DE4406695A1

DE4406695A1 - Flexible Einspritzraten ausbildende Einrichtung für ein hydraulisch betätigtes Treibstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE4406695A1
Application number: DE4406695A
Authority: DE
Inventors: Gregory G Hafner; Xiangying Liu
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1994-09-08
Also published as: US5492098A; GB2275739A; GB9402026D0; JPH06294362A; GB2275739B

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf hy draulisch betätigte Treibstoffeinspritzsysteme und genau er auf Einrichtungen, um die Treibstoffeinspritzungsver sorgungscharakteristiken solcher Systeme zu formen.

Hintergrund der Technik

Das Formen der Treibstoffeinspritzrate ist ein Verfahren, um den anfänglichen Teil der Treibstofflieferung maßzu schneidern, um den Betrag von Treibstoff, der während dem Zündungsverzögerungsteil oder -phase und dem Hauptein spritzteil eines Einspritzzyklus zur Verfügung gestellt wird, zu steuern.

Dieses Verfahren ändert bzw. modifiziert die Wärmefrei setzungscharakteristiken des Verbrennungsprozesses und ist günstig, eine niedrige Emission und Lärmpegel zu er reichen.

Einrichtungen, um die Rate für konventionelle mechanisch angetriebene Treibstoffsysteme zu bilden, können als eine von drei Typen klassifiziert werden: restriktive, retraktive oder mittels Überlaufsteuerung. Restriktive Einrichtungen verursachen einen Druckabfall des Ein spritztreibstoffs, was einen niedrigen Einspitzdruck zur Folge hat. Retraktive Einrichtungen speichern kurzzeitig Treibstoff während des Anfangsteils der Einspritzung, während Überlaufsteuereinrichtungen einen Teil des Treib stoffstroms überlaufen lassen bzw. verspritzen oder ab lassen aus dem Hochdrucktreibstoffeinspritzkreis oder -schaltung.

Bekannte Überlaufsteuereinrichtungen, die mit einem Treibstoffpumpendruckkolben (Plunger), der synchron mit der Drehung eines Motors hin und her bewegt wird, assozi iert sind, sind in der US-Anmeldung Nr. 356 818 von Links et al., veröffentlicht am 1. Juni 1943, US-Patent Nr. 2 547 174, ausgegeben an Rogers am 3. April 1951, US-Patent Nr. 3 792 692, ausgegeben an Kiley am 19. Februar 1974 und US-Patent Nr. 5 020 979, ausgegeben an Askew am 4. Ju ni 1991 beschrieben. In solchen Einrichtungen wird der Treibstoffstrom, der durch eine Treibstoffeinspritzdüse gesprüht wird, kurzzeitig unterbrochen oder reduziert, indem man einen Teil des Treibstoffs aus einer Hochdruck plungerkammer überlaufen läßt. Der Treibstoff läuft über, wenn eine gewisse Steuerkante oder Anschluß auf dem hin und her bewegbaren Plunger mit einer bestimmten Steuer kante oder Anschluß in einer stationären Zylinderbüchse oder Gehäuse, das den Plunger umgibt, in Verbindung steht.

Obwohl die allgemeinen Effekte auf das Formen der Rate gut bekannt sind, sind die Vorteile im Zusammenhang mit der gesamten Motorleistung nicht allgemein bekannt. Das beruht teilweise auf der Tatsache, daß mit einem mecha nisch angetriebenen Treibstoffpumpenplunger, die Raten bildenden Charakteristiken des Treibstoffsystems in dem Betriebsbereich beschränkt sind, d. h., sie hängen von der Motorbelastung und -geschwindigkeit ab. Ein Motor, der über einen großen Geschwindigkeitsbereich betrieben wird, wird ebenfalls die Geschwindigkeit des mechanisch angetriebenen Treibstoffpumpenplungers variieren. Folglich gibt es gewöhnlich nur eine zufriedenstellende Motorbetriebsbedingung, an der die ratenbildende Einrichtung zufriedenstellende oder optimale Vorteile vorsieht.

Das US-Patent Nr. 5 121 730, ausgegeben an Ausman et al. am 16. Juni 1992, zeigt ein hydraulisch betätigtes Treib stoffeinspritzsystem, in dem der Treibstoffpumpenplunger von jeder Einspritzvorrichtung hydraulisch betätigt wird oder angetrieben wird durch eine Quelle von unter Druck gesetztem Betätigungsströmungsmittel. Dieses System hat eine inhärente einspritzratenbildende Fähigkeit vergli chen mit der mechanisch betätigten Einspritzvorrichtung, die überhaupt keine ratenbildende Einrichtung besitzt. Es gibt jedoch Zeiten, in denen der Betrag der Einspritzra tenbildung, die in Ausman et al. vorgesehen wird, geringer als gewünscht ist.

Das US-Patent Nr. 4 878 471, ausgegeben an Fuchs am 7. November 1989, zeigt ein hydraulisch betätigtes Treib stoffeinspritzsystem, das eine einspritzraten-bildende Einrichtung besitzt. Diese einspritzratenbildende Einrichtung fügt eine Anzahl von Komponenten dem Basistreibstoffeinspritzsystem hinzu, was ungewünschter weise Komplexität und Kosten hinzufügt. Fuchs macht Strö mungsmitteldruckfeedback von der Hochdrucktreibstoffplun gerkammer erforderlich, um den Betrag von Betätigungs strömungsmitteldruck, der verfügbar ist, um den Plunger anzuheben, zu steuern. Fuchs benötigt ebenso ein Paar von Ventilen in der hydraulischen Steuereinheit, um den Strom des Betätigungsströmungsmittels zu steuern, welches be nutzt wird, um hydraulisch den Treibstoffpumpenplunger, der mit jeder Einspritzvorrichtung assoziiert ist, zu be tätigen. Fuchs benötigt ebenso eine Steuereinheit, die mit der Hochdrucktreibstoffeinspritzschaltung der Ein spritzvorrichtung assoziiert ist.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eins oder mehrere der oben genannten Probleme zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hy draulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Ein spritztreibstoffsystem, das für einen Motor geeignet ist, offenbart. Das System weist Mittel auf, um variabel eine kontinuierliche oder aufgespaltene Einspritzung während eines Treibstoffeinspritzzyklus unabhängig von der Motorgeschwindigkeit und Belastung vorzusehen.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Ein spritztreibstoffsystem, das für einen Motor geeignet ist, offenbart. Das System weist Mittel auf, um das Zeitinter vall zwischen einer anfänglichen Einspritzphase und einer Haupteinspritzphase eines Treibstoffeinspritzzyklus unab hängig von der Motorgeschwindigkeit und -belastung zu va riieren.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Ein spritztreibstoffsystem, das für einen Motor geeignet ist, offenbart. Das System schließt Mittel ein, um die anfäng liche Rate von Treibstoffeinspritzung während eines Ein spritzzyklus unabhängig von Motorgeschwindigkeiten oder -dreh zahlen und -belastung zu variieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein allgemeines Übersichtsschema eines hydrau lisch betätigten elektronisch gesteuerten Ein spritztreibstoffsystems für einen Motor, der eine Vielzahl der Einspritzvorrichtungen besitzt.

Fig. 2 ist eine isolierte und vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbei spiels der vorliegenden Erfindung, die an eine hy draulisch betätigte Einspritzvorrichtung 14, die in Fig. 1 gezeigt ist, angewandt wird.

Fig. 3 ist eine vergrößerte schematische Teilansicht der Plunger- und Zylinderbüchsenanordnung innerhalb der umkreisenden Linie 3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3.

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die aber ein zweites Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 6-6 der Fig. 5.

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu der Fig. 3, die aber ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die aber ein viertes Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung zeigt.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die aber ein fünftes Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung zeigt.

Fig. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, entlang der Schnittlinie 10-10 der Fig. 9.

