DE4122346A1 - Hochdruck-kraftstoffeinspritzeinrichtung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine Leerlaufsteuervorrichtung für einen Dieselmotor mit Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung, insbesondere eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Steuerung der Leerlaufbedingungen in solchen Motoren.

Wie bekannt ist, verwendet der typische Dieselmotor die direkte Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder. In Verbindung mit herkömmlichen Dieselmotoren wird im Leerlauf der Kraftstoff für eine verhältnismäßig kurze Zeitdauer eingespritzt, wie z. B. 10° des Kurbelwinkels, und das Zündsystem muß auf einen sehr frühen Zeitpunkt festgelegt werden, um einen angemessenen Lauf des Motors zu erreichen. Im Ergebnis dessen treten Klopferscheinungen auf. Wenn andererseits die Einspritzung verzögert wird, um das Klopfen zu vermeiden, kann dies zu einer schlechten Effizienz der Verbrennung führen.

Wenn die Dauer der Kraftstoffeinspritzung verlängert werden kann, ist es möglich, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu überwinden. Dies kann sehr wirksam durch die Verwendung einer Kraftstoffeinspritzdüse vom Sammelkammertyp erfolgen. Wenn eine Kraftstoffeinspritzdüse vom Sammelkammertyp verwendet wird, kann die Dauer der Einspritzung selbst im Leerlauf ausgedehnt werden. Z. B. ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzung bei ungefähr 10° vor dem oberen Totpunkt zu beginnen und bei ca. 30° nach dem oberen Totpunkt zu beenden. Dies kann zu weitaus verbesserten Verbrennungsbedingungen ebenso führen wie zu einem verminderten Klopfen und einer verbesserten Verbrennungseffizienz. Es ist jedoch festgelegt worden, daß die Art, in der die Leerlaufdrehzahl gesteuert wird, sehr wichtig im Hinblick auf die Motorleistung sein kann.

Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Leerlaufsteuervorrichtung für Dieselmotoren mit Hochdruck- Kraftstoffeinspritzung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung anzugeben. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leerlaufeinspritzsteuerung für die Kraftstoffeinspritzung eines Dieselmotors anzugeben, durch die die Leerlaufdrehzahl durch ausgewählte Strategien gesteuert werden kann, um den Leerlaufzustand des Motors zu verbessern.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung für einen Dieselmotor mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung bzw. -düse vom Sammelkammertyp, um Kraftstoff in den Motor einzuspritzen. Eine Drucksteuereinrichtung steuert den Druck des Kraftstoffes, der zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gegeben wird und eine Einspritzdauer-Steuereinrichtung steuert den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzvorrichtung. Mittel sind vorgesehen, um die Motordrehzahl zu erfassen und andere Mittel sind vorgesehen, um zu erfassen, wenn der Motor im Leerlauf betrieben werden soll. Erfindungsgemäß wird eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl beibehalten, indem entweder die Drucksteuereinrichtung oder die Einspritzzeitdauer-Steuereinrichtung in ihrem Steuerverhalten konstant gehalten werden und die jeweils andere Steuereinrichtung verändert wird.

Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zum Steuern einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung für einen Dieselmotor vorgesehen, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem aufweist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Sammelkammertyp, eine Drucksteuereinrichtung zum Steuern des Druckes des Kraftstoffes, der an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gegeben wird, sowie eine Einspritzzeitdauer-Steuereinrichtung zum Steuern des Zeitpunktes der Einspritzung durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Mittel sind vorgesehen, um die Motordrehzahl zu erfassen und ebenfalls zu erfassen, wenn der Motor in einen Leerlaufzustand gebracht werden soll. Erfindungsgemäß wird eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl aufrechterhalten, indem entweder die Drucksteuereinrichtung oder die Einspritzzeitdauer-Steuereinrichtung in ihrer Steuerwirkung konstant gehalten und die jeweils andere Steuereinrichtung verändert wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugeinspritzsystemes für eine Brennkraftmaschine, das erfindungsgemäß betrieben wird, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung die das Steuersystem für das Kraftstoffeinspritzsystem zeigt,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch eine der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen des Einspritzsystemes,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der Kraftstoffeinspritz­ vorrichtung, gegenüber Fig. 3 um 90° gedreht,

Fig. 5 ein Diagramm, das eine der Steuerstrategien zur Beibehaltung des Leerlaufzustandes zeigt,

Fig. 6 ein Diagramm, das eine andere Steuerstrategie zur Beibehaltung des Leerlaufzustandes zeigt, und

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung (Teilschnitt) eines Kraftstoffdruckreglers, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann.

