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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffpumpen, insbesondere Kraftstoffpumpen,
die Kraftstoff zum Einspritzen in eine Brennkraftmaschine unter
Hochdruck zuführen.
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Typische
Ottokraftstoff- oder Benzin-Direkteinspritzsysteme arbeiten beispielsweise
im Vergleich zu Dieselkraftstoff-Direkteinspritzsystemen bei einem
wesentlich niedrigeren Druckpegel. Die zum Betätigen der Hochdruckpumpe erforderliche
Energiemenge ist innerhalb des Gesamtenergiegleichgewichts unbedeutend.
Jedoch muss in einem System mit einer Pumpe mit konstanter Leistung
und veränderlichen
Kraftstoffanforderungen der gesamte unbenutzte, mit Druck beaufschlagte
Kraftstoff in den Niederdruckkreislauf zurückgeführt werden. Ein großer Teil
der ursprünglichen,
zur Beaufschlagung des Kraftstoffs mit Druck verwendeten Energie
wird dann in Wärmeenergie
umgesetzt und muss abgeführt werden.
Selbst eine relativ mäßige Wärmeabfuhr (von
200–500
Watt) führt
zu einer Kraftstofftemperaturerhöhung
(vor allem dann, wenn der Kraftstofftank nur teilweise gefüllt ist),
wobei dies die Probleme, die sich aus einem niedrigen Dampfdruck
eines typischen Ottokraftstoffs ergeben, verschlimmert.
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Eine
Hochdruck-Versorgungspumpe mit veränderlicher Abgabe wäre somit
sehr wünschenswert. Ferner
ist der Drehzahlbereich von typischen Ottomotoren wesentlich größer als
jener von Dieselmotoren (z. B. von 500 min–1 im
Leerlauf bis 7000 min–1 oder höher bei
Nenndrehzahl). Mit einem veränderlichen
Pumpendruck, der beispielsweise mit einer nach Bedarf gesteuerten
Pumpe erreicht würde, wäre es einfacher,
die Einspritzgeschwindigkeit bei jeder Motordrehzahl zu optimieren.
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Die
heutzutage am häufigsten
angewandten Bedarfssteuerungsstrategien verwenden ein schnelles
elektromagnetisch gesteuertes Ventil, um in der Zeit, in der keine
Kraftstoffhinzugabe in die Verteilerleitung erwünscht ist, Kraftstoff von dem
inneren Hochdruck-Kraftstoffkreislauf zurück in den Pumpensumpf abzusteuern.
Der innere Hochdruck-Kraftstoffkreislauf ist durch ein Rückschlagventil
von der Verteilerleitung getrennt. Da das Volumen dieses Kreislaufs
relativ klein ist, wird die restliche Kraftstoffmenge von der Pumpe
nach anfänglichem
Druckabfall bei einem relativ niedrigen Druck (der falls erwünscht so niedrig
sein kann, dass er gerade über
dem Förderpumpendruck
liegt) abgesteuert. Daher ist die Wärmeabfuhr eines solchen Systems
im Vergleich zu einem System, das mit Druck beauf schlagten Kraftstoff konstant
absteuert (d. h. einer Pumpe konstanter Leistung mit einem absteuernden
Verteilerleitungs-Druckregler), viel niedriger. Jedoch ist während des
Hochdrehzahlbetriebs selbst diese niedrige Wärmeabfuhr nicht annehmbar,
das sie zu einem übermäßigen Temperaturanstieg
führen
könnte.
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In
den US-Patenten Nr. 6 237 573 B1, Nr. 6 135 090 A, der US-Patentanmeldung
Nr. 09/342 566, eingereicht am 29. Juni 1999 für "Supply Pump For Gasoline Common Rail", nun das US-Patent
Nr. 6 345 609, und der internationalen Anmeldung PCT/US00/04096,
veröffentlicht
als WO/0049283 sind einige weitere Konfigurationen für eine auf
dem Bedarf basierende Benzin-Direkteinspritzungs-Versorgungspumpe gezeigt und beschrieben.