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die eine erste Position des Plungers 60 während seines Pumphubs zeigt.

Fig. 12 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die eine zweite Position des Plungers 60 während seines Pumphubs zeigt.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht ähnlich zu Fig. 3, die einen dritte Position des Plungers 60 während seines Pumphubs zeigt.

Fig. 14 ist ein schematischer Graph, der vergleichende Er gebnisse von tatsächlichen Laborbanktests zeigt, die den Treibstoffeinspritzfluß (F) gegen die Zeit (T) (t) zeigt oder Motorkurbelwellengrade (theta) für eine hydraulisch betätigte Einspritzvorrich tung. Die Kurve F₁ zeigt die Leistung der Ein spritzvorrichtung ohne die vorliegende Erfindung und die Kurve F₂ zeigt die Leistung der Einspritz vorrichtung mit der vorliegenden Erfindung. Diese Tests wurden bei einer konstanten Motornennge schwindigkeit durchgeführt. Die gesamte Treib stoffversorgung pro Einspritzzyklus wurde ungefähr gleich gehalten in den beiden Kurven dieses Gra phen. Der Betätigungsströmungsmitteldruck wurde ebenfalls ungefähr gleich in den beiden Kurven ge halten.

Fig. 15 ist ein schematischer Graph ähnlich zu dem in Fig. 14, der aber die Ergebnisse von ähnlichen Tests, die bei einer konstanten Motorleerlaufgeschwindig keit durchgeführt wurden, zeigt. Die gesamte Treibstofflieferung pro Einspritzzyklus wurde un gefähr gleich für jede der beiden Kurven dieses Graphen gehalten. Außerdem ist der Betätigungs strömungsmitteldruck bei den beiden Kurven dieses Graphen unterschiedlich.

Beste Art, um die Erfindung auszuführen

In bezug auf Fig. 1, in der ähnliche Bezugszeichen ähnli che Elemente oder Merkmale in allen Fig. 2-13 bezeichnen, ist ein Ausführungsbeispiel eines hydraulisch betätigten und elektronisch gesteuerten Einspritztreibstoffsystems 10 (im folgenden als HEUI Treibstoffsystem bezeichnet).

Das exemplarische HEUI-Treibstoffsystem 10 ist in Fig. 1 gezeigt als geeignet für einen direkten Einspritzdiesel zyklusmotor mit interner Verbrennung. Während das Ausfüh rungsbeispiel von Fig. 1 sich auf einen Motor mit sechs in einer Reihe angeordneten Zylindern richtet, sollte verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls anwendbar auf andere Arten von Motoren ist, so wie zum Beispiel Motoren des V-förmigen Typs und ebenso rotierende Motoren und, daß der Motor weniger oder mehr als sechs Zylinder oder Verbrennungskammern enthalten darf.

In erneutem Bezug auf Fig. 1 gilt, daß das HEUI-Treib stoffsystem 10 ein oder mehrere hydraulisch betätigte elektronisch gesteuerte Einspritzvorrichtungen 14 aufweist, so wie zum Beispiel Einheitspumpen-Einspritz vorrichtungen, wobei jede mit einer jeweiligen Verbren nungskammer des Motors assoziiert ist. Das System 10 schließt weiter Vorrichtungen oder Mittel 16 ein, um hy draulische Betätigungsströmungsmittel an jede Einspritz vorrichtung 14 zu liefern, Vorrichtung oder Mittel 18, um Treibstoff an jede Einspritzvorrichtung 14 zu liefern und Vorrichtung oder Mittel 20, um elektronisch zumindest die Treibstoffeinspritzungsmenge zu steuern, das Einsprit zungstiming und/oder den Betätigungsströmungsmitteldruck des HEUI-Treibstoffsystems 10. Weitere Details des exem plarischen HEUI-Treibstoffsystems 10, die nicht disku tiert werden, sind in dem US-Patent Nr. 5 191 867, ausge geben an Glassey et al. am 9. März 1993, offenbart.

Die hydraulischen Betätigungsströmungsmittel liefern Mit tel 16, schließen vorzugsweise einen Betätigungsströ mungsmitteltank 22, eine Übertragungspumpe 24 für Betäti gungsströmungsmittel mit relativ niedrigem Druck, einen Betätigungsströmungsmittelkühler 26, einen oder mehrere Betätigungsströmungsmittelfilter 28, eine Quelle von Hochdruckbetätigungsströmungsmittel oder Mittel 30, um Betätigungsströmungsmittel unter Druck zu setzen, wie zum Beispiel eine Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 32, mindestens eine Sammelleitung (34) für Hochdruckbetä tigungsströmungsmittel, die in Strömungsmittelverbindung zwischen dem unter Druck setzenden Mittel 30 und jedem der Einspritzvorrichtungen 14 angeordnet ist und Vorrich tungen oder Mittel 36, um variabel die Größe des Druckes des Betätigungsströmungsmittel in der Sammelleitung 34 zu steuern.

Vorzugsweise ist die Pumpe 32 eine über ein Getriebe an getriebene axiale Kolbenpumpe mit fester Verdrängung und die Mittel 36 sind ein elektronisch gesteuertes propor tionales Drucksteuerventil 38 oder ein Schienendrucksteuerventil (im folgenden als RPCV = rail pressure control valve bezeichnet), das selektiv einen variablen Betrag von Betätigungsströmungsmittel aus der relativ hohen Druck liefernden Pumpe 32 zurück zu dem relativ niedrigen Druck aufweisenden Tank 22 umleitet. Alternativ kann die Pumpe 32 eine axiale Kolbenpumpe mit variabler Verdrän gung sein und das RPCV 38 eliminiert werden.

Vorzugsweise ist das Strömungsmittel, das für das Betäti gungsströmungsmittel ausgewählt wird, nicht Treibstoff, sondern eine relativ inkompressible Flüssigkeit, die eine relativ höhere Viskosität als Treibstoff unter denselben Bedingungen besitzt. Vorzugsweise ist das Betätigungs strömungsmittel Motorschmieröl und der Betätigungsströ mungsmitteltank 22 ist ein Motorschmieröltank. In einem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erhöht die Pumpe 32 den Betätigungsströmungsmitteldruckpegel von einem typischen Motorbetriebsmitteldruckpegel auf den Betätigungsdruckpe gel, der von den Einspritzvorrichtungen 14 benötigt wird. Das RPCV 38 wird elektronisch gesteuert durch die Mittel 20, um den Betätigungsströmungsmitteldruck, der effektiv von der Pumpe 32 an die Sammelleitung 34 zur Verfügung gestellt wird, zu steuern. Das RPCV 38 veranlaßt selektiv einen variablen Teil des Betätigungsströmungsmittels, der durch die Pumpe 32 unter Druck gesetzt wurde, um die Sam melleitung 34 zu umgehen und direkt zurück an den Tank 22 zurückzukehren.

Die Mittel 20, um elektronisch die Treibstoffein spritzmenge und das Einspritztiming und/oder den Betäti gungsströmungsmitteldruck des HEUI-Treibstoffsystems 10 zu steuern, ist vorzugsweise ein digitaler Mikroprozessor oder ein elektronisches Steuermodul 40, das im folgenden als das ECM bezeichnet wird.

Das ECM 40 enthält Software-Entscheidungslogik und Infor mation, die die optimalen Treibstoffsystembetriebsparame ter definieren und die Schlüsselkomponenten steuern. Ein oder mehr Fühlersignale (S₁-S₈), die die verschiedenen Motorparameter anzeigen, werden an das ECM 40 geliefert, um den laufenden Betriebszustand des Motors zu identifi zieren. Das ECM 40 benutzt diese Eingangssignale, um den Betrieb des Treibstoffsystems in Abhängigkeit von Treibstoffeinspritzmenge, Einspritztiming und Betäti gungsströmungsmitteldruck zu steuern.

