chargenpumpenhubzeitsteuerung wird durch den Datenprozessor 82 (ungeachtet dessen, ob die Chargenpumpenhubzeitsteuerung fest oder einstellbar ist) aus dem Ventilschließzeitpunkt VCS-T oder VCP-T und den Zeitsteuersignalen, die durch den Zeitpunkt-Sensor 80 erzeugt werden, bestimmt. Die Chargenpumpenhubzeitsteuerung kann auf diese Weise bestimmt werden, weil es gemäß der Darstellung in Fig. 4 nur eine Hockenposition (d. h. Chargenpumpenhubzeitsteuerung) für jeden bestimmten Ventilschließzeitpunkt und nachfolgenden SOP-Zeitpunkt gibt. Aufgrund der Regelkreisrückführung, die durch den Zeitpunkt-Sensor 80 erfolgt, kann somit eine Pumprampe 24 mit veränderlicher Steigung benutzt werden, und die Chargenpumpenhubzeitsteuerung kann eingestellt werden, um irgendeine Pumpleistung zu benutzen, die durch die Rampe 24 vorgegeben wird. Zum Beispiel, der steilste Abschnitt der Pumprampe 24 wird bei niedriger Drehzahl benutzt (d. h. während des Anlassens und bei Leerlauf), um ein Kraftstoffeinspritzereignis mit dem gewünschten Zeit/Druck-Profil zu erzeugen.
Die Bestimmung des tatsächlichen Ventilschließzeitpunkts mittels Prozessor aus der Zeitsteuerung der Steuerventilerregung ist in vielen Konfigurationen akzeptabel (ungeachtet des Ventilschließintervalls), wo eine kleine Variation in der Ventilschließzeit keine nennenswerte Variation in der zugemessenen Einlaßmenge an Brennstoff verursachen wird. Wenn größere Genauigkeit beim Bestimmen des Ventilschließund/oder Ventilöffnungszeitpunkts verlangt wird, wird ein überlagertes Spannungssignal, das durch eine Änderung in der Geschwindigkeit des Ventilankers 54 induziert und erzeugt wird, wenn das Ventil 30 öffnet und schließt, benutzt, um den Ventilschließ- und/oder -öffnungszeitpunkt exakt zu bestimmen.
Der Datenprozessor 82 sorgt für präzises Erregen und Entregen des Elektromagnetventils 30 und für präzises Regeln der Chargenpumpenhubzeitsteuerung, wenn eine Chargenpumpenhubzeitsteuerungseinstellung vorgesehen ist. Geeignete Motorsensoren 91-95 werden benutzt, um die gewünschten Motordaten zu dem elektrischen Regler zu übertragen. Geeignete feste Daten in Form von Tabellen und Algorithmen sind in dem Datenprozessor 82 zum Betätigen des Steuerventils 82 und zum Einstellen der Chargenpumpenhubzeitsteuerung, sofern diese einstellbar ist, gemäß den Motordaten gespeichert. Die festen Daten einschließlich Hubprofildaten und Einspritzsysteminstallations- und -eichdaten ermöglichen dem Datenprozessor 82, aus den Motordaten zu bestimmen (a) den gewünschten Ventilschließzeitpunkt, um den gewünschten Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu erzielen, (b) die gewünschte Chargenpumpenhubzeitsteuerung, sofern einstellbar, um den gewünschten aktiven Abschnitt der Pumprampe 24 zu benutzten, und (c) den gewünschten Ventilöffnungszeitpunkt zum Einspritzen der gewünschten Kraftstoffmenge. Die Motorsensoren 91-95 umfassen z. B. (a) einen Kurbelwellenreferenzpositionssensor 94 zum Bestimmen der TDC-Zeitsteuerung jedes Motorzylinders, (b) einen Kühlmitteltemperatursensor 91, (c) einen Höhen- oder Ansaugleitungsdrucksensor 92 und (d) einen Lastbedarfssensor 93 (der z. B. durch ein Gaspedal im Falle eines Fahrzeuges betätigt wird). Der Kurbelwellenreferenzpositionssensor 94 ist mit einem Triggerrad 96 mit vier gleichwinkelig beabstandeten TDC-Triggerelementen oder -zähnen 97 gezeigt, wie es üblicherweise bei einem Achtzylindermotor benutzt wird. Die periodischen TDC-Referenzsignale, die durch den Kurbelwellenreferenzpositionssensor 94 erzeugt werden, können außerdem durch den elektrischen Regler benutzt werden, um die Motordrehzahl zu berechnen. Vorzugsweise wird jedoch ein Sensor 95 mit hoher Auflösung, der z. B. ein Triggerrad 96 mit 120 gleichwinkelig beabstandeten Triggerelementen oder -zähnen 97 hat, benutzt, um die Augenblicksmotordrehzahl mit größerer Genauigkeit zu berechnen. Außerdem kann der Hochauflösungssensor 95 benutzt werden, um den TDC- und/oder Hubreferenzzeitpunkt (je nachdem, ob die Hubzeitsteuerung einstellbar ist, und, wenn sie einstellbar ist, ob die Sensorzeitsteuerung mit der Hubzeitsteuerung eingestellt wird) mit dem Datenprozessor 82 zu bestimmen, indem eine Zahnlücke statt eines Zahns für jeden TDC-Referenzpunkt benutzt wird, wie es schematisch in Fig. 1 gezeigt ist. Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 4 liegt jeder TDC-Referenzpunkt vorzugsweise vor dem entsprechenden Hubreferenzpunkt, und beide Referenzpunkte liegen vorzugsweise etwa an dem Ende des Saughubes oder an dem Anfang des Pumphubes.
Der Sensor 95 wird außerdem benutzt, um den Drehwinkel der Chargenpumpe 10 zu messen, und zwar zur Messung des tatsächlichen Zeitsteuer- und Mengenwinkels TA und QA (Fig. 4) zur Zeitsteuerung der Erregung und Entregung des Steuerventils 30. Jedes Impulsinkrement des Sensors 95 wird zur größeren Meßgenauigkeit elektronisch in kleinere Winkelinkremente unterteilt.