Die vorliegende Erfindung kann als besonders gut geeignet für eine Implementierung
in eine oder mehrere der in diesen Veröffentlichungen gezeigten Ausführungsformen
sowie Varianten davon betrachtet werden. Insbesondere ist die vorliegende
Erfindung eine Verbesserung des in der besagten internationalen
Veröffentlichung
beschriebenen Konzepts der Steuerung mit veränderlicher Abgabe im Hinblick
auf ein weiteres Senken der abzuführenden unproduktiven Wärmeenergie.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung kann weitgehend als hybrides Verfahren zum Steuern eines
Benzin-Einspritzsystems mit Verteilerleitung, das eine Hochdruck-Versorgungspumpe
für die
Verteilerleitung enthält,
betrachtet werden, wobei die Verbesserung die Kombination aus Niederdrehzahlsteuerung
durch Rückführung des
von der Pumpe geförderten überschüssigen Stroms
in den Kraftstofftank oder durch den Pumpeneinlass bei einem Druck,
der niedriger als der Verteilerleitungsdruck ist, und Hochdrehzahlsteuerung durch
vorhergehendes Zuteilen oder Absteuern umfasst.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird der unerwünschte
Kraftstoff bei hoher Drehzahl aus den Pumpenkammern abgesteuert,
bevor der Hochdruck überhaupt
erzeugt wird. Dies hat nicht nur den Vorteil einer geringeren Wärmeabfuhr,
sondern auch den zusätzlichen
Vorteil einer allmählichen
Druckzunahme während
des Schließens
des Überströmventils.
Im Ergebnis fallen jegliche Dampfhohlräume, die während der beschränkten Beschickung
erzeugt werden, bevor das Hochdruckpumpen beginnt, mit langsamer
Geschwindigkeit zusammen, was zu einem geringeren Geräusch und
einer geringeren Wahrscheinlichkeit der Ka vitationserosion führt. Außerdem wird
das Überströmventil
entgegen dem ansteigenden Druck geschlossen, wodurch dies eventuell
schneller geschieht oder derselbe Geschwindigkeitswert bei einer
niedrigeren magnetischen Kraft erzielt werden kann. Wenn das Absteuern
bzw. Überströmen erst
nach dem natürlichen
Ende des Pumpens erfolgt, kann der Arbeitszyklus verlängert werden,
so dass er selbst bei maximaler Drehzahl ohne weiteres steuerbar
ist. Ferner ist die Ventilöffnungsgeschwindigkeit
bei hoher Motordrehzahl nicht relevant, da das Pumpereignis bereits
zu Ende ist, wenn der Kolben den oberen Totpunkt (TDC, top dead
center) erreicht. Folglich kann das Ventil für das Schließereignis
optimiert werden, indem eine schwächere Rückstellfeder verwendet wird,
oder die magnetische Kraft im Allgemeinen kleiner sein, was zu einem
kleineren und preiswerteren Magnetventil mit zugehörigem Steuerstromkreis
führt.
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Die
Erfindung wird verständlicher
im Zusammenhang mit einem Ottokraftstoff-Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine,
das eine Vielzahl von Einspritzvorrichtungen zur Abgabe von Kraftstoff
an eine entsprechende Vielzahl von Motorzylindern und eine Verteilerleitung,
die mit sämtlichen
Einspritzvorrichtungen in Fluidverbindung steht, um sämtliche Einspritzvorrichtungen
derselben Versorgung mit Hochdruckkraftstoff zu unterwerfen, aufweist.