Eine beispielhafte Software-Entscheidungslogik wird nun diskutiert werden, um die Größe des Betätigungsströmungs mittesdrucks zu bestimmen, der an die Einspritzvorrich tung 14 geliefert wird. Diese Logik benutzt vorzugsweise mindestens vier Eingaben: tatsächliche (Ist-)Motorge schwindigkeit, gewünschte (Soll-)Treibstoffmenge, tatsächlicher (Ist-)Betätigungsströmungsmitteldruck und Betätigungsströmungsmittelviskosität, die direkt oder in direkt abgefühlt werden können.

Vorzugsweise sind zumindest das tatsächliche Motorge schwindigkeitssignal, ein gewünschtes Treibstoffmengensi gnal und ein Betätigungsströmungsmittelviskositätssignal die Eingaben für eine Betätigungsströmungsmitteldruck abbildung und/oder Gleichung(en). Alternativ kann ein Lufteinlaßdrucksignal als Eingabe hinzugefügt werden. Auf Grundlage dieser drei oder mehr Eingabesignale wird ein gewünschtes Betätigungsströmungsmitteldrucksignal als ei ne Ausgabe oder Ausgangsgröße ausgewählt. Dieses gewünschte Betätigungsströmungsmitteldrucksignal wird dann mit einem tatsächlichen Betätigungsströmungsmittel drucksignal verglichen, um ein Betätigungsströmungsmit teldruckfehlersignal zu erzeugen. Dieses Betätigungsströ mungsmitteldruckfehlersignal und das gewünschte Betäti gungsströmungsmitteldrucksignal werden die Eingaben für eine Menge von mathematischen Gleichungen und/oder Abbil dungen, die der RPCV-Steueralgorithmus genannt werden, dessen Ausgabe ein gewünschter elektrischer Strom ist.

Der gewünschte elektrische (Soll-)Strom S₉ wird auf ein elektromagnetisches Ventil oder alternativ auf eine ande re Art von elektrisch betätigtem Ventil in dem RPCV 38 angelegt. Indem man den elektrischen Strom zum RPCV 38 ändert, kann der Betätigungsströmungsmitteldruck vergrö ßert oder verringert werden. Zum Beispiel ein Erhöhen des Stromes an dem RPCV 38 veranlaßt, das RPCV 38 das Betäti gungsströmungsmittel direkt auf den Tank 22 umzuleiten bei einem höheren Druck, wodurch der Betätigungs strömungsmitteldruck in der Sammelleitung 34 ansteigt. Verringern des Stromes an dem RPCV 38 veranlaßt das RPCV 38 mehr Betätigungsströmungsmittel an den Tank 22 bei niedrigem Druck umzuleiten, wodurch der Betätigungsströ mungsmitteldruck in der Sammelleitung 34 verringert wird. Dieser RPCV-Steueralgorithmus berechnet den elektrischen Strom für das RPCV 38, der benötigt werden würde, um den Betätigungsströmungsmitteldruck anzuheben oder zu senken, um ein Betätigungsströmungsmitteldruckfehler Null-Signal zu ergeben. Der sich ergebende Betätigungsströmungsmit teldruck in der Sammelleitung 34 wird benutzt, um hydrau lisch die Einspritzvorrichtung 14 zu betätigen. Vorzugs weise wird das Rohbetätigungsströmungsmitteldrucksignal, das in dem Hochdruckteil der Betätigungsmitteldruckschal tung, wie zum Beispiel in der Sammelleitung 34, gefühlt wird, durch konventionelle Mittel konditioniert, um Rau schen zu eliminieren und das Signal in eine Form umzuwandeln, die von dem ECM 40 benutzt werden kann.

In bezug auf Fig. 2 ist die Einspritzvorrichtung 14 vor zugsweise eine hydraulisch betätigte Einheitspum peneinspritzvorrichtung. Die Einspritzvorrichtung 14 weist im allgemeinen eine elektrische Betätigungs- und Steuerventilanordnung 42, einen Körper 44, eine Plunger- und (Zylinder)Büchsenanordnung 46 und eine Einspritzdü senanordnung 48, die ein bewegliches Strömungssteuerele ment 50 besitzen und eine oder mehrere Treibstoffsprühzu meßöffnungen 52 auf. Alternativ statt einer Einheitspum peneinspritzvorrichtung können ein oder mehrere der An ordnung 42, Anordnung 46 und/oder Anordnung 48 eine sepa rate entfernt beabstandete Komponente sein, die in benö tigter Weise in Strömungsmittelkommunikation angeordnet sind.

Die Betätigungs- und Ventilanordnung 42 dient als ein Mittel oder Einrichtung, um selektiv das unter relativ hohem Druck stehende Betätigungsströmungsmittel aus der Sammelleitung 34 mit der jeweiligen Einspritzvorrichtung 14, und zwar infolge des Empfangs eines elektrischen Steuersignals vom ECM 40, zu verbinden. Die Anordnung 42 weist eine elektrische Betätigungseinrichtung 54 und ein einzelnes Betätigungsströmungsmittelsteuerventil 56 auf. Zum Beispiel kann die Betätigungseinrichtung 54 ein An/Aus-Typ Elektromagnet und das Ventil 56 kann ein Sitz ventil, das mit einem bewegbaren Anker eines Elektroma gneten verbunden ist, sein.

Die Plunger- und Zylinderbüchsenanordnung 46 weist eine Zylinderbüchse 58, einen hin- und herbewegbaren Treib stoffpumpenplunger 60 und Überlaufsteuermittel (62) auf, um zeitweise oder kurzzeitig bzw. intermittierend Treibstoff überlaufen zu lassen während des Pumphubs des Plungers 60. Die Überlaufsteuermittel 62 lassen einen Teil des Treibstoffs, der in der Hochdrucktreibstoff schaltung der Einspritzvorrichtung 14 enthalten ist, zwi schen dem Plunger 60 und der Einspitzdüsenanordnung 48 überlaufen. Fig. 2 zeigt einen Betätigungsströmungsmit telkolben 64, der integral mit dem Plunger 60 verbunden ist. Alternativ kann der Kolben 64 eine separate bewegliche Komponente sein, die benachbart an dem Plunger 60 angeordnet ist, wie zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 5,121,730, ausgegeben an Ausman et al. am 16. Juni 1992, gezeigt ist. Vorzugsweise hat der Betätigungsströ mungsmittelkolben 64 einen größeren effektiven Durchmes ser als der Treibstoffpumpenplunger 60, um eine Druckin tensivierung des Treibstoffs in der Hochdrucktreibstoff pumpenkammer 66 und dem Rest der Hochdrucktreibstoff schaltung, die an die Sprühzumeßöffnungen 52 führt, zu bewirken. Alternativ können die effektiven Durchmesser des Kolbens, 64 und des Plungers 60 gleich sein.

Vorzugsweise lassen die Überlaufsteuermittel 62 zeitweise oder kurzzeitig bzw. intermittierend einen Teil des Treibstoffs von der Hochdruckpumpenkammer 66, die durch den Plunger und eine Zylinderbüchsenbohrung definiert wird, überlaufen, während jedem nach unten gerichteten oder Pumphubs des Plungers 60. Verschiedene Ausführungs beispiele der Überlaufsteuersmittel 62 werden jetzt dis kutiert werden. Die in den Fig. 2-8 gezeigten Ausfüh rungsbeispiele sind anwendbar sowohl für einen frei dreh baren Treibstoffpumpenplunger 60 als auch einem nicht drehbaren Treibstoffpumpenplunger. Das Ausführungsbei spiel, das in Fig. 9-10 gezeigt wird, ist nur für einen nicht drehbaren Treibstoffpumpenplunger anwendbar oder für einen mit einer gesteuerten bzw. kontrollierten Dre hung.