Der SOP-Zeitpunkt-Sensor 80 vervollständigt, wie dargestellt, einen Regelkreis zur Prozessorbestimmung (a) des tatsächlichen SOP-Zeitpunkts und des tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkts (b) der tatsächlichen Chargenpumpenhubzeitsteuerung und (c) des aktiven Pumprampenabschnitts. Auf der Basis dieser Bestimmungen stellt der elektrische Regler 84 den Schließzeitpunkt des Steuerventils 30 und die Chargenpumpenhubzeitsteuerung, falls diese einstellbar ist, ein, um die gewünschten Werte zu erzielen. Die Menge an eingespritztem Kraftstoff wird durch Entregen des Elektromagnetventils 30 am Ende einer Erregungsperiode, die durch den Prozessor 82 präzise bestimmt wird, präzise geregelt. Diese Periode wird aus dem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Kontur des aktiven Pumpnockenabschnitts bestimmt. Somit erfolgt auch die Regelung der Brennstoffeinspritzmenge im geschlossenen Regelkreis mit Hilfe des einzelnen Zeitpunkt-Sensors 80.
Gemäß Fig. 4, auf die nun Bezug genommen wird, können von den drei Zeitsteuerreferenzpunkten (der SOP- oder ein anderer Kraftstoffeinspritzreferenzzeitpunkt, der Ventilschließzeitpunkt und die Chargenpumpenhubzeitsteuerung) zwei benutzt werden, um den dritten Referenzpunkt zu berechnen. Somit kann, wie dargestellt, die Chargenpumpenhubzeitsteuerung durch den Datenprozessor aus dem Ventilschließzeitpunkt und dem SOP-Zeitpunkt (oder einem anderen Kraftstoffeinspritzreferenzzeitpunkt) bestimmt werden. Außerdem kann der SOP-Zeitpunkt (oder ein anderer Kraftstoffeinspritzreferenzzeitpunkt) durch den Datenprozessor aus der Ventilschließzeit und der Chargenpumpenhubzeitsteuerung bestimmt werden. Oder aber, der Ventilschließzeitpunkt kann aus dem SOP-Zeitpunkt (oder einem anderen Kraftstoffeinspritzreferenzzeitpunkt) und der Chargenpumpenhubzeitsteuerung bestimmt werden. Wenn ein nichtumlaufender Betätigungsnocken 14 der Chargenpumpe benutzt wird (wie bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform), ist der Sensoraufnehmer 100 des Hochauflösungssensors 95 an dem Hocken 14 befestigt (wie es in Fig. 6 gezeigt ist). Wenn der Betätigungsnocken 14 nicht einstellbar ist, kann ein Nockenreferenzpunktwert oder -offset in den Datenprozessor 82 als ein festes geeichtes Eingangssignal eingegeben werden, statt daß ein Hubzeitsteuerungssensor vorgesehen wird. In diesem Fall kann der SOP-Zeitpunkt (oder ein anderer Kraftstoffeinspritzreferenzzeitpunkt) durch den Datenprozessor allein aus dem Ventilschließzeitpunkt und diesem festen geeichten Eingangssignal bestimmt werden. Nichtsdestoweniger wird in denjenigen Fällen, in denen ein SOP- oder ein anderer Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Sensor benutzt werden kann, um den tatsächlichen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt direkt zu bestimmen, das bevorzugt, um nachzuprüfen, daß der gewünschte Kraftstoffeinspritzzeitpunkt erzielt wird. Der tatsächliche Kraftstoffeinspritzzeitpunkt kann dann in Verbindung mit der Chargenpumpenhubzeitsteuerung benutzt werden, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen.
Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt wird mit dem zugeordneten Motor durch die TDC-Referenzsignale synchronisiert, die durch den TDC-Referenzzeitpunkt-Sensor 94 erzeugt werden.
Die Hubkolbenchargenpumpe 10, die mit Bezug auf die Fig. 1-5, 10 und 11 beschrieben wird, kann eine Chargenpumpe des in den Fig. 6 und 7 gezeigten Typs mit einem nichtumlaufenden Hocken sein. Diese Chargenpumpe 10 kann insgesamt der Chargenpumpe gleichen, die in dem US-Patent 4 476 837 beschrieben ist, sofern hier in der Beschreibung nichts anderes angegeben ist. Die Chargenpumpe 10 hat, kurz gesagt, einen Rotor 102 mit einer Antriebswelle 103 zum Kuppeln des Rotors 102 für den Antrieb durch einen zugeordneten Verbrennungsmotor. Die Chargenpumpe 10 hat zwei Pumpkolben 12, die in einer diametralen Bohrung eines Rotorkörpers 104 hin- und herbewegbar sind, um Kraftstoff aus einer Pumpkammer 42 zu pumpen, die zwischen den Pumpkolben 12 gebildet ist. Zwei Hockenabtaster oder Rollen 106 und Rollenschuhe 108 sind an dem Rotorkörper 104 in radialer Ausrichtung mit dem Kolben 12 befestigt. Ein innerer, nichtumlaufender Kurvenring 14, welcher den Rotorkörper 104 umschließt, ist durch die Rollen 106 erfaßbar, um die Kolben 12 während der Drehung des Rotors 102 periodisch gemeinsam nach innen zu bewegen. Der Kurvenring 14 kann entweder feststehend ausgebildet sein, um für eine feste Chargenpumpenhubzeitsteuerung zu sorgen, oder winkeleinstellbar sein, in welchem Fall seine Winkelposition durch einen hydraulischen Zeitsteuerkolben eingestellt wird, wie es mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben wird und in dem US-Patent 4 476 837 angegeben ist. Jeder der vier gleichwinkelig beabstandeten, identischen Steuerbuckel 22 des Kurvenringes 14 hat ein Profil, das Pump- und Saugrampen 23, 24 ergibt, wie es mit Bezug auf die Fig. 1-5 gezeigt und beschrieben worden ist.