Eine elektronische Motorsteuereinheit (ECU) umfasst Mittel, die
jede Einspritzvorrichtung zu ausgewählten verschiedenen Zeitpunkten
und für
ein vorgegebenes Intervall während
jedes Zyklus des Motors einzeln betätigen. Eine Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe
mit einem Hochdruck-Förderkanal steht
mit der Verteilerleitung und einem Einlasskanal für mit Niederdruck
zugeführten
Kraftstoff in Fluidverbindung. Das Verfahren mit dem zugehörigen System
schafft wenigstens zwei Steuerbetriebsarten, die der niedrigen bzw.
der hohen Motordrehzahl entsprechen. Während des Niederdrehzahlbetriebs
wird den Pumpenkolben Kraftstoff mit nicht reguliertem niedrigen
Druck zugeführt,
wobei die Verteilerleitung intermittierend von der Pumpe getrennt
wird, so dass Kraftstoff, der während
der Trennung von der Pumpe gefördert
wird, an einen Ort mit verhältnismäßig niedrigem
Druck im Kraftstoffversorgungssystem, der sich stromaufseitig von
der Pumpe befindet, umgeleitet wird. Während des Hochdrehzahlbetriebs
wird die Menge an von den Pumpenkolben mit Druck beaufschlagtem
Niederdruckkraftstoff reguliert, wodurch die Menge an mit hohem
Druck beaufschlagtem Kraftstoff, der an die Verteilerleitung abgegeben
wird, verringert wird.
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Ein
erstes Steueruntersystem für
niedrige Drehzahl steuert den Förder druck
der Pumpe zwischen Einspritzereignissen durch Umleiten des Pumpenaustrags
in der Weise, dass der Strom, anstatt an die Verteilerleitung abgegeben
zu werden, mit niedrigerem Druck durch die Pumpe zurückkehrt.
Dies wird vorzugsweise durch einen Rückführungs-Steuerkanal, der mit
dem Einlasskanal für
mit Niederdruck zugeführtem
Kraftstoff in Fluidverbindung steht, einen Förderungs-Steuerkanal, der mit dem Hochdruck-Förderkanal
in Fluidverbindung steht, und einem Rückschlagventil in dem Hochdruck-Förderkanal
zwischen dem Förderungs-Steuerkanal
und der Verteilerleitung, das in Richtung der Verteilerleitung öffnet, erreicht.
Ein Steuerventil steht mit dem Rückführungs-Steuerkanal
und dem Förderungs-Steuerkanal
in Fluidverbindung, wobei Umschaltmittel mit den Mitteln zum Betätigen jeder
Einspritzvorrichtung koordiniert sind, um das Steuerventil zwischen
einer im Wesentlichen geschlossenen Stellung, die den Rückführungs-Steuerkanal von dem
Förderungs-Steuerkanal
im Wesentlichen trennt, und einer im Wesentlichen geöffneten
Stellung, die den Rückführungs-Steuerkanal
für den
Förderungs-Steuerkanal
freigibt, zu betätigen.
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Ein
zweites Steueruntersystem für
hohe Drehzahl, das die Zufuhrmenge reguliert, kann auf verschiedene
Art und Weise, die eine kalibrierte Blende, ein proportionales Magnetventil,
das vorhergehende Absteuern oder das vorhergehende Zuteilen umfasst,
ausgeführt
sein. In der bevorzugten Ausführungsform
wird das gleiche Magnetventil, das bei niedrigem Druck für die intermittierende
Umleitung oder Rückführung des
Pumpenaustrags verwendet wird, an einem anderen Punkt des Steuerzyklus
verwendet, um in der Hochdrehzahl-Steuerbetriebsart das vorhergehende
Absteuern auszuführen.