In bezug auf die Fig. 2-4 gilt, daß ein erstes Ausfüh rungsbeispiel der Überlaufsteuermittel 62 gezeigt wird. Die Überlaufsteuermittel 62 schließen mindestens einen Überlaufanschluß 68 ein, der in der Zylinderbüchse 58 und den Überlaufdurchlaßmitteln 70, die in dem beweglichen Plunger 60 definiert sind, um kurzzeitig bzw. intermit tierend einen Teil des Treibstoffs von der Pumpenkammer 66 mit dem Überlaufanschluß 68 während des Pumphubs des Plungers 60 zu verbinden. Der Überlaufanschluß 68 schneidet die Bohrung der Zylinderbüchse 58, in der sich der Plunger 60 hin und her bewegt. Der Überlaufanschluß 68 steht ebenfalls mit einem relativ niedrigen Druck treibstoffschaltkreis der Treibstoffliefermittel 18 in Verbindung. Vorzugsweise hat der Überlaufanschluß 68 der Zylinderbüchse 58 eine rechteckigen Querschnittsfläche, und ist so angeordnet, daß die längsten Seiten des Recht ecks senkrecht auf der Hin- und Herbewegung des Plungers 60 angeordnet sind. Diese Orientierung stellt sicher, daß der Überlaufanschluß 68 schnell durch die Überlaufdurch laßmittel 70 des beweglichen Plungers 60 während einer solchen intermittierenden Verbindung geöffnet bzw. nicht bedeckt wird. Alternativ kann der Überlaufanschluß 68 ei ne von verschiedenen anderen Querschnittsformen sein, wie zum Beispiel einer kreisförmigen.

Im ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2-4 weisen die Überlaufdurchlaßmittel 70 eine oder mehrere interne axiale Durchlässe 72, die in dem Plunger 60 definiert sind, und eine äußere umlaufende Nut oder einen ringför migen Schlitz 74, der den Plunger 60 umgibt und der vor zugsweise allgemein von zylindrischer Gestalt ist, auf. Die Nut 74 ist beabstandet von der Vorderkante des Plun gers 60, der der Treibstoffpumpenkammer gegenüberliegt bzw. zu ihr hinweist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die Durchlässe 72 vorzugsweise gleichmäßig beabstandet von einander, um einen imaginären Kreis, der auf einem be stimmten Radius von der zentralen Achse des Plungers 60 liegt. Die Durchlässe 72 sind in kontinuierlicher bzw. ständiger Strömungsmittelverbindung zwischen der Treib stoffpumpenkammer 66 und der umlaufenden Nut 74 angeord net. Die umlaufende Nut 74 ist derart angeordnet und be messen, um in ständiger Strömungsmittelverbindung mit je dem der Durchlässe 72 zu sein. Vorzugsweise schneidet die Nut 74 zumindest teilweise alle Durchlässe 72. Die Nut 74 ist ebenfalls angeordnet, um in intermittierender Strömungsmittelverbindung mit dem Überlaufanschluß 68 der Zylinderbüchse 58 während eines Pumphubs des Plungers 60 zu sein.

Der axiale Abstand zwischen der oberen Kante (d. h. am weitesten von der Treibstoffpumpenkammer 66) des Über laufanschlusses 68 und der Vorderkante (d. h. am nächsten an der Treibstoffpumpenkammer 66) der umlaufenden Nut 74 hilft, die Anfangsrate der Treibstoffeinspritzung während eines Einspritzzyklus zu steuern. Durch Änderung dieser Geometrie des Plungers und der Zylinderbüchse kann die Menge des Treibstoffs, der während der anfänglichen Ein spritzphase oder -teils des Einspritzzyklus eingespritzt wird, variiert werden.

In bezug auf die Fig. 5-6 ist ein zweites Ausführungsbei spiel eines Überlaufsteuermittels 62′ gezeigt. Die Über laufsteuermittel 62′ weisen mindestens einen Über laufanschluß 68 ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2-4 auf. Jedoch in dem zweiten Ausführungsbei spiel weisen die Überlaufdurchlaßmittel 70′ einen einzelnen internen axialen Durchlaß 72′, der mittig in dem Plunger 60′ definiert ist, ein oder mehrere sich ra dial erstreckende Durchlässe 76 und eine äußere umlau fende Nut oder Schlitz 74, der beabstandet von der Vor derkante des Plungers 60′ ist, der der Treibstoffpumpen kammer 66 gegenüberliegt bzw. zu ihr hinweist, auf. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist der Durchlaß 72′ in ständiger bzw. kontinuierlicher Strömungsmittelverbindung zwischen der Treibstoffpumpenkammer 66 und den radialen Durchläs sen 76 angeordnet. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, sind alle radialen Durchlässe 76 in ständiger Strömungsmittelver bindung mit dem Durchlaß 72′ angeordnet durch einen Schnitt damit und sind vorzugsweise im gleichen Abstand voneinander angeordnet. Die umlaufende Nut 74 ist derart angeordnet und bemessen, um in ständiger bzw. kontinuier licher Strömungsmittelverbindung mit jedem der radialen Durchlässe 76 durch einen Schnitt damit zu sein. Die Nut 74 ist ebenfalls angeordnet, um in kurzzeitiger intermit tierender Strömungsmittelverbindung mit dem Überlaufan schluß 68 der Zylinderbüchse 58 während des Pumphubs des Plungers 60′ zu sein.

In bezug auf Fig. 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Überlaufsteuermittel 62′′ gezeigt. Die Überlaufsteuer mittel 62′′ sind ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2-4 mit der Ausnahme, daß die Überlaufdurchlaß mittel 70′′ weiter eine andere umlaufende Nut 78 aufwei sen, die zwischen der ersten Nut 74 und der Vorderkante des Plungers 60′′ angeordnet ist. Die Nut 78 ist angeord net, um die Treibstoffpumpenkammer 66 mit der Überlaufan schluß 68 zu verbinden, wenn der Plunger 60′′ vollständig zurückgezogen ist oder seinen Pumphub, wie in Fig. 7 ge zeigt ist, beginnt. Die Nut 78 soll die Notwendigkeit der axialen Position des beweglichen Plungers 60′ relativ zum Überlaufanschluß 68 der Zylinderbüchse 58 während der Montage zu steuern, eliminieren. Keine Treibstoff einspritzung geschieht bis die Oberseite oder hintere Kante der Nut 78 die untere Kante (d. h. dicht an der Treibstoffpumpenkammer 66) des Überlaufanschlusses 68 kreuzt. Anders ausgedrückt, tritt keine Treibstoffein spritzung auf, bis die Unterseite oder die vordere Kante (in bezug auf die Treibstoffpumpenkammer 66) des zweiten Stegs des Plungers 60′′, die untere Kante (d. h. dicht be nachbart an die Treibstoffpumpenkammer 66) des Überlauf anschlusses 68 kreuzt. Nachdem dies geschieht, beginnen die Überlaufsteuermittel 62′′ ähnlich zu dem Ausführungs beispiel der Fig. 2 zu arbeiten.

In Fig. 8 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der Über laufsteuermittel 62′′′ gezeigt. Die Überlaufsteuermittel 62′′′ sind ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2-4 mit der Ausnahme, daß die Überlaufdurchlaßmittel 70′′′ weiter eine relativ große Abschrägung 80 an der Vor derkante des Plungers 60′′′, die der Treibstoffpumpenkam mer 66 gegenüberliegt bzw. hinweist, aufweisen. Die Ab schrägung 80 ist angeordnet, um die Treibstoffpumpenkam mer 66 mit dem Überlaufanschluß 68 zu verbinden, wenn der Plunger 60′′′ vollständig zurückgezogen ist oder seinen Pumphub, wie in Fig. 8 gezeigt, beginnt. Man beabsichtigt mit der Abschrägung 80 erneut die Notwendigkeit zu elimi nieren, die Stellung des Plungers relativ zu dem Überlaufanschluß 68 der Zylinderbüchse 58 während der Montage zu steuern. Keine Treibstoffeinspritzung tritt auf, bis die untere oder Vorderkante des ersten Steges (d. h. am nächsten an der Treibstoffkammer 66) des Plun gers 60′′ die untere Kante des Überlaufanschlusses 68 kreuzt. Nachdem dies geschieht, beginnen die Überlauf steuermittel 62′′′ ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zu arbeiten.