Ein abgeglichenes pilzförmiges Ventil 110 ist innerhalb einer koaxialen Bohrung 112 in dem äußeren Ende des Rotorkörpers 104 befestigt. Die Kraftstoffversorgungspumpe 36 ist befestigt auf der und wird angetrieben durch die Pumpenantriebswelle 103 an dem anderen Ende der Kraftstoffeinspritzpumpe. Die Versorgungspumpe 36 liefert Brennstoff über einen geeigneten Brennstoffdurchlaß 116 zu einer Endkammer 118 an dem äußeren Ende des Rotorkörpers 104. Das pilzförmige Ventil 110 hat einen konischen Kopf 120, der mit einem inneren Rand eines konischen Ventilsitzes 122 an dem Ende der Ventilbefestigungsbohrung 112 in Anlage bringbar ist. Der Schaft 124 des pilzförmigen Ventils hat einen peripheren Ringraum 126 zum Verbinden der Endkammer 118 mit der Chargenpumpe 10, wenn das pilzförmige Ventil 110 offen ist. Wenn das pilzförmige Ventil 110 während jedes Saughubes der Chargenpumpe 10 offen ist, wird Kraftstoff unter niedrigem Druck von der Versorgungspumpe 36 aus über das pilzförmige Ventil 110 und diagonale Bohrungen 128, 129 in dem Rotorkörper 104 zu der Pumpkammer 42 gefördert. Wenn das pilzförmige Ventil 110 während des Pumphubes der Chargenpumpe 10 geschlossen ist, wird Kraftstoff unter hohem Druck über einen Verteilerdurchlaß, der durch die Diagonalbohrung 129 gebildet wird, gefördert. Der Verteilerdurchlaß 129 kommt sequentiell mit einer Vielzahl von gleichwinkelig beabstandeten Auslaßdurchlässen 130 (von denen nur zwei in Fig. 6 gezeigt sind) in Deckung, um Hochdruckchargen von Kraftstoff sequentiell den Kraftstoffeinspritzdüsen des zugeordneten Verbrennungsmotors zuzuführen. Der Hochdrucktotraum des Rotorkörpers 104, der durch die Diagonalbohrungen 128, 129 gebildet wird, wird auf einem Minimum gehalten, um das Einspritzen von Kraftstoff mit bis zu 12000 psi oder höher zu gestatten.
Eine Schraubendruckfeder 48 ist innerhalb einer axialen Bohrung in dem Schaft 124 des pilzförmigen Ventils befestigt, um das Ventil 110 schnell zu öffnen, wenn der Ventilbetätigungselektromagnet 40 entregt wird. Kraftstoff läuft dann aus der Chargenpumpe 10 über den peripheren Ringraum 126 in den Ventilschaft 124 und eine ringförmige, einen relativ großen Durchmesser aufweisende Ventilöffnung, die zwischen den konischen Oberflächen des Ventilkopfes 120 und des Ventilsitzes 122 gebildet ist, über. Dieser Ventildurchlaß sorgt für einen im wesentlichen unbehinderten Kraftstoffdurchfluß zum schnellen Beendigen des Kraftstoffeinspritzereignisses, wenn der Elektromagnet 40 entregt wird. Ein geeigneter Kraftstoffdurchlaß ist in dem Ventilkopf 120 vorgesehen, um das Ventil abzugleichen.
Ein Elektromagnetgehäuse 136 ist an dem äußeren Ende des Pumpengehäuses koaxial mit dem Rotorkörper 104 und mit dessen Anker 54 koaxial ausgerichtet und in Berührung mit der äußeren Stirnseite des pilzförmigen Ventils 110 befestigt. Das pilzförmige Ventil 110 und der Anker 54 sind dadurch verbunden, um sich bei Erregung und Entregung des Elektromagnets 40 gemeinsam axial zu verschieben. Der Anker 54 hat ein teilweise sphärisches Inneres Ende, welches die Ventilstirnfläche berührt, um eine Relativdrehung des pilzförmigen Ventils 110 und des Ankers zu gestatten. Das Steuerventil 30 wird, wie mit Bezug auf die Fig. 1-5, 10 und 11 beschrieben, präzise erregt, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt präzise zu regeln, und wird präzise entregt, um die eingespritzte Menge an Kraftstoff zu regeln.
In einer Modifikation der Pumpe, die in Fig. 7 gezeigt ist, ist ein Hilfseinlaßventil 32 vorgesehen zum Unterstützen des Steuerventils 30 bei der Zufuhr von Kraftstoff zu der Chargenpumpe 10 während des ersten Teils der Saughubchargierphase. Das gezeigte Hilfsventil 32 hat eine Einlaßöffnungsanordnung, wie sie in dem US-Patent 4 476 837 benutzt wird, denn das Hilfsventil 32 weist eine Ventilöffnung 140 in dem Rotorkörper 104 auf, welche sequentiell mit einer Vielzahl von gleichwinkelig beabstandeten Kraftstoffzufuhröffnungen 142 (von denen in Fig. 7 nur eine gezeigt ist) in Deckung gebracht wird. Kraftstoff wird dadurch über einen Einlaßdurchlaß 144 und ein Kugelrückschlagventil 146 in dem Rotorkörper 104 der Pumpkammer 42 zugeführt. Die Zufuhröffnungen 142 sind so angeordnet, daß Kraftstoff der Pumpkammer 42 nur während des ersten Teils der Einlaßhubchargierphase zugeführt wird, und die umlaufende Ventilöffnung 140 bewegt sich aus der Deckung mit jeder feststehenden Zufuhröffnung 142 heraus, bevor die Ventilschließzeitphase erreicht wird. Ein solches Hilfskraftstoffzufuhrsystem ist hauptsächlich bei hoher Geschwindigkeit (und deshalb dann, wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt vorverlegt ist) im Falle eines 6- oder 8-Zylindermotors von Nutzen, um zu gewährleisten, daß die gewünschte Menge an Kraftstoff der Chargenpumpe während des kurzen verfügbaren Intervalls zu geführt wird. Zum Beispiel schließt daher im Falle eines Achtzylindermotors, bei dem die Einlaßkraftstoffchargenmenge von 120 mm³ bis 200 mm³ reicht, das Hilfsventil 32 in dem 120 mm³-Punkt oder vor dem Erreichen desselben, und das Steuerventil 30 regelt präzise die Ansaugchargenmenge innerhalb dieses Bereiches. Es wird entweder ein Hub-Zeit- oder ein Druck-Zeit-Zumeßverfahren bei dem Steuerventil 30 benutzt, nachdem das Hilfsventil 32 geschlossen ist. Das Kugelrückschlagventil 146 wird benutzt, um den Totraum innerhalb des Rotors zu reduzieren und eine Kraftstoffleckage an der Ventilöffnung 140 während Hochdruckpumpens zu verhindern und dem Hilfsventil 32 zu gestatten, vor dem Ende des vorherigen Kraftstoffeinspritzereignisses zu öffnen.
In Fig. 6, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein SOP- Zeitpunkt-Sensor 80 in dem Pumpgehäuse befestigt gezeigt, um SOP-Signale zu erzeugen. Eine flache periphere Nut 150 und eine kurze radiale Bohrung 152 sind in dem Rotorkörper 104 zum Verbinden des SOP-Sensors 80 mit dem Verteilerdurchlaß 129 vorgesehen. Gemäß der Darstellung in den Fig. 6 und 8 ist außerdem ein Hubzeitpunkt-Sensor 95 vorgesehen. Der Aufnehmer 100 des Hubzeit-Sensors 95 ist an dem betätigenden Nocken 14 zur Zusammenwirkung mit einem Triggerrad 96, das durch den Rotorkörper 104 angetrieben wird, befestigt. Gemäß der Beschreibung mit Bezug auf Fig. 1 hat das Hochauflösungstriggerrad 96 eine Zahnlücke für jeden Chargenpumpenhubreferenzpunkt. Gemäß der Beschreibung mit Bezug auf die Fig. 1-5, 10 und 11 wird jeder Sensor 80, 95 benutzt, um ein Rückführungssignal zur präzisen Regelung des Steuerventils 30 und zur Einstellung des Nockens 14, wenn dieser einstellbar ist, zu liefern.
Gemäß Fig. 9, auf die nun Bezug genommen wird, kann die Hubkolbenchargenpumpe 10, die unter Bezugnahme auf die Fig.
1-5, 10 und 11 beschrieben worden ist, eine Einheitseinspritzvorrichtung 160 sein, die ein geeignetes Elektromagnetsteuerventil 30 hat. Ein Hub-Zeit-Einlaßzumeßprozeß wird vorzugsweise im Falle einer Einheitseinspritzvorrichtung benutzt, da er für eine sehr präzise Regelung des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts ohne Messung der Ventilschließansprechzeit sorgt. Das ist der Fall, weil die Einlaßzumeßgeschwindigkeit relativ niedrig ist und geringfügige Variationen in dem Ventilschließzeitpunkt die zugemessene Einlaßmenge nicht nennenswert nachteilig beeinflussen. Daher wird, wie mit Bezug auf die Fig. 1-5, 10 und 11 beschrieben, das Steuerventil 30 der Einheitseinspritzvorrichtung präzise erregt, um den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt präzise zu regeln, und präzise entregt, um die eingespritzte Kraftstoffmenge präzise zu regeln.
Exemplarische Flußdiagramme sind in den Fig. 10 und 11 gezeigt, um zu veranschaulichen, wie der Prozessor 82 den Ventilschließ- und -öffnungszeitpunkt und die Chargenpumpenhubzeitsteuerung, sofern einstellbar, regelt. Fig. 10 zeigt eine exemplarische Folge von Schritten, die durch den Prozessor 82 in einem System ausgeführt werden, in welchem ein SOP-Sensor 80 benutzt wird. Gemäß den Fig. 4 und 10, auf die Bezug genommen wird, besteht der erste Schritt 200 darin, in den in dem Prozessor 82 gespeicherten Tabellen den gewünschten Kraftstoffmengenwinkel QA (QA = QA1) und den gewünschten Zeitsteuerwinkel TA (TA = TA1 oder TA'1, je nach dem Typ des Einlaßzumeßprozesses, der benutzt wird) für die vorhandene Motordrehzahl und die laufenden Motordaten, welche durch die Sensoren 91-93 geliefert werden, aufzusuchen. In einem anschließenden adaptiven Schritt 202 wird der Zeitsteuerwinkel TA, der aus den Suchtabellen gewonnen worden ist, modifiziert, um die Winkelversetzung zwischen dem tatsächlichen SOP-Winkel SOPA (gemessen während des vorangehenden Kraftstoffeinspritzzyklus) und dem vorhergesagten SOP-Winkel SOPA, auf welchem der Suchzeitsteuerwinkel TA basiert, zu berücksichtigen. Es wird, wie es durch die Schritte 204 und 206 gezeigt ist, wenn das TDC-Referenzsignal erzeugt wird, der tatsächliche Zeitsteuerwinkel TA gemessen, bis er gleich dem modifizierten Aufsuchzeitsteuerwinkel TA ist. Während dieser Messung prüft der Prozessor 82 auf Empfang des SOP-Signals, wie es durch den Schritt 210 dargestellt ist. Wenn das SOP-Signal erzeugt wird, wird der tatsächliche SOP-Winkel SOPA gemessen (zur Verwendung beim Modifizieren des Aufsuchzeitsteuerwinkels TA in dem nachfolgenden Zyklus), wie es durch den Schritt 212 dargestellt ist. Außerdem wird, wie es durch den Schritt 214 dargestellt ist, der tatsächliche Mengenwinkel QA gemessen und mit dem Aufsuchmengenwinkel QA verglichen. Wenn der gemessene Mengenwinkel QA gleich dem Aufsuchmengenwinkel QA ist, wird das Elektromagnetventil 30 entregt, um das Kraftstoffeinspritzereignis zu beendigen. Anschließend wird das Elektromagnetventil 30 erneut erregt, wenn der gemessene Zeitsteuerwinkel TA gleich dem modifizierten Aufsuchzeitsteuerwinkel TA ist, wie es durch die Schritte 206 und 220 dargestellt ist. Wenn der Zeitsteuernocken 14 einstellbar ist, berechnet der Prozessor 82 die Ist- und Sollnockenpositionen und leitet die Nockenverstellung ein, um die Sollnockenposition zu erzielen, wie es durch Schritte 222, 224 und 226 dargestellt ist. Die maximale Nockenverstellung während jedes Kraftstoffeinspritzzyklus ist sehr klein und so, daß üblicherweise der Hocken während vielen Einspritzzyklen kontinuierlich eingestellt wird, um die Sollnockenposition zu erzielen.
Fig. 11 zeigt eine exemplarische Folge von Schritten, die durch den Prozessor 82 in einem System ausgeführt werden, das einen Hubzeitsteuersensor 95 (Fig. 6 und 8) oder eine feste Hubzeitsteuerung und einen festen Referenzwinkel (geeicht) anstelle eines Hubzeitsteuersensors 95 hat.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 4 und 11, auf die nun Bezug genommen wird, besteht der erste Schritt 250 darin, in den in dem Prozessor 82 gespeicherten Tabellen den gewünschten Kraftstoffmengenwinkel QA (QA = QA2) und den gewünschten Zeitsteuerwinkel TA (TA = TA2 oder TA' 2, je nach dem Typ des benutzten Einlaßzumeßprozesses) für die vorhandene Motordrehzahl und die laufenden Motordaten, welche durch die Motorsensoren 91-93 geliefert werden, aufzusuchen. In dem folgenden adaptiven Schritt 252 wird der Aufsuchzeitsteuerwinkel TA modifiziert, um die Winkelversetzung zwischen dem tatsächlichen Ventilansprechwinkel VRA (gemessen während des vorherigen Kraftstoffeinspritzzyklus) und dem vorhergesagten Ventilansprechwinkel VRA, auf dem der Aufsuchzeitsteuerwinkel TA basiert, zu berücksichtigen. Nachdem das TDC-Referenzsignal erzeugt worden ist, wird, wenn die Hubzeitsteuerung einstellbar ist, der tatsächliche Hubreferenzwinkel SRA gemessen, wie es durch Schritte 254, 256 dargestellt ist. Der modifizierte Zeitsteuerwinkel TA wird dann gemäß der Darstellung durch den adaptiven Schritten 258 korrigiert, um irgendeine Variation zwischen dem tatsächlichen Hubreferenzwinkel SRA (gemessen) (oder einem festen Referenzwinkel(geeicht), falls benutzt) und dem vorhergesagten Hubreferenzwinkel SRA, auf dem der Aufsuchzeitsteuerwinkel basierte, zu berücksichtigen. Gemäß der Darstellung durch den Schritt 260 wird der tatsächliche Zeitsteuerwinkel TA dann gemessen und mit dem korrigierten Zeitsteuerwinkel TA verglichen. Während dieser Messung vergleicht gemäß der Darstellung durch den Schritt 262 der Prozessor 82 den gemessenen Mengenwinkel QA mit dem Aufsuchmengenwinkel QA, und der Elektromagnet wird entregt, wenn sie gleich sind. Anschließend wird, wie es durch die Schritte 260 und 264 dargestellt ist, der Elektromagnet wieder erregt, wenn der gemessene Zeitsteuerwinkel TA gleich dem korrigierten Aufsuchzeitsteuerwinkel TA ist. Wenn der Zeitsteuernocken 14 einstellbar ist, dann berechnet der Prozessor 82 die Ist- und Sollnockenpositionen und leitet das Einstellen des Nockens 14 ein, um die Sollposition zu erzielen, wie in dem Flußdiagramm in Fig. 10. Darüber hinaus wird, wie es durch einen Schritt 268 dargestellt ist, der tatsächliche Ventilansprechwinkel VRA durch Messen des Winkels zwischen der tatsächlichen Ventilerregung und dem tatsächlichen Ventilschließen bestimmt.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge eines Verbrennungsmotorkraftstoffeinspritzsystems mit einer Chargenpumpe (10) mit einer hin- und hergehenden Pumpeinrichtung (12, 42, 104), die periodische Saug- und Druckhübe hat zum Empfangen einer Saugcharge Kraftstoff, die mit einem ersten, relativ niedrigen Druck zugeführt wird, und zum Fördern von Kraftstoff mit einem zweiten, relativ hohen Druck, der wesentlich höher als der erste Druck ist, zum Einspritzen einer Kraftstoffcharge und mit einer elektrischen Ventileinrichtung (30), die elektrisch betätigbar ist, um die Saugchargenmenge Kraftstoff zu regeln, die der Chargenpumpe (10) während jedes Saughubs zugeführt wird, gekennzeichnet durch den Schritt des Regelns des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts durch präzises elektrisches Schließen der elektrischen Ventileinrichtung (30), um die Zufuhr von Kraftstoff zu der Chargenpumpe (10) präzise zu beenden, während des Saughubes und durch den Schritt des Regelns der Kraftstoffeinspritzmenge durch präzises und aktives Steuern der Überlaufbeendigung des Förderns von Kraftstoff während jedes Druckhubs durch präzises elektrisches öffnen der elektrischen Ventileinrichtung (30) während des Druckhubs gemäß dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, der aus der Saugchargenmenge resultiert, die der Chargenpumpe (10) während des vorhergehenden Saughubs zugeführt wurde.

2. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 1, wobei das Regeln der Saugchargenmenge beinhaltet, wahlweise und während jedes Saughubs ein elektrisches Zweirichtungsdurchflußkraftstoffventil (30) präzise elektrisch zu schließen, um die Zufuhr von Kraftstoff zu der Chargenpumpe (10) während des Saughubs präzise zu beendigen, und wobei das Regeln der Kraftstoffeinspritzmenge beinhaltet, das elektrische Zweirichtungsdurchflußkraftstoffventil (30) präzise elektrisch zu öffnen durch aktives Steuern des Öffnens des Kraftstoffventils (30) während jedes Druckhubs, um die Hochdruckförderung von Kraftstoff während des Druckhubs präzise mittels Überlauf zu beendigen.

3. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 2, weiter beinhaltend den Schritt des Regelns der Hubzeitsteuerung der Saug- und Druckhübe der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) der Chargenpumpe (10).

4. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 3, weiter beinhaltend den Schritt des Erzeugens eines Referenzzeitsteuersignals der Hubzeitsteuerung der Chargenpumpe (10) und des Regelns des elektrischen Schließens des elektrischen Zweirichtungsdurchflußkraftstoffventils (30) gemäß der Zeitsteuerung der erzeugten Referenzsignale.

5. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch l, weiter beinhaltend den Schritt des Erzeugens eines Referenzzeitsteuersignals der Einspritzzeitsteuerung und des Regelns des elektrischen Schließens der elektrischen Ventileinrichtung (30) gemäß der Zeitsteuerung der erzeugten Referenzsignale.

6. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 3, weiter beinhaltend den Schritt des Erzeugens eines Referenzzeitsteuersignals der Einspritzzeitsteuerung und des Regelns sowohl des Schließens des Ventils (30) als auch der Hubzeitsteuerung der Chargenpumpe (10) gemäß der Zeitsteuerung der erzeugen Referenzsignale.

7. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 6, wobei die Überlaufbeendigung der Hochdruckförderung von Kraftstoff während jedes Druckhubs gemäß der Zeitsteuerung der erzeugten Referenzsignale geregelt wird.

8. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 2, wobei Kraftstoff der Chargenpumpe (10) während jedes Saughubs über das elektrische Zweirichtungsdurchflußkraftstoffventil (30) und über ein Hilfskraftstoffzufuhrventil (32) zugeführt wird, durch das die Kraftstoffzufuhr vor dem präzisen Schließen des elektrischen Zweirichtungsdurchflußkraftstoffventils (30) automatisch beendigt wird.

9. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der Kraftstoffeinspritzmenge nach Anspruch 1, wobei die Chargenpumpe (10) eine feste Chargenpumpenhubzeitsteuerung hat.

10. Verbrennungsmotorkraftstoffeinspritzsystem zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Chargenpumpe (10) mit einer hin- und hergehenden Pumpeinrichtung (12, 42, 104) und einer betätigenden Hockeneinrichtung (14), die periodische Saug- und Druckhübe der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) erzeugt, um periodisch eine Saugcharge Kraftstoff zu empfangen und Kraftstoff mit einem Druck über einem gewissen Hochdruck zum Einspritzen einer Kraftstoffcharge zu fördern, und mit einer Regeleinrichtung (30, 80, 84, 91-95) zum Regeln des Einspritzzeitpunkts und der Einspritzmenge jeder eingespritzten Kraftstoffcharge, mit einer elektrischen Ventileinrichtung (30), die wahlweise und während jedes Saughubs elektrisch geschlossen werden kann, um die Saugchargenmenge Kraftstoff, die der Chargenpumpe (10) während des Saughubs zugeführt wird, zu regeln, und mit einer Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) zum Regeln des elektrischen Schließens der Ventileinrichtung (30), um die Saugchargenmenge zu regeln, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ventileinrichtung (30) wahlweise und während jedes Druckhubs elektrisch geöffnet werden kann, um mittels Überlauf die Förderung von Kraftstoff während des Druckhubs zu beendigen, und daß die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) während jedes Saughubs das elektrische Schließen der Ventileinrichtung (30) aktiv steuert, um die Saugchargenmenge zu regeln und dadurch den Einspritzzeitpunkt zu regeln, und während jedes Druckhubs und gemäß dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, der aus der Saugchargenmenge resultiert, welche der Chargenpumpe (10) während des vorhergehenden Saughubs zugeführt worden ist, das elektrische öffnen der Ventileinrichtung (30) aktiv steuert, um mittels Überlauf die Förderung von Kraftstoff zu regeln und dadurch die eingespritzte Chargenmenge zu regeln.

11. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, wobei die Chargenpumpe (10) eine Chargenpumpenhubzeitsteuereinrichtung (70, 72, 74, 76, 78) aufweist, die einstellbar ist, um die Chargenpumpenhubzeitsteuerung der Saug- und Druckhübe der Pumpeinrichtung (12, 42 104) einzustellen, und wobei die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) während jedes Saughubs die Chargenpumpenhubzeitsteuereinrichtung (70, 72, 74, 76, 78) wahlweise einstellt und das Schließen der Ventileinrichtung (30) aktiv steuert, um die Saugchargenmenge zu regeln und dadurch den Einspritzzeitpunkt gemäß der Hubzeitsteuerung der Chargenpumpe (10) zu regeln.

12. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, wobei die elektrische Ventileinrichtung (30) ein Zweirichtungsdurchflußelektromagnetventil (30) ist und die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) das Elektromagnetventil (30) wahlweise erregt und entregt, um das Ventil (30) wahlweise zu öffnen und wahlweise zu schließen und die Saugchargenmenge zu regeln und dadurch den Einspritzzeitpunkt zu regeln und die Überlaufbeendigung der Förderung von Kraftstoff zu regeln und dadurch die eingespritzte Chargenmenge zu regeln.

13. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, wobei die Chargenpumpe (10) weiter ein Hilfsdreheinlaßventil (32) aufweist zur automatischen Zufuhr von Kraftstoff zu der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) während eines Anfangsteils jedes Saughubs vor dem Schließen des Elektromagnetventils (30) durch die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95).

14. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, wobei das Elektromagnetventil (30) elektromagnetisch geschlossen wird, wenn es erregt wird, und eine Öffnungsfeder (48) zum öffnen des Ventils (30), wenn es entregt wird, aufweist.

15. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) einen Einspritzzeitpunktsensor (80) aufweist, mittels welchem ein elektrisches Referenzeinspritzzeitpunktsignal erzeugbar ist, und einen elektrischen Regler (84), der einen Datenprozessor (82) hat, welcher so angeschlossen ist, daß er die erzeugten Referenzsignale empfängt, und weiter so angeschlossen ist, daß er das Elektromagnetventil (3º) erregt und entregt, um den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge gemäß den erzeugten Referenzsignalen präzise zu regeln.

16. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 15, wobei der Sensor (80) ein Pumpbeginn-Sensor ist.

17. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) einen Hubzeitsteuerung- Sensor (95) aufweist, mittels welchem ein elektrisches Referenzhubzeitsteuerungssignal erzeugbar ist, und einen elektrischen Regler (84), der einen Datenprozessor (82) hat, welcher so angeschlossen ist, daß er die erzeugten Referenzsignale empfängt und das Elektromagnetventil (30) erregt und entregt, um den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge gemäß den erzeugten Referenzsignalen präzise zu regeln.

18. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, wobei die Chargenpumpe (10) einen Kraftstoffdurchlaß (60) zwischen dem Elektromagnetventil (30) und der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) aufweist, einen Isolierschieber (62), der in dem Kraftstoffdurchlaß (60) zur Hin- und Herbewegung in eine und aus einer ausgedehnten Grenzposition befestigt ist, eine Einrichtung (66), die den Isolierschieber (62) in einer Richtung in seine ausgedehnte Grenzposition vorspannt, um Kraftstoff mit einem Druck über einen Tastendruck der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) während deren Saughubs zuzuführen, wobei die Chargenpumpe (10) so angeschlossen ist, daß sie den Isolierschieber (62) in der entgegengesetzten Richtung entgegen der Vorspanneinrichtung (66) mit durch die Chargenpumpe (10) während ihres Druckhubs geförderten Kraftstoffs hydraulisch betätigt, und eine Einwegventileinrichtung (64) zum Zuführen von Brennstoff mit einem zweiten Druck, der kleiner als der erste Druck ist, zu der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) während deren Saughubs, nachdem der Isolierschieber (62) seine ausgedehnte Grenzposition erreicht hat.

19. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, wobei die hin- und hergehende Pumpeinrichtung (12, 42, 104) einen Rotorkörper (104) aufweist, der mehrere sich radial erstreckende Bohrungen und einen hin- und hergehenden Pumpkolben (12) in jeder Bohrung hat, wobei der Rotorkörper (104) einen inneren Zweirichtungsdurchflußkanal (112, 128, 129) hat, der mit der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) verbunden ist, wobei das Elektromagnetventil (30) ein Zweirichtungsdurchflußventilteil (54 oder 110) aufweist, das in dem inneren Kanal (112, 128, 129) des Rotorkörpers (104) befestigt ist, und einen Elektromagnet (40) zum Betätigen des Zweirichtungsdurchflußventilteils (54 oder 110) zum öffnen und Schließen des Ventils (30), wobei die betätigende Hockeneinrichtung (14) ein ringförmiger Nocken (14) ist, der den Rotorkörper (104) umgibt, um die Pumpkolben (12) hin- und herzubewegen, wenn sich der Rotorkörper (104) dreht.

20. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 19, wobei die Chargenpumpe (10) weiter ein Hilfsdreheinlaßventil (32) aufweist zum automatischen Zuführen von Kraftstoff zu der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) während eines Anfangsteils jedes Saughubs vor dem Schließen des Elektromagnetventils (30) durch die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95), wobei das Hilfsventil (32) eine Ventilöffnung (140) in dem Rotorkörper (104), die mit der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) verbunden ist, und mehrere winkelmäßig beabstandete Kraftstoffzufuhröffnungen (142) aufweist, mit denen die Ventilöffnung (140) nacheinander in Deckung kommt, um während jeder Deckung Kraftstoff der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) während des Anfangsteils des Saughubs der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) zuzuführen.

21. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, wobei die Chargenpumpe (10) eine feste Chargenpumpenhubzeitsteuerung der Saug- und Druckhübe der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) hat und wobei die betätigende Hockeneinrichtung (14) eine Pumprampeneinrichtung (24) aufweist, die die periodischen Druckhübe der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) mit einer insgesamt konstanten effektiven Steigung bewirkt.

22. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, wobei die betätigende Hockeneinrichtung (14) eine Pumprampeneinrichtung (24) aufweist, die die periodischen Druckhübe der Pumpeinrichtung (12, 42, 104) mit einer variablen effektiven Steigung bewirkt.

23. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, wobei die betätigende Hockeneinrichtung (14) eine Saugrampeneinrichtung (23) mit einer relativ flachen Steigung aufweist und wobei die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) die Saugchargenmenge durch Hubzeiteinlaßdosierung regelt.

24. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 10, wobei die betätigende Hockeneinrichtung (14) eine Saugrampeneinrichtung (23) mit einer relativ steilen Steigung aufweist und wobei die Steuereinrichtung (80, 84, 91-95) die Saugchargenmenge durch Druckzeiteinlaßdosierung regelt.