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Die
Erfindung kann auch als Verfahren zum Steuern des Betriebs eines
Benzin-Direkteinspritzsystems mit Hochdruck-Verteilerleitung für eine Brennkraftmaschine
betrachtet werden, das eine ununterbrochen arbeitende Hochdruck-Kraftstoffpumpe enthält, die
mit niedrigem Druck zugeführten
Kraftstoff aufnimmt und Kraftstoff unter hohem Druck zu einem Rückschlagventil
befördert,
das sich öffnet, um
Hochdruckkraftstoff an die Verteilerleitung abzugeben. Während des
Niederdrehzahlbetriebs wird ein hydraulischer Steuerkreis stromaufseitig
vom Rückschlagventil
nach jeder Einspritzvorrichtungsbetätigung geöffnet, wodurch der Pumpenaustrag
bei einem Druck, der vom Hochdruck auf einen Haltedruck zwischen
dem Hochdruck und dem Zufuhrdruck abgenommen hat, durch den Steuerkreis
anstatt durch das Rückschlagventil
geht. Während
der Pumpenaustrag unmittelbar vor jeder Einspritzvorrichtungsbetätigung durch
den Steuerkreis geht, wird der Hydraulikkreis im Wesentlichen geschlossen,
wodurch der Pumpenausgangsdruck vom Haltedruck auf den Hochdruck
ansteigt. Wenn der Pumpenausgangsdruck den Hochdruck erreicht, wird
eine Einspritzvorrichtung betätigt.
Bei hoher Motordrehzahl werden zur Mengensteuerung des Kraftstoffs,
der wirklich bei Hochdruck gepumpt wird, eine oder mehrere der oben
erwähnten
Mengenregulierungstechniken angewandt.
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Die
Hauptvorteile dieser Steuerungsstrategie sind die Einfachheit der
Steuerung und der leise Betrieb (Schall- und Hydraulikgeräusch) sowie
die Drehmomentgleichförmigkeit
bei niedrigen Drehzahlen, wo die Wahrnehmung des Fahrers am deutlichsten
ist.
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Selbstverständlich können die
beiden Steuerbetriebsarten verschieden sein, d. h., dass die Steuerung
bei einer Übergangsdrehzahl
von einer Betriebsart durch eine Übergangszone hindurch in die
andere wechselt, oder sich überlappen,
d. h., dass sich das Niederdruck-Rückführen von überschüssigem Kraftstoff bei hoher
Drehzahl fortsetzen kann, nachdem die Übergangsdrehzahl erreicht ist, so
dass zumindest bei einigen der Zustände höherer Drehzahl gleichzeitig
ein Niederdruck-Rückführen als auch
ein Regulieren der Zufuhrmenge zu den Pumpenkammern erfolgt.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, worin:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffabgabesystems ist, das
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält,
bei der im Niederdrehzahlbetrieb ein elektromagnetisches Steuerventil
Kraftstoff, der unter Niederdruck von der Pumpe gefördert wird,
intermittierend zurückführen kann,
während
im Hochdrehzahlbetrieb die Abgabe zugeführten Kraftstoffs an die Pumpenkammer
durch eine Durchflusssteuerungsblende reguliert wird;
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2 eine
schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe ist, die ein modifiziertes
Steuerschema umsetzt, bei dem im Niederdrehzahlbetrieb ein Magnetventil
Kraftstoff, der unter Niederdruck von der Pumpe gefördert wird,
intermittierend zurückführt, während im
Hochdrehzahlbetrieb die Kraftstoffabgabe an die Pumpenkammer durch
die Kombination aus einer kalibrierten Durchflusssteuerungsblende
und einem Proportional-Magnetventil reguliert wird;
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3 eine
Querschnittsansicht einer Pumpenplungerkonfiguration ist, die sowohl
in der Ausführungsform
von 1 als auch jener von 2 verwendbar
ist, wobei die Durchflusssteuerungsblende in der Pumpenplungerwand
ausgebildet ist;
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4 ein
Graph ist, der die Ist-Pumpleistung für jeden von drei Pumpenplungern
und die zugehörige
kombinierte Pumpleistung sowie die mittlere Pumpleistung als Funktion
des Grads der Umdrehung der Pumpenantriebswelle, um eine Pumpleistung
von etwa 1.000 mm3/Umdr. bei Niederdrehzahlbetrieb
von 0 bis 2400 min–1 zu erbringen;
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5 ein
zu 4 ähnlicher
Graph ist, mit Ausnahme, dass darauf die Wirkung der intermittierenden
Rückführung bei
Niederdruck mittels eines zwischen Einspritzereignissen gespeisten
Magnetventils mit einem Arbeitszyklus von etwa 13% überlagert
ist, der das Ergebnis zeigt, dass sich die Hochdruckabgabe der Pumpe
um etwa 157 mm3/Umdr. verringert hat;
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6 eine
graphische Darstellung der natürlichen
Pumpenkennlinie der im Hochdrehzahlbetrieb unter hohem Druck gepumpten
Kraftstoffmenge ist, wobei der Betrieb einer weit geöffneten
Drosselklappe und 6000 min–1 entspricht und das
regulierende Steuerventil mit einem Arbeitszyklus von 100% arbeitet
(ständig
geschlossen ist), um etwa 421 mm3/Umdr.