In den Fig. 9-10 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Überlaufsteuermittel 62′′′ gezeigt. Die Überlaufsteuermit tel 62′′′′ weisen mindestens einen Überlaufanschluß 68 und eine umlaufende Nut 74 ähnlich zu dem ersten Ausführungs beispiel der Fig. 2-4 auf. Jedoch weisen in dem fünften Ausführungsbeispiel die Überlaufdurchlaßmittel 70′′′′ min destens einen äußeren peripheren axialen Schlitz oder Nut 82 auf, und zwar beabstandet von Überlaufanschluß 68 und angeordnet, um sie zu schneiden oder in ständiger Strömungsmittelverbindung zwischen der Treibstoffpumpen kammer 66 und der umlaufenden Nut 74 zu sein. Alternativ kann das Ausführungsbeispiel der Fig. 9-10 eine andere umlaufende Nut 78 oder Abschrägung 80 ähnlich zum dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 7) bzw. vierten Ausführungsbei spiel (Fig. 8) haben.

In jedem der obigen Ausführungsbeispiele dienen die Über laufsteuermittel 62, die mit der Zylinderbüchse 58 und dem hydraulisch betätigten Treibstoffpumpenplunger 60 as soziiert sind, die elektronischen Steuermittel 20 und die Betätigungsströmungsmitteldrucksteuermittel 36 kollektiv als flexible Mittel 84 (Fig. 1), um variabel die Treibstoffeinspritzrate (d. h. den Treibstoffein spritzstrom abhängig vom Zeitprofil) eines Einspritzzy klus zu steuern.

Industrielle Anwendbarkeit

In bezug auf Fig. 1 gilt, daß die Betätigungsströmungs mittelschaltung 16 aus einem niedrigen Druckabschnitt und einem Hochdruckabschnitt besteht. Die Niedrigdruckschal tung kann zum Beispiel einen Druck von ungefähr 0,3 MPa (44 psi) betrieben werden. Seine Funktion ist es, gefil tertes Betätigungsströmungsmittel zur Verfügung zu stel len, vorzugsweise in der Form von Schmieröl an die Hoch druckbetätigungsströmungsmittelpumpe 32 genau so wie an das Schmierölsystem des Motors 12. Die Übertragungspumpe 24 zieht Öl von dem Motoröltank 22 und liefert es durch den Ölkühler 26 und Filter 28 an sowohl dem Motor 12 und der Hochdruckbetätigungsströmungsmittelpumpe 32.

Die Hochdruckbetätigungsströmungsmittelschaltung liefert Betätigungsströmungsmittel an die Einspritzvorrichtung 14 und wird in einem Druckbereich, zum Beispiel von ungefähr 4 bis 23 MPa (ungefähr 580 bis 3300 psi) betrieben. Die ses Hochdruckbetätigungsströmungsmittel fließt durch Lei tungen in die Sammelleitung 34, die in der Nähe der Ein spritzvorrichtungen 14 angeordnet sind. Die Sammelleitung 34 speichert das Betätigungsströmungsmittel bei einem va riablen Betätigungsdruck, bereit für den Einspritzbe trieb. Vorzugsweise wird Betätigungsströmungsmittel aus der Einspritzvorrichtung 14 unter der Motorventilab deckung (nicht gezeigt) entladen, so daß keine Rücklei tungen erforderlich sind.

Das ECM 40 steuert variabel den Druck in der Hochdruckbe tätigungsströmungsmittelschaltung 16 und steuert so va riabel den Druck des Treibstoffs, der durch die Ein spritzvorrichtung 14 abhängig von der Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit eingespritzt wurde. Betriebsabbildungen und/oder mathematische Gleichungen, die in dem program mierbaren ECM-Speicher gespeichert sind, identifizieren den optimalen Betätigungsströmungsmitteldruck in der Sam melleitung oder Schiene 34 für optimale Motorleistung.

Viele Designkonzepte wurden untersucht, um eine flexible Treibstoffeinspritzratenformvorrichtung zu identifizie ren, die zufriedenstellend in einem großen Bereich von Motorgeschwindigkeit und Belastungsbedingungen betrieben werden kann. Einrichtungen mit variabler Restriktion wur den nicht als geeignet erachtet für das HEUI-Treibstoff system auf Grund von reflektierten Druckwellen, die von der Restriktion bzw. Einschränkung erzeugt werden, unab hängig davon, ob die Einschränkung auf der Treibstoff- oder Betätigungsströmungsseite der Einspritzvorrichtung angeordnet war. Retraktive Einrichtungen wurden im allge meinen nicht für geeignet gehalten, weil sie kompliziert sind und nur einen beschränkten Betriebsbereich anbieten und ebenfalls eine ungewünschte Verlangsamung des Endes der Einspritzung während eines Einspritzzyklus verursa chen können.

Eine der einzigartigen Fähigkeiten des HEUI-Treibstoffsy stems 10 ist seine Fähigkeit abgestimmt zu werden, indem man das Design des Systemkomponenten variiert. Die vor liegende Erfindung der Anmelderin sieht flexible Raten bildung mit Treibstoffeinspritzung über den gesamten Be lastungs- und Geschwindigkeitsbereich des Motorbetriebs vor. Die Mittel 84 können implementiert und abgestimmt (getunet) werden für ein Motorverbrennungssystem, um die gewünschten Motorleistungscharakteristiken zu erzielen.

Vorzugsweise sind die Überlaufsteuermittel 62 eine Über laufsteuereinrichtung mit Präzisionsanschlüssen, die in der Plunger- und Zylinderbüchsenanordnung angeordnet ist, die keine zusätzlichen Komponenten zu der grundlegenden hydraulisch betätigten Einspritzvorrichtung 14 hinzufü gen. Da das Treibstoffeinspritztiming der Einspritzvor richtung 14 durch das ECM 40 und die Anordnung 42 vollständig unabhängig von der anfänglichen Position des Plungers 60 gesteuert wird, muß nur eine gesteuerte Kante mit Präzision hergestellt werden.

In Kombination mit der unabhängigen Treibstoffeinspritz drucksteuerung des HEUI-Treibstoffsystems 10, kann die Motorleistung optimiert werden, indem man die Leerlauf- und leichte Belastungsratencharakteristiken, unabhängig von den Nenn- und Hochbelastungsbedingungen variiert. Die sich ergebenden Vorteile hinsichtlich Leistung, Lärm und Emissionen werden im allgemeinen von dem besonderen Motor und den Zielen des Motorherstellers abhängen.

Fig. 14 ist ein schematischer Graph, der vergleichende Ergebnisse von tatsächlichen Labortests, die den Treibstoffeinspritzstrom (F) gegen die Zeit (t) (T) oder Motorkurbelwellengraden (theta) für eine hydraulisch be tätigte Einspritzvorrichtung zeigt. Die Kurve (F₁) reprä sentiert eine Einspritzvorrichtung ohne jegliche Überlaufraten bildende Einrichtung und die Kurve (F₂) stellt eine Einspritzvorrichtung dar, die ein erstes Aus führungsbeispiel der Überlaufsteuermittel 62, die nicht in den Fig. 2-4 gezeigt ist, besitzt. Der Treibstoffstrom (F) wird in Kubikmillimeter pro Millisekunde (mm³/msec) und Zeit (t) wird in Millisekunden (msec) gemessen. Diese Tests wurden bei einer konstanten Nenn-Motorkurbelwellen drehzahl von ungefähr 2400 U/min (rpm) durchgeführt. Der gesamte Treibstoffstrom pro Einspritzzyklus wurde ungefähr gleich in jedem Test oder Kurve der Fig. 14 ge halten und war ungefähr 120 mm³ (etwa 0,0073 Kubikinches oder in³). Diese Treibstoffströmung wurde durch den Be trag von "Ein-Zeit" gesteuert, die der Einspritzelektro magnet 54 elektrisch mit Energie versorgt wurde. Diese "Ein-Zeit" für jede Kurve in Fig. 14 ist verschieden von einander, um ungefähr denselben Gesamttreibstoffstrom pro Einspritzzyklus zur Verfügung zu stellen. Der Betäti gungsströmungsmitteldruck wurde ebenfalls ungefähr gleich in den beiden Tests oder Kurven der Fig. 14 gehalten und war ungefähr 21 Megapascal oder MPa (ungefähr 3046 Pfund pro Quadrat inch oder psi).