Bezug nehmend nunmehr im einzelnen auf die Zeichnungen und zuerst auf Fig. 1 ist in dieser ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung gezeigt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Einspritzsystem bzw. die Einspritzeinrichtung in Verbindung mit einem Vierzylinder- Zweitaktmotor vom Typ mit Kompression im Kurbelwellengehäuse verwendet, der als Dieselmotor ausgelegt ist und eine direkte Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung besitzt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch in Verbindung mit Motoren angewandt werden kann, die eine andere Anzahl von Zylindern aufweisen oder kann in Verbindung mit Rotationsmotoren sowie Motoren verwendet werden, die nicht auf dem Zweitaktprinzip beruhen, wie z. B. Viertaktmotoren. Bestimmte Einzelheiten der vorliegenden Erfindung können auch in Verbindung mit von Zündkerzen gezündeten Motoren verwendet werden, die Erfindung ist jedoch besonders nützlich in Verbindung mit Motoren, die auf dem Dieselprinzip arbeiten. Es wird davon ausgegangen, daß die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dem Fachmann weitere Hinweise darauf gibt, wie die Erfindung auch für andere Arten von Brennkraftmaschinen angepaßt und angewandt werden kann.

Der Motor ist in Fig. 1 schematisch durch das Feld 11 bezeichnet und enthält vier Kraftstoffeinspritzvorrichtungen vom Sammelkammertyp für eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung, jede mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet, wobei diese Einspritzdüsen bzw. Einspritzvorrichtungen näher unter Bezugsnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert werden.

Ein Kraftstoffzuführungssystem ist vorgesehen, um Kraftstoff zu den Einspritzvorrichtungen 12 von einem Kraftstofftank 13 aus zuzuführen. Dieses System enthält eine Pumpe 14, welches Kraftstoff aus dem Tank 13 durch einen Filter 15 saugt und ihn zu einem Regler 16 zur Druckeinstellung liefert. Der Druckregler 16 liefert den Kraftstoff anschließend an einen Druckvergleichmäßiger 17 sowie ein Verteilersystem zur Bereitstellung des Kraftstoffes an die einzelnen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bzw. Einspritzdüsen 12. Ein Sicherheitsventil 18 ist in dem Vergleichmäßiger 17 vorgesehen, um Kraftstoff zu dem Tank 13 für den Fall zurückzuführen, daß innerhalb des Systems etwaige Fehlfunktionen auftreten oder für den Fall, daß ein übermäßig hoher Kraftstoffdruck vorliegt.

Der Druckregler 16 für variablen Druck kann einen Aufbau besitzen, wie er in Fig. 7 dargestellt ist, und ist ein Druckregler, der so gesteuert werden kann, daß der regulierte Druck veränderlich ist und von dem aus der Kraftstoff an die Druckvergleichmäßigungseinrichtung 17 aus Gründen bereitgestellt wird, die nachfolgend noch erläutert werden.

Die Steuerung für die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bzw. Einspritzdüsen 12 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt und enthält eine Steuereinheit, die allgemein mit 19 bezeichnet ist und durch eine strichpunktierte Linie umgrenzt ist und die als Hauptelement eine Zentralprozessoreinheit (CPU) 21 enthält. Die CPU 21 nimmt Eingangssignale von einer Mehrzahl von Sensoren, die noch erläutert werden, über eine Schnittstelle 22 der Steuereinheit 19 auf. Die Sensoren, die in Fig. 2 innerhalb eines Sensorblocks, der mit 23 bezeichnet ist, schematisch dargestellt sind, geben Signale ab, die eine breite Verschiedenheit von Motorbetriebsparametern und -zuständen, Umgebungsbedingungen und Fahrzeugbedingungen angeben. Diesbezüglich ist deutlich, daß das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung hier für einen Motor 11 dargestellt und verwendet wird, zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges. Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf allen anderen Gebieten der Anwendungen von Brennkraftmaschinen verwandt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beinhalten die Sensoren Kurbelwinkelsensoren 24, die die Drehlage der Kurbelwelle für jeden oder eine ausgewählte Anzahl von Zylindern angeben, ein Motortemperatursensor, in diesem Fall ausgebildet als ein Kühlwassertemperatursensor 25, der die Kühlwassertemperatur des Flüssigkeitskühlsystems des Motors erfaßt, einen Drosselstellungssensor 26 sowie einen Motordrehzahlsensor 27. Ein Zündzeitpunktsensor 28 gibt durch die Steuerphase 22 ein Ausgangssignal an die CPU 21, welches den speziellen Motorzündzeitpunkt repräsentiert, welcher durch das Motorbetriebssystem für den speziell erfaßten Betriebszustand gewählt wird.