abzugeben;
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7 ein
zu 6 ähnlicher
Graph ist, der die Auswirkung der Betätigung des Hochdrehzahl-Steuerventils
bei einem Arbeitszyklus von 75% und weit geöffneter Drosselklappe bei 6000
min–1 ohne
Veränderung
der mittleren Pumpleistung von 421 mm3/Umdr.
zeigt;
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8 ein
zu 7 ähnlicher
Graph ist, der den Betrieb bei 6000 min–1 und
einem Arbeitszyklus von 37,5% am Steuerventil, der eine Pumpenabgabe von
etwa 182 mm3/Umdr., die einer Teilbeladung
entspricht, erzeugt, zeigt;
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9 ein
zu 8 ähnlicher
Graph ist, der das Steuerventil zeigt, das bei einem Arbeitszyklus von
33% und bei 6000 min–1 arbeitet, was zu einer Pumpenabgabe
von 60 mm3/Umdr. (Höchstdrehzahl im Leerlauf) führt;
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10 die
Pumpleistungskennlinie bei 483 mm3/Umdr.
und bei einer Senkung der Drehzahl auf 5000 min–1 gegenüber dem
Betrieb bei weit geöffneter
Drosselklappe und bei 6000 min–1, wie dies in 6 gezeigt
ist, zeigt;
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11 die
Pumpleistungskennlinie von 606 mm3/Umdr.
und bei einer Senkung der Drehzahl auf 4000 min–1 gegenüber den
in 10 gezeigten 5000 min–1,
zeigt;
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12 einen
Graphen der Pumpleistungskennlinie 798 mm3/Umdr.
bei einer Senkung der Drehzahl auf 3000 min–1 gegenüber den
in 11 gezeigten 4000 min–1,
zeigt;
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13 die
Pumpenabgabe als Funktion der Drehzahl zeigt, wobei sich die Pumpenabgabe
mit zunehmender Motordrehzahl infolge einer restriktiven Beschickung
wie etwa durch eine Einlassblende verringert, die bei genau unterhalb
von 3000 min–1 zugunsten
einer durch Beeinflussung begrenzten Beschickung wirksam wird, wodurch
die Pumpenabgabe bei einer Motordrehzahl von 6000 min–1,
die einer weit geöffneten
Drosselklappe entsprechen, um über 50
verringert wird; und
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14 eine
zusammengesetzte graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen
dem Phasenabgleich des Überströmventils
und der mit den 7, 8 und 9 verbundenen
maximalen Pumpenabgabe zeigt.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 ist
ein Schema des Kraftstoffversorgungssystems 10, das die
Grundkomponenten aus einer Niederdruck-Förderpumpe 12, die
sich in einem Kraftstofftank 14 befindet, und einem Kraftstofffilter 16 stromaufseitig
von einer Hochdruck-Kraftstoffversorgungspumpe 18, die
einen hohen Betriebsdruck in einer Verteilerleitung 20 aufrechterhält, mit
der mehrere Kraftstoffeinspritzdüsen 22A–D in Fluidverbindung
stehen. Die Kraftstoffversorgungspumpe 18 wird, wie es
herkömmlich
ist, durch den Fahrzeugmotor angetrieben (d. h., dass sich die Antriebswelle
der Pumpe synchron mit der Motorumdrehung dreht, so dass die Drehzahl
der Pumpe zur Drehzahl des Motors proportional ist), wobei sich
jede Düse
in dem Motor befindet, um in Übereinstimmung
mit einem Zeitablauf unter der Steuerung der elektronischen Steuereinheit 24 für Kraftstoffsteuerung
Kraftstoff in einen jeweiligen Motorzylinder einzuspritzen.