Fig. 15 ist ein schematischer Graph ähnlich zu Fig. 14, aber zeigt die Ergebnisse von ähnlichen Tests, die bei einer konstanten Motorleerlaufkurbelwellendrehzahl von ungefähr 700 rpm durchgeführt wurden. Der gesamte Treibstoffstrom pro Einspritzzyklus ist ungefähr derselbe in jedem Test oder Kurve der Fig. 15. Dieser Treibstoff strom wurde gesteuert durch den Betrag von "Ein-Zeit", in der der Einspritzelektromagnet 54 mit elektrischer Ener gie versorgt wurde. Die "Ein-Zeit" für jede Kurve in Fig. 15 ist verschieden voneinander. Der gesamte Treibstoff strom war ungefähr 13 mm³ (ungefähr 0,00079 in³) bei der Kurve F₁. Der gesamte Treibstoffstrom oder -fluß war un gefähr 12 mm³ (ungefähr 0,00073 in³) in der Kurve F₂. Man beachte, daß der Betätigungsströmungsmitteldruck verschie den für jede der beiden Kurven der Fig. 15 war. Der Betä tigungsströmungsmitteldruck war ungefähr 4,5 MPa (ungefähr 653 psi) in der Kurve F₁ von Fig. 15, wogegen der Betätigungsströmungsmitteldruck ungefähr 6,0 MPa (ungefähr 870 psi) in der Kurve F₂ der Fig. 15 betrug.

Die Fig. 11-13 zeigen den Betrieb des ersten Ausführungs beispiels der Überlaufsteuermittel 62, die in den Fig. 2-4 gezeigt wurden. Wenn der Plunger 60 völlig zu rückgezogen ist, wie in den Fig. 2 und 11 gezeigt ist, bedeckt der erste oder Vordersteg des Plungers 60 den Überlaufanschluß 68 der Zylinderbüchse 58. In bezug auf die Fig. 1-2 gilt, wenn das ECM 40 den Elektromagnet 54 der jeweiligen Einspritzvorrichtung 14 mit Energie ver sorgt, wird das Steuerventil 56 von seinem Hochdrucksitz weggezogen, um unter hohem Hochdruck stehende Betäti gungsströmungsmittel in die Einsritzvorrichtung 14 zuzu lassen. Das Betätigungsströmungsmittel betätigt hydrau lisch oder treibt direkt den Kolben 64 an und folglich den Plunger 60 nach unten, um einen Pumphub zu beginnen. Der Treibstoff in der Treibstoffpumpenkammer 66 wird durch den Plunger 60 komprimiert, so daß der Treibstoff druck in der Pumpenkammer 66 ansteigt. Wenn der anstei gende Druck dieses Treibstoffs den Ventilöffnungsdruck der Einspritzdüsenanordnung 48 erreicht, öffnet sich das Prüfventil oder Ventilglied 50, um die anfängliche Ein spritzung von Treibstoff durch die Sprühöffnungen 52 zu beginnen. In bezug auf die beispielhafte Kurve oder Bei spielkurve F₂ in Fig. 14 gilt, bei einer Nennge schwindigkeit, daß die Änderungen der Anfangsrate der Treibstoffeinspritzung dort beginnt, wo die Kurve F₂ als erstes von der Kurve F₁ abzweigt. In bezug auf die bei spielhafte Kurve F₂ in Fig. 15 gilt, bei einer Leerlauf drehzahl, daß die anfängliche Einspritzphase dargestellt wird durch den ersten Buckel (der sich von ungefähr 0 bis 0,45 msec erstreckt) der Kurve F₂ dargestellt ist.

In bezug auf Fig. 12 gilt, daß, wenn der Plunger 60 sich weiter (nach unten) bewegt auf seinem Pumphub, daß die umlaufende Nut 74 des Plungers 60 zeitweise oder intermittierend mit dem Überlaufanschluß 68 der Zylinder buchse 58 in Verbindung steht, so daß ein Teil des unter hohem Druck stehenden Treibstoffs in die Pumpenkammer 66 in den Anschluß 68 überläuft durch die Überlaufdurchlaß mittel 70 des Plungers 60. Der Treibstoffdruck in der Treibstoffpumpenkammer 66 wird dadurch zeitweise oder in termittierend reduziert. In bezug auf die beispielhafte Kurve F₂ der Fig. 14 gilt, bei einer Nennmotordrehzahl von 2400 U/min (rpm) und einem relativ hohen Betätigungs strömungsmitteldruck, daß die Überlaufsteuermittel 62 die Anfangsrate der Treibstoffeinspritzung reduzieren im Ver gleich zur Kurve F₁. In bezug auf die beispielhafte Kurve F₂ der Fig. 15 gilt, bei einer Leerlaufmotordrehzahl von 700 rpm und einem relativ niedrigen Betätigungsströmungs mitteldruck, daß die Überlaufsteuermittel 62 eine gespaltene oder diskontinuierliche Einspritzung erzeugen, so daß es eine vorherbestimmte Zeitdauer zwischen der an fänglichen Einspritzphase und der Haupteinspritzphase gibt, wie weiter unten beschrieben wird.

Mit Bezug auf Fig. 13 gilt, wenn der Plunger 60 fortfährt sich (nach unten) zu bewegen, auf seinem Pumphub, der zweite oder hintere Steg des Plungers 60 den Überlaufan schluß 68 blockiert bzw. sperrt und die umlaufende Nut 74 nicht länger mit dem Überlaufanschluß 68 in Verbindung steht. Der Treibstoffdruck in der Treibstoffpumpenkammer 66 steigt wieder an und die Haupteinspritzphase des Ein spritzzyklus tritt ein. In bezug auf die beispielhafte Kurve F₂ der Fig. 15 gilt, daß bei einer Leerlaufdrehzahl und einem relativ niedrigen Betätigungsströmungsmittel druck, die Überlaufsteuermittel 62 eine Haupteinspritz phase des Einspritzzyklus erzeugen, was durch den zweiten Buckel (der sich von ungefähr 0,85 bis 1,2 msec) erstreckt, der Kurve F₂.

Im Unterschied zu einigen anderen Einrichtungen zur For mung der Rate beeinflußt die vorliegende Erfindung nicht wesentlich den Spitzeneinspritzdruck. Außerdem gilt in bezug auf die Kurve F₂ der Fig. 15, daß das Zeitintervall zwischen der anfänglichen Einspritzphase und der Haupt einspritzphase eines Einspritzzyklus gesteuert werden kann, indem man die Größe des Betätigungsströmungsmittel drucks, der benutzt wird, um hydraulisch die Ein spritzvorrichtung(en) 14 zu betätigen, variiert. Indem man die Größe oder den Betrag des Betätigungsströmungs mitteldrucks variiert, variiert man seinerseits die Ge schwindigkeit des Treibstoffeinspritzpumpenplungers 60. Das ECM 40 betreibt das RPCV 38 in einer Steuerstrategie mit geschlossener Schleife unter Benutzung eines Schienendrucksensors. Vorzugsweise Sinn der Genauigkeit ist dieser Drucksensor in der Betätigungsströmungsmit telsammelleitung angeordnet und kalibriert auf die nomi nale Motorbetriebstemperatur. Alternativ kann der Drucksensor irgendwo anders in der Hochdruckbetätigungs strömungsmittelschaltung angeordnet sein, zwischen der Betätigungsströmungsmittelpumpe und den hydraulisch betä tigten Einspritzvorrichtungen.

Wie zuvor erwähnt wurde, hat im allgemeinen ein mecha nisch angetriebener Treibstoffpumpenplunger nur einen zu friedenstellenden Betriebszustand, an dem eine Plunger/ Zylinderbüchsenüberlauftypratenbildungseinrichtung Vor teile bringt. Das liegt daran, weil sich die Plungerge schwindigkeit mit der Geschwindigkeit eines Motors, der über weiten Geschwindigkeitsbereich betrieben werden kann, ändert.

Die vorliegende Erfindung sieht Mittel vor, um auszuwäh len, ob oder ob nicht gespaltene Einspritzung auftritt während eines Einspritzzyklus unabhängig von der Motorgeschwindigkeit und der Motorbelastung. Außerdem sieht die vorliegende Erfindung Mittel vor, um die Größe des Zeitintervalls zwischen einer anfänglichen Einspritz phase und einer Haupteinspritzphase eines Einspritzzyklus unabhängig von der Motorgeschwindigkeit und der Motorbe lastung zu variieren. Außerdem sieht die vorliegende Er findung Mittel vor, um die Anfangsrate der Treibstoffein spritzung unendlich zu variieren während eines Einspritz zyklus unabhängig von der Motorgeschwindigkeit und der Motorbelastung.

Das Erhöhen des Betätigungströmungsmitteldrucks hat ein kleineres Zeitintervall zwischen der anfänglichen Ein spritzphase und der Haupteinspritzphase eines Einspritz zyklus zur Folge. Der Betätigungsströmungsmitteldruck kann hoch genug erhöht werden, so daß es kein Zeitinter vall zwischen der anfänglichen Einspritzphase und der Haupteinspritzphase gibt. Erniedrigen des Betätigungs strömungsmitteldrucks hat ein größeres Zeitintervall zwi schen der anfänglichen Einspritzphase und der Hauptein spritzphase eines Einspritzzyklus zur Folge.

In bezug auf die Kurve F₁ der Fig. 15 gilt, daß die hy draulisch betätigte Einspritzvorrichtung ohne die vorlie gende Erfindung eine ganze Einspritzung (d. h. keine ge spaltene Einspritzung) über eine relativ kurze Zeitperi ode erzeugt, was ungewünschterweise innerhalb oder zumin dest teilweise innerhalb der Zündungsverzögerungsperiode des Motorverbrennungszyklus auftritt. Das hat einen sehr großen Verbrennungslärm und No_x-Emission zur Folge. In Bezug auf die Kurve F₂ der Fig. 15 gilt, daß die Einspritzvorrichtung mit der vorliegenden Erfindung fähig ist, die Zeitdauer der Brennstoffeinspritzung über die Zündungsverzögerungsperiode auszudehnen, wodurch vorteilhafterweise Verbrennungslärm und No_x-Emissionen reduziert werden. Motortests mit der vorliegenden Erfin dung zeigen niedrigeren Verbrennungslärm und niedrigere Motor No_x-Emissionen bei äquivalenten Rußpegeln über den gesamten Belastungs- und Geschwindigkeitsbereich des Mo tors im Vergleich zu einer hydraulisch betätigten Treib stoffsystem, das allgemein im US-Patent Nr. 5 121 730, ausgegeben an Ausman et al. am 16. Juni 1992, offenbart wurde.

Die vorliegende Erfindung gibt dem HEUI-Treibstoffsystem mehr Flexibilität im Betrieb, da die gewünschte Zeitdauer der Treibstoffeinspritzung über einen Einspritzzyklus und die anfängliche Treibstoffeinspritzrate steuerbar ist, indem man den Betätigungsströmungsmitteldruck unendlich variiert oder einstellt, der benutzt wird, um hydraulisch den Plunger der Einspritzvorrichtung zu betätigen.

Die vorliegende Erfindung ist viel einfacher in der Kon struktion und dem Betrieb als die relativ komplizierte Einrichtung, die in dem US-Patent Nr. 4 878 471, ausgegeben an Fuchs am 7. November 1989, offenbart wurde. Die vorliegende Erfindung macht nur ein Ventil erforder lich, nicht zwei Ventile wie bei Fuchs, um den Strom des Betätigungsströmungsmittels, der benutzt wird, um jede Einspritzvorrichtung hydraulisch zu betätigen, zu steuern. Die vorliegende Erfindung sieht ebenso vor, eine unendlich variable hydraulische Drucksteuerung stromauf wärts von jedem hydraulischen Steuerventil, das mit jeder Einspritzvorrichtung assoziiert ist. Die Betätigungsströ mungsmitteldrucksteuerung der vorliegenden Erfindung va riiert selektiv die Geschwindigkeit des Treibstoffpumpen plungers und variiert so selektiv den hydraulischen Ef fekt des Plungers und des Überlaufanschlusses der (Zylin der)-Büchse. Das variiert seinerseits die resultierende Treibstoffeinspritzrate. Die vorliegende Erfindung macht kein Hochdruckfeedback erforderlich, um das hydraulische Steuerventil der Einspritzvorrichtung zu steuern, was er laubt, daß dieses Ventil ein einfaches offenes oder ge schlossenes Ventil ist.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung können erhalten werden von einem Studium der Zeichnung, der Offenbarung, und den angefügten Ansprü chen.

Claims

1. Ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Einspritztreibstoffsystem geeignet für einen Motor, das folgendes aufweist:
eine Einspritzvorrichtung, die eine (Zylinder)-Büch se und einen hydraulisch betätigten Treibstoffpum penplunger bzw. -kolben, der in einer Bohrung der Büchse angeordnet ist, besitzt, wobei der Plunger und die Büchse eine Treibstoffpumpenkammer definie ren, und wobei der Plunger geeignet ist, von dem Betätigungsströmungsmittel hydraulisch betätigt zu werden; und
Mittel, um variabel kontinuierliche oder gespaltene Einspritzung während eines Treibstoffeinspritzzyklus unabhängig von der Motordrehzahl und -belastung zur Verfügung zu stellen.

2. Ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Einspritztreibstoffsystem geeignet für einen Motor, das folgendes aufweist:
eine Einspritzvorrichtung, die eine Büchse und einen hydraulisch betätigten Treibstoffpumpenplunger, der in einer Bohrung der Büchse angeordnet ist, besitzt, wobei der Plunger und die Büchse eine Treibstoff pumpenkammer definieren, und wobei der Plunger dazu geeignet ist, hydraulisch von dem Betätigungsströ mungsmittel betätigt zu werden; und
Mittel, um das Zeitintervall zwischen einer anfäng lichen Einspritzphase oder -teil und einer Haupt einspritzphase eines Treibstoffeinspritzzyklus zu variieren, unabhängig von der Motordrehzahl und -belastung.

3. Ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Einspritztreibstoffsystem, geeignet für einen Motor, das folgendes aufweist:
eine Einspritzvorrichtung, die eine Büchse und einen hydraulisch betätigten Treibstoffpumpenplunger, der in einer Bohrung der Büchse angeordnet ist, besitzt, wobei dieser Plunger und die Büchse eine Treibstoff pumpenkammer definieren, und wobei dieser Plunger dazu geeignet ist, hydraulisch von dem Betätigungs strömungsmittel betätigt zu werden; und
Mittel, um die Anfangsrate der Treibstoffeinsprit zung während eines Einspritzzyklus unabhängig von der Motordrehzahl und Belastung zu variieren.

4. Ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Einspritztreibstoffsystem geeignet für einen Motor, das folgendes aufweist:
eine Quelle von unter Druck gesetztem hydraulischem Betätigungsströmungsmittel;
eine Einspritzvorrichtung, die eine Büchse und einen hydraulisch betätigten Treibstoffpumpenplunger, der in einer Bohrung der Büchse angeordnet ist, besitzt, wobei dieser Plunger und die Büchse eine Treibstoff pumpenkammer definieren, und wobei der Plunger ge eignet ist, hydraulisch von dem Betätigungsströ mungsmittel betätigt zu werden;
Mittel, um intermittierend Treibstoff aus der Treib stoffpumpenkammer während des Pumphubs des Plungers zu verspritzen bzw. überlaufen zu lassen; und
Mittel, um variabel die Größe des Druckes des Betä tigungsströmungsmittels, das zur Verfügung gestellt wird, um den Plunger zu betätigen, zu steuern.

5. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 3, wobei die vari ierenden Mittel der Anfangstreibstoffrate Überlauf steuermittel einschließen, um zeitweise Treibstoff von der Treibstoffpumpenkammer während eines Pump hubs des Plungers überlaufen zu lassen und Mittel, um variabel die Größe des Druckes des Betätigungs strömungsmittels, das zur Verfügung gestellt wird, um den Plunger hydraulisch zu betätigen, zu steuern.

6. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 5, wobei die Über laufsteuermittel mindestens einen Überlaufanschluß aufweisen, der in der Büchse definiert ist, und Überlaufsteuermittel, die in dem Plunger definiert sind, um intermittierend einen Teil des Treibstoffs aus der Pumpenkammer mit dem Überlaufanschluß wäh rend des Pumphubs des Plungers in Verbindung zu bringen.

7. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 6, wobei der Plun ger eine Vorderkante besitzt, die zur Treibstoffpum penkammer hinweist, wobei die Überlaufsteuermittel eine äußere umlaufende Nut einschließen, die in dem Plunger definiert ist und ihn umkreist, und wobei die Nut beabstandet von der Vorderkante des Plungers ist und so angeordnet ist, um in intermittierender Strömungsmittelverbindung mit dem Überlaufanschluß der Büchse während des Pumphubs des Plungers zu ste hen.

8. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die Über laufsteuermittel weiter mindestens einen internen Durchlaß, der in dem Plunger definiert ist, ein schließen, wobei die Nut den internen Durchlaß schneidet, und wobei der interne Durchlaß in konti nuierlicher bzw. ständiger Strömungsmittelverbin dung zwischen der Nut und der Treibstoffpumpenkam mer angeordnet ist.

9. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 7, wobei der Plun ger eine Mittelachse besitzt und die Überlaufdurch laßmittel weiter eine Vielzahl von internen axialen Durchlässen aufweisen, die in dem Plunger definiert sind und voneinander beabstandet sind, auf einem imaginären Kreis, der konzentrisch mit der Mittel achse des Plungers verläuft und wobei die Nut jede der internen axialen Durchlässe schneidet, und die internen axialen Durchlässe in einer ständigen Strö mungsmittelverbindung zwischen der Nut und der Treibstoffpumpenkammer angeordnet sind.

10. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die Über laufsteuermittel einen einzelnen internen zentralen Durchlaß einschließen und mindestens einen sich ra dial erstreckenden Durchlaß, der in dem Plunger de finiert ist und wobei der zentrale Durchlaß in einer ständigen bzw. kontinuierlichen Strömungsmittelver bindung zwischen der Treibstoffpumpenkammer und dem radialen Durchlaß angeordnet ist, wobei der radiale Durchlaß den zentralen Durchlaß schneidet und ange ordnet ist, um in ständiger Strömungsmittelverbin dung mit der Nut zu sein.

11. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die Nut eine erste Nut ist und die Überlaufsteuermittel wei ter eine andere äußere umlaufende Nut einschließen, die in dem Plunger definiert ist und den Plunger einkreisen, und wobei diese andere Nut zwischen der ersten Nut und der Vorderkante des Plungers angeord net ist, und wobei die andere Nut angeordnet ist, um die Treibstoffpumpenkammer mit dem Überlaufanschluß zu verbinden, wenn der Plunger seinen Pumphub be ginnt.

12. Treibstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die Überlauf steuermittel weiter eine Abschrägung einschließen, die an der Vorderkante des Plungers definiert ist, und wobei die Abschrägung angeordnet ist, um die Treibstoffpumpenkammer mit dem Überlaufanschluß zu verbinden, wenn der Plunger seinen Pumphub beginnt.

13. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 7, wobei die Über laufsteuermittel weiter mindestens einen äußeren peripheren axialen Schlitz, der in dem Plunger defi niert ist und die Nut schneidet, einschließen, und wobei der Schlitz beabstandet von dem Überlaufan schluß ist und angeordnet ist, um in ständiger bzw. kontinuierlicher Strömungsmittelverbindung zwischen der Treibstoffpumpenkammer und der Nut zu sein.

14. Ein hydraulisch betätigtes elektronisch gesteuertes Einspritztreibstoffsystem, geeignet für einen Motor, das folgendes aufweist:
eine Einspritzvorrichtung, die ein hydraulisches Steuerventil besitzt, eine Büchse und einen hydrau lisch betätigten Treibstoffpumpenplunger, der in einer Bohrung der Büchse angeordnet ist, wobei der Plunger und die Büchse eine Treibstoffpumpenkammer definieren, und wobei das hydraulische Steuerventil selektiv das Betätigungsströmungsmittel an den Plun ger für seine hydraulische Betätigung zur Verfügung stellt, und
Mittel, um die Anfangsrate der Treibstoffeinsprit zung während eines Einspritzzyklus unabhängig von der Motordrehzahl und Belastung zu variieren, wobei die variierenden Mittel der anfänglichen Treibstoff rate Überlaufsteuermittel einschließen, um zeitweise Treibstoff aus der Treibstoffpumpenkammer während eines Pumphubs des Plungers überlaufen zu lassen, und Mittel, um variabel die Größe des Druckes des Betätigungsströmungsmittels, das hydraulisch zur Verfügung gestellt wird, um den Plunger zu betäti gen, zu steuern, wobei die variablen Drucksteuermit tel stromaufwärts des hydraulischen Steuerventils angeordnet sind.

15. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 14, wobei die va riablen Drucksteuermittel einen Betätigungsströ mungsmitteltank einschließen, eine Betätigungsströ mungsmittelpumpe mit einer festen Verdrängung, die in Strömungsmittelverbindung mit dem Tank angeordnet ist, ein hydraulisch gesteuertes proportionales Drucksteuerventil, und eine Sammelleitung, die in Strömungsmittelkommunikation mit der Pumpe und dem hydraulischen Steuerventil der Einspritzvorrichtung angeordnet ist, wobei das proportionale Drucksteuer ventil angeordnet ist, um den Betätigungsströmungs mitteldruck in der Sammelleitung zu steuern durch selektives Verbinden eines variablen Betrages von Betätigungsströmungsmittel von der Pumpe zur Sammel leitung und Umleiten eines variablen Betrages von Betätigungsströmungsmittel von der Pumpe an den Tank.

16. Das Treibstoffsystem nach Anspruch 14, wobei die va riablen Drucksteuermittel einen Betätigungsströ mungsmitteltank einschließen, eine Betätigungsströ mungsmittelpumpe mit variabler Verdrängung, die in Strömungsmittelverbindung mit dem Tank angeordnet ist und eine Sammelleitung, die in Strömungsmittel verbindung zwischen der Pumpe und dem hydraulischen Steuerventil der Einspritzvorrichtung angeordnet ist, wobei diese Pumpe mit variabler Verdrängung angeordnet ist, um einen variablen Betrag von Betä tigungsströmungsmittel an die Sammelleitung zu lie fern.