Ein Einlaßlufttemperatursensor 29 gibt ein Signal ab, das die Temperatur der Luft im Ansaugsystem repräsentiert. Wahlweise oder zusätzlich hierzu können auch Temperatursensoren für die Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft vorgesehen sein.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Motor 11 ein Motor vom Turboladertyp und daher auch mit einem Ladedrucksensor 31 versehen, der die CPU 21 mit einem Signal versorgt, welches den Ladedruck der Aufladung repräsentiert, mit der der Motor gespeist wird.

Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedenartigste Fahrzeugbetriebs- bzw. Fahrzeugzustandssensoren, die angewendet werden und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Neutralstellungs- oder Leerlaufsensor 32 vorgesehen, der erfaßt, wenn das Getriebe des zugehörigen Fahrzeuges sich in seiner Neutral- bzw. Leerlaufstellung befindet. Es können auch andere Fahrzeugsbetriebszustandssensoren vorgesehen sein, wie z. B. ein Sensor, der angibt, wenn die Kupplung des Fahrzeuges außer Eingriff gebracht worden ist.

Ein Kraftstoffdrucksensor, bezeichnet durch das Bezugszeichen 33, ist zur Erfassung des Kraftstoffdruckes vorgesehen. Dieser erfaßte Kraftstoffdruck kann der Druck sowohl stromauf der Pumpe 14 als auch stromab des Druckreglers 16 sein. Vorzugsweise erfaßt der Drucksensor 33 jedoch den Druck entweder an dem Druckvergleichmäßiger 17 oder erfaßt den Ausgangsdruck des Druckreglers 16 für einen veränderlichen Kraftstoffdruck.

Die Schnittstelle 22 erhält Energie von einer - nicht gezeigten - Batterie und diese Energiequelle enthält eine Spannungssteuerungsschaltung 34, die eine Konstantspannung an die verschiedenen Einrichtungen des Systems legt. Diese Konstantspannung wird an die Spannungssteuerschaltung 34 von der Schnittstelle 22 gelegt.

Die CPU 21 ist in einer nachfolgend noch erläuterten Weise programmiert, derart, daß sie den Zeitpunkt und die Dauer der aktiven Inbetriebnahme der Einspritzdüsen bzw. Einspritzvorrichtungen steuert und gibt aus diesem Grund ein Signal an die Einspritztreiberschaltung 35, welche die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen bzw. -einspritzdüsen 12 steuert, wobei dies unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 noch erläutert wird. Außerdem gibt die CPU 21 ein Steuersignal an einen Treiber 36, der den veränderlichen Druckregler 16 bestimmt, um so den Druck des Kraftstoffes festzulegen, der an die einzelnen Einspritzvorrichtungen bzw. Einspritzdüsen 12 gelegt wird. Durch Kombination der Drucksteuerung und der Steuerung für den Einspritzzeitpunkt und die Dauer der Einspritzung ist es möglich, die Drehzahl des Motors zu steuern und die gewünschte Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, während der Kraftstoffverbrauch, Kraftstoff- bzw. Abgasemissionen und andere Laufcharakteristika gesteuert werden, wie dies noch erläutert wird.

Die CPU 21 gibt auch ein Signal an eine Treiberschaltung 37, die das Sicherheitsventil 18 betätigt, um so den Druck in dem System abzulassen oder, alternativ hierzu, ihn auf einen Sicherheitswert zurückzuführen, für den Fall, daß das Vorliegen eines abnormalen Zustandes erfaßt wird.

Die Erläuterung der einzelnen Elemente in Form eines Blockschaltbildes wird als ausreichend für den Fachmann angesehen, um leicht einzelne Komponenten auszuwählen, die im Stand der Technik bekannt sind, um die Steuerung der Einspritzdüsen bzw. Einspritzvorrichtungen 12 in Übereinstimmung mit einem Steuerprogramm zu bewirken, das noch erläutert wird. Aus diesem Grunde wird daher eine weitere, detaillierte Erläuterung der einzelnen Komponenten des Einspritzsystemes nicht für erforderlich erachtet, um die Erfindung und ihre Wirkungsweise zu verstehen.

Der Aufbau einer typischen Art einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung bzw. Kraftstoffeinspritzdüse, die verwendet werden kann, um die Erfindung auszuführen, wird nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert, in denen nur eine der Einspritzvorrichtungen bzw. Einspritzdüsen 12 im Querschnitt gezeigt ist. Jede Einspritzdüse 12 besteht aus einer äußeren Gehäuseanordnung 42, die zur Montage am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 11 vorgesehen ist, mit einer Abgabeöffnung 43, die mit der Verbrennungskammer kommuniziert, um Kraftstoff in den Motor einzuspritzen. Anstelle der direkten Einspritzung in den Zylinder kann in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung auch ein Verteiler-Einspritzsystem verwendet werden, die Erfindung ist jedoch besonders nützlich für die direkte Einspritzung, z. B. bei Verwendung mit Hochleistungs- Dieselmotoren, die mit hohen Drehzahlen laufen.

Das äußere Gehäuse 42 besteht aus einem unteren Teil 44, das ein unteres Gewindeende 45 aufweist, welches vorgesehen ist, in eine geeignete Öffnung in dem Zylinderkopf des zugehörigen Motors 11 in bekannter Weise eingeschraubt zu werden. Die Abgabeöffnung 43 wird durch eine Spitze 46 gebildet, die einen Gewindeabschnitt 47 aufweist, der in einer Gewindebohrung 48 aufgenommen ist, welcher am unteren Ende des Gehäuseteils 44 ausgebildet ist.

Ein Einspritzventil 49 ist gleitbar innerhalb einer Bohrung 51 des Düsenteiles 46 gelagert und weist einen Abschnitt 52 von vermindertem Durchmesser auf sowie eine Strömungssteuerspitze 53, die in ihrer Schließstellung die Abgabe- oder Einspritzöffnung 43 verschließt. Der Ventilabschnitt 52 besitzt unterbrochene Erweiterungen bzw. Vergrößerungen, um gleitbar das Einspritzventil 49 der Bohrung 51 in bekannter Weise zu lagern.

Eine Sammelkammer 54 ist über der Bohrung 51 durch das Gehäuseteil 44 gebildet. Die Sammelkammer 54 ist an ihrem oberen Ende durch eine Verschlußplatte 55 verschlossen, die gegen eine Schulter in dem Gehäuseteil 44 durch ein zweites Gehäuseteil 56 gehalten ist. Das Gehäuseteil 56 besitzt einen Gewindeabschnitt 55, der in einer Gewindebohrung 58 des Gehäuseteiles 44 aufgenommen ist, um so die Verschlußplatte 55 in ihrer Lage zu halten und die Kammer 54 in einem abgedichteten Zustand zu halten, mit Ausnahme nachfolgend noch erläuterter Betriebsphasen. Außerhalb der Gewindeöffnung 58 ist das Gehäuseteil 44 mit einem Sechskantabschnitt 59 versehen, um sein Einsetzen in die Gewindebohrung des Zylinderkopfes zu erleichtern.

Das Gehäuseteil 56 ist mit einer Einlaßleitung 61 versehen, die einen Außengewindeabschnitt 60 aufweist, um so einen Einsatz zum Verbinden einer Zuführungsleitung, die sich von der Vergleichmäßigungseinrichtung 17 (in dien Fig. 3 und 4 nicht gezeigt) zu der Einlaßleitung 61 erstreckt.

Die Einlaßleitung 61 (Fig. 4), die im allgemeinen eine gebohrte Öffnung ist, wird durch einen weiteren gebohrten Kanal 62 geschnitten, der sich axial entlang des Gehäuseteiles 56 an einer Seite desselben erstreckt und der an seinem unteren Ende mit einer entsprechenden Umfangsnut 63, ausgebildet in der Oberseite eines zylindrischen Abschnittes 64 der Verschlußplatte 55, kommuniziert. Die Nut 62 wird von einer Mehrzahl von Bohrungen 65 geschnitten, die sich in die Sammelkammer 54 erstrecken, um unter Druck stehenden Kraftstoff in die Sammelkammer 54 zu führen.

Eine Steuerkammer 66 ist in der Verschlußplatte 55 durch eine Bohrung 67 gebildet, die sich durch das untere Ende der Verschlußplatte 55 hindurch öffnet. Das Einspritzventil 49 besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Betätigungsabschnitt 68, der innerhalb der Bohrung 67 gleitbar gelagert ist und der das untere Ende der Steuerkammer 66 verschließt. Eine Drosselstelle 69, festgelegt am Endabschnitt 68, verbindet einen Axialkanal 71 des Abschnittes 68 und radiale Öffnungen 72 mit der Sammelkammer 54. Die Steuerkammer 66 kommuniziert mit der Drosselstelle 69, um unter Druck stehenden Kraftstoff aufzunehmen und das Einspritzventil 49 normalerweise nach unten bzw. in seine Schließstellung vorzuspannen.

Eine Schraubendruckfeder 73 umgibt das Einspritzventil 49 und stützt sich gegen eine Halteplatte 74 an ihrem oberen Ende ab. Das untere Ende der Feder 73 ist im Eingriff mit einem tassenförmigen Halter 75, der in seiner Axiallage gegen eine Schulter gehalten wird, gebildet durch eine Erweiterung an dem Einspritzventil 49, um so dazu beizutragen, das Einspritzventil 49 in der Schließstellung zu halten, die in den Zeichnungen dargestellt ist.

Ein Steuerventil 46 ist innerhalb des oberen Endes der Verschlußplatte 55 gelagert und steuert die Öffnung eines Steuerventilanschlusses 77, ausgebildet im oberen Ende der Verschlußplatte 55, die mit der Steuerkammer 43 kommuniziert. Das Steuerventil 76 weist einen Kopfabschnitt auf, der auch als Ankerplatte wirksam ist. Das Steuerventil 76 ist in seine Schließstellung durch den Steuerventilanschluß 77 vorgespannt, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.

Wenn es geöffnet wird, gestattet das Steuerventil 76, daß Kraftstoff aus der Steuerkammer 66 in den Tank 13 durch einen Rückführkanal 78 zurückströmt, der sich axial durch das Ende des Gehäuseteiles 56 parallel zu dem Einlaßkanal 62 erstreckt. Der Rückführkanal 78 ist über einen Einsatz 79 mit einer Rückführleitung 80 verbunden. Der Kraftstoff kann durch geeignete innere Kanäle oder Spalte von dem Steuerventilanschluß 77 zu dem Rückführkanal 78 strömen, um diese Rückströmung zu gestatten, die in ihrem Volumen verhältnismäßig gering ist.

Das Steuerventil 46 wird durch eine Elektromagnetanordnung 81 geöffnet und geschlossen, um so die Einspritzung durch die Abgabeöffnung 43 zu steuern. Diese Elektromagnetanordnung 81 enthält ein im wesentlichen zylindrisches Joch 82, das eine Öffnung an einem unteren Endabschnitt mit vergrößertem Durchmesser besitzt, der auf einem Zylinderabschnitt der Verschlußplatte 55 aufgenommen ist, um so die Elektromagnetanordnung 81 in ihrer Lage festzulegen.

Die Elektromagnetanordnung 81 weist eine Magnetspule oder Magnetspulenwicklung 83 auf, die am unteren Ende eines Gehäuses oder Jochs 84 angeordnet ist, welches einen Anker umgibt und integral einstückig mit dem Joch 82 ausgebildet ist. Der Anker ist mit einer Bohrung versehen, in der gleitbar ein Kolbenschieber 85 des Steuerventiles 86 gelagert ist. Eine Blattfeder 86 wird durch das Joch 84 abgestützt und liegt gegen das obere Ende des Kolbenschiebers 85 an, um das Steuerventil 86 in seine Schließstellung vorzuspannen.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Joch 84 einen kleineren Durchmesser besitzt als die zugehörige Bohrung 87 des Gehäuseteils 56, um so einen Spalt zwischen diesen Teilen zu bilden, der als Kühlmantel rund um die Magnetspulenwicklung 83 wirksam ist.

Durch diesen Kühlmantel wird Kraftstoff von der Niederdruck-Förderpumpe 90 (in Fig. 1 nicht gezeigt) durch eine Leitung zirkuliert. Diese Leitung ist mit einem Einsatz 88 verbunden, der an dem Gehäuseteil 56 befestigt ist und ist kommunizierend mit einer Leitung 89 verbunden, die in diesem ausgebildet ist, um Kraftstoff zu diesem Kühlmantel zu liefern. Der Kraftstoff, der so zirkuliert wird, wird durch den Kanal 78 und den Einsatz 79 zurück geführt, der, worauf hingewiesen wurde, auch den Kraftstoff zurückführt, der von der Steuerkammer 66 abgelassen wird, wenn das Steuerventil 76 geöffnet wird.

Die Federspannung der Feder 86 wird durch einen festen Anschlagstift 91 eingestellt, der mit einem Ende der Blattfeder 86 in Eingriff ist, und zwar in Verbindung mit einem einstellbaren Anschlag 92, der in Eingriff mit dem anderen Ende ist. Der einstellbare Anschlag 92 besitzt einen Gewindeabschnitt 93, der in eine Kontermutteranordnung 94 eingeschraubt ist, um die Vorspannung auf die Feder 86 einzustellen.

Der Schaltkreis zum Anregen der Spule 83 der Elektromagnetanordnung 81 zum Öffnen des Steuerventiles 76 enthält ein Paar Anschlußklemmen 95, die sich durch das obere Ende des Gehäuseteiles 56 mit elektrischen Hülsenverbindern 96 erstrecken, die auf den Klemmen 95 in elektrischem Kontakt mit diesen zwischen einem jeweiligen Mutternpaar 97 gehalten sind, um so die Befestigung und Verbindung zu einer geeigneten Leitung einer Schaltung mit dem Treiber 96 herzustellen. Drähte 98 sind mit den Klemmen 91 verbunden, um den Anschluß der Wicklung 93 zu vervollständigen.

In den Figuren ist die Wicklung 83 im ausgeschalteten, nicht­ stromdurchflossenen Zustand gezeigt. Wenn die Wicklung 83 stromfrei ist, wird das Steuerventil 76 durch die Feder 86 in seiner Schließstellung gehalten, so daß die Sammelkammer 54 und die Steuerkammer 66 unter Druck stehen können.

Im geeigneten Moment, wenn die Kraftstoffeinspritzung beginnen soll, wobei dieser Zeitpunkt durch die noch erläuterte Steuerstrategie bestimmt wird, wird die Spule 83 angeregt. Hierdurch wird der Entlastungsventilanker 76 durch den Fluß im Anker der Magnetspule 81 nach oben angezogen, um so den Ventilabschnitt 85 aufwärts zu verlagern und das Steuerventil 76 entgegen der Wirkung der Feder 86 zu öffnen. Der Druck in der Steuerkammer 66 wird anschließend schnell entlastet und der höhere Kraftstoffdruck, der in der Sammelkammer 54 herrscht, drückt das Einspritzventil 49 nach oben und gestattet es, daß Kraftstoff aus der Abgabeöffnung 43 eingespritzt wird. Wenn der Kraftstoffdruck in der Sammelkammer 54 entlastet worden ist, bewegt die Feder 73 das Einspritzventil 49 in seine Schließstellung und der Kraftstoffdruck kann sich wieder in der Sammelkammer 54 aufbauen. Dieser Vorgang wird durch das Abschalten der Energiezufuhr zu der Wicklung 33 ausgelöst, um so das Steuerventil 76 zu schließen, so daß sich der Druck in der Steuerkammer 66 wieder aufbauen kann.

Die Steuerstrategie zur Betätigung der Einspritzdüsen bzw. Einspritzvorrichtungen 12 wird nunmehr, insbesondere unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6, erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß die beschriebene Steuerstrategie sich mit der Steuerung der Kraftstoffvorrichtungen bzw. Kraftstoffdüsen 12 beschäftigt, um die Leerlaufdrehzahl unter sich ändernden Bedingungen konstant oder auf einem gewünschten Wert zu halten. Die Strategie zur Kraftstoffsteuerung auf anderen Gebieten unabhängig von den Leerlaufbedingungen kann im übrigen den bekannten Techniken folgen.

Wie bereits festgestellt worden ist, wird bei herkömmlichen Dieselmotoren die Kraftstoffeinspritzung im Leerlauf mit verhältnismäßig kurzer Zeitdauer von ungefähr 10° Kurbelwinkel vorgenommen. Um eine gute Betriebsweise zu sichern, wird dieser Kraftstoff sehr früh vor dem Verbrennungszyklus eingespritzt und entsprechend besteht eine hohe Klopfneigung. Durch Verwenden des Kraftstoffeinspritzsystemes vom Sammelkammertyp ist es möglich, auch im Leerlauf und bei der Leerlaufdrehzahl den Kraftstoff über einen längeren Zeitraum einzuspritzen. Wegen dieser längeren Einspritzdauer ist es anschließend möglich, die Einspritzleistung speziell an den Leerlaufzustand oder die Leerlaufdrehzahl anzupassen, um die gewünschten optimalen Bedingungen zu erreichen. Z. B. wird bei einer Steuerstrategie, die zuerst beschrieben wird, die Kraftstoffmenge, die eingespritzt wird, um die Leerlaufdrehzahl zu halten, verändert, während die Einspritzzeit konstant gehalten wird. Mit solch einer Anordnung ist es möglich, niedrigere Verbrennungstemperaturen, geringeren Stickoxidausstoß, niedrigeren Verbrennungsdruck sowie geringeres Verbrennungsgeräusch und niedrigere Leerlaufdrehzahl zu erreichen. Bei einer anderen Art von Einspritzstrategie, die noch erläutert wird, ist es möglich, eine verbesserte Verbrennungseffizienz zu unterstützen, den Kraftstoffverbrauch zu verringern und die Kaltstarteigenschaften zu verbessern.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Kraftstoffmenge bzw. die Einspritzmengenleistung in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Diagramme der Fig. 5 und 6 zeigen die momentane Änderungsgeschwindigkeit bzw. Änderung der Einspritzmenge tq in bezug auf eine zeitliche Änderung bt. Die Kurve nach Fig. 5 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der Steuerstrategie bzw. des Steuerverfahrens zur Beibehaltung der Leerlaufdrehzahl. Eine normale Steuerkurve ist durch die Vollinie a angegeben. In bezug auf diese Kurve ist deutlich, daß die Dauer der Kraftstoffeinspritzung bzw. die Zeitpunkte t1 und t2 konstant gehalten sind, wobei die Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t₁ beginnt und zum Zeitpunkt t₂ abgeschlossen ist. Entsprechend dieser Steuerstrategie wird die Leerlaufdrehzahl durch Verändern des Kraftstoffdruckes beibehalten, der zu den Einspritzdüsen 12 zugeführt wird, wobei dies durch Veränderung des Druckes, der durch den variablen Druckregler 16 bereitgestellt wird, erfolgt. Wenn die Leerlaufdrehzahl zu niedrig ist, wird durch Erhöhen der Größe des Kraftstoffdruckes weiterer Kraftstoff zugeführt, um eine Einspritzkurve entsprechend der strichpunktierten Kurve a₁ zu erhalten. Wie ersichtlich ist, wird durch die Kurve a₁ eine größere Kraftstoffmenge durch Erhöhen des Druckes zugeführt, die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung jedoch nicht geändert. D. h. die Einspritzung beginnt zum Zeitpunkt t₁ und wird wiederum beendet zum Zeitpunkt t₂. Mit dieser Steuerstrategie wird der Zeitpunkt für das Öffnen des Einspritzventiles 53 auf den im Leerlauf maximal zulässigen Zeitpunkt festgelegt. Wenn die Leerlaufdrehzahl vermindert werden soll, um die vorgegebene Leerlaufdrehzahl beizubehalten, wird der Kraftstoffdruck vermindert, während die Einspritzdauer wiederum konstant gehalten wird.

Obwohl jeder Art von variablem Druckregler für die Steuerung des Kraftstoffdruckes verwendet werden kann, zeigt Fig. 7 einen Typ eines Druckreglers, der besonders vorteilhaft in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der Druckregler 16 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Druckregler vom Vorsteuer- oder Pilotbetätigungstyp und enthält ein Vorsteuerventil 101 (Pilotsteuerventil), das elektrisch betätigt wird und das durch den Treiber 36 unter der Steuerung durch die CPU 21 gesteuert wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kraftstoffdrucksensor 33 direkt in dem Regler 16 angeordnet und gibt, wie oben erwähnt, sein Signal an die CPU 21. Ein Haupt-Reglersteuerventil 102 wird durch einen Reglerkolben 103 betätigt, um den Kraftstoffdruck auf demjenigen zu halten, der durch die CPU 21 festgelegt und vorgegeben ist, wie dies üblicherweise bekannt ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Leerlaufzustand festgestellt wird, wenn der Drosselsensor 26 angibt, daß das Drosselventil oder Gaspedal sich in ihrer Leerlaufstellung befinden.

Die gerade erläuterte Steuerstrategie führt zu einer niedrigeren Verbrennungstemperatur, geringerem NO_X-Ausstoß, niedrigerem Verbrennungsdruck, niedrigerem Verbrennungsgeräusch und stabilisierter Leerlaufdrehzahl. Die andere erläuterte Steuerstrategie, die angewendet werden kann, ist in Fig. 6 dargestellt. Nach dieser Strategie wird der Kraftstoffdruck auf den höchstmöglichen Leerlaufzustand konstant gehalten und die Leerlaufdrehzahl wird beibehalten durch Verändern der Dauer der Kraftstoffeinspritzung. Überdies kann auch der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung verändert werden. Die Kurve b in Vollinien zeigt die normale Leerlaufkurve. Wenn jedoch die Leerlaufdrehzahl zu niedrig ist, wird anschließend die Kraftstoffmenge durch Veränderung der Dauer der Kraftstoffeinspritzung nach der Kurve b₁ verändert, die eine Anordnung zeigt, in der dies durch Vorverschieben des Beginns der Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t₁ auf den Zeitpunkt t₄ (Kurve b₁) erfolgt ist, wobei der Zeitpunkt der Beendigung der Kraftstoffeinspritzung t₂ unverändert geblieben ist. Durch diese Verfahrensweise wird eine erhöhte Effektivität der Verbrennung, geringerer Kraftstoffverbrauch und verbesserte Kaltstarteigenschaften erreicht. Daher wird die Kurve b₁ gewählt, wenn diese Bedingungen verbessert werden sollen.

Die Einspritzdauer kann auch durch Verwenden einer Kurve erhöht werden, wie sie durch die strichpunktierte Kurve b₂ in Fig. 6 dargestellt ist, wobei die Einspritzung zu dem normalen Zeitpunkt t₁ beginnt, jedoch das Ende des Einspritzvorganges auf den Zeitpunkt t₃ verzögert ist. Diese Art der Einspritzkurve ist vorteilhaft, wenn festgestellt wird, daß ein Klopfen oder ein Zustand vorliegt, bei dem starke Verbrennungsgeräusche auftreten und diese Erscheinungen verhindert werden sollen.

Aus den vorangegangenen Erläuterungen zum Aufbau und zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beibehaltung bzw. Konstanthaltung der gewünschten Leerlaufdrehzahl ist deutlich, daß diese sehr wirksam sind, dieses Ergebnis zu erreichen und auch die Leerlaufleistung individuell auf den gewünschten Betriebszustand, wie z. B. den Kaltstarteigenschaften oder dem Verhindern von Klopfen anzupassen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung zum Konstanthalten bzw. Beibehalten einer gewünschten Leerlaufdrehzahl eines Dieselmotors für hohe Leistungen mit hohen Drehzahlen mit Kraftstoffeinspritzung. Die Leerlaufdrehzahl wird beibehalten, indem entweder der Kraftstoffdruck, der an die Einspritzvorrichtungen gelegt wird, konstant gehalten wird und die Dauer der Kraftstoffeinspritzung verändert wird, oder indem die Dauer der Kraftstoffeinspritzung konstant gehalten wird und der Kraftstoffdruck in Abhängigkeit vom gewünschten Vertriebszustand verändert wird, um die gewünschte Motorleistung zu erhalten.

Claims (14)

1. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Sammelkammertyp zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor, einer Drucksteuereinrichtung zum Steuern des Druckes des Kraftstoffes, der zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung geführt wird, einer Steuereinrichtung für die Einspritzdauer zum Steuern der Zeitpunkte der Einspritzung der Einspritzvorrichtung, einer Einrichtung zum Erfassen der Motordrehzahl und eine Einrichtung zum Erfassen, wenn ein Leerlaufzustand des Motors vorliegt oder gewünscht wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl durch Halten der Drucksteuereinrichtung oder der Einspritzdauer-Steuereinrichtung auf einem konstanten Wert und Verändern der jeweils anderen der vorgenannten Steuereinrichtungen.

2. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung verändert wird, um die Leerlaufdrehzahl beizubehalten.

3. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung auf ihrem maximal zulässigen Wert für den Leerlaufzustand konstant gehalten wird.

4. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung konstant gehalten wird und die Einspritzzeitdauer-Steuereinrichtung verändert wird.

5. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung verändert wird.

6. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Kraftstoffeinspritzung verändert wird.

7. Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Kraftstoffeinspritzung verändert wird.

8. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Sammelkammertyp zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor, einer Drucksteuereinrichtung zum Steuern des Druckes des Kraftstoffes, der zu der Kraftstoffeinspritzvorrichtung geführt wird, einer Zeitdauer-Steuereinrichtung zum Steuern des Zeitpunktes der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einer Einrichtung zum Erfassen der Motordrehzahl und einer Einrichtung zum Erfassen, wenn der Motor in einen Leerlaufzustand gebracht wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte der Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl durch Halten entweder der Drucksteuereinrichtung oder der Einspritzdauer-Steuereinrichtung auf einem konstanten Wert und Verändern der jeweils anderen der vorgenannten Steuereinrichtungen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Drucksteuereinrichtung verändert wird, um die Leerlaufdrehzahl beizubehalten.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung auf ihrem maximal zulässigen Wert für den Leerlaufzustand konstant gehalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuereinrichtung konstant gehalten wird und die Einspritzungszeitdauer-Steuereinrichtung verändert wird.

12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der Kraftstoffeinspritzung verändert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Kraftstoffeinspritzung verändert wird.

14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Kraftstoffeinspritzung verändert wird.