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Die
Förderpumpe 12 schickt
Kraftstoff mit einem relativ niedrigen Druck (unter 5 bar, üblicherweise
2–4 bar) über eine
Zufuhrleitung 26 zum Filter 16, von dem aus der
Niederdruckkraftstoff über
einen Einlasskanal 28 in die Pumpe eintritt. Die Pumpe
fördert
Kraftstoff durch einen Förderkanal 30 und
durch ein Rückschlagventil 32 hindurch
zur Verteilerleitung 20. Der Verteilerleitungsdruck wird
normalerweise auf über
100 bar gehalten, jedoch ist die zur Aufrechterhaltung des Soll-Betriebsdrucks
in der Verteilerleitung 20 erforderliche Kraftstoffmenge,
wie im technischen Hintergrund erwähnt worden ist, nicht stets
mit der Motordrehzahl (und somit der Pumpendrehzahl) im Einklang.
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Gemäß der Erfindung
ist ein auf dem Bedarf basierendes Steuerschema implementiert, gemäß dem der
Pumpe im Niederdrehzahlbetrieb Kraftstoff über den Einlasskanal 28 ohne
Regulierung zugeführt
wird, jedoch der in der Leitung 30 geförderte Kraftstoff intermittierend
von der Verteilerleitung 20 an einen Ort relativ niedrigen
Drucks im Kraftstoffversorgungssystem abgeleitet wird. In der gezeigten Ausführungsform
ist dies durch einen Niederdruck-Umgehungskreislauf 34,
der vorzugsweise innerhalb der Pumpenummantelung oder des Pumpengehäuses ausgeführt ist,
implementiert. Genauer ist der Umgehungskreislauf 34 einerseits
stromaufseitig vom Rückschlagventil 32 in
Fluidverbindung angeordnet, um den Speisestrom von der Pumpe 18 aufzunehmen,
und steht andererseits mit dem Einlassdurchgang 28 stromaufseitig
von der Pumpe 18 in Fluidverbindung, wobei sich in dem
Kreislauf ein Masse-Steuerventil 36 befindet, um den überschüssigen Kraftstoffaustrag
von der Pumpe zum Niederdruck an der Pumpen-Einlassleitung 28 umzuleiten. Alternativ
könnte
der Niederdruckaustrag zum Kraftstofftank 14 erfolgen.
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Während des
Hochdrehzahlbetriebs wird die Menge an mit niedrigem Druck zugeführtem Kraftstoff,
der durch die Pumpenkolben mit Druck zu beaufschlagen ist, so reguliert,
dass die wirklich an die Verteilerleitung gelieferte Menge an Hochdruckkraftstoff
der zum Aufrechterhalten des Soll-Verteilerleitungsdrucks erforderlichen
Menge entspricht. Dies wird in der gezeigten Ausführungsform
durch das Vorhandensein einer Durchflusssteuerungsblende 38 in
dem Pumpen-Einlassdurchgang 28 (stromabseitig
von der Fluidverbindung des Umgehungskreislaufs 34 des
Einlasskanals 28) erreicht.
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Optionale
Merkmale des in 1 gezeigten Bedarfssteuerungssystems
umfassen ein Überdruck-Sicherheitsventil 40,
das stromabseitig vom Rückschlagventil 32 mit
einem Ort niedrigen Drucks im Kraftstoffsystem wie etwa dem Einlassdurchgang 28 in
Fluidverbindung steht, um außerhalb
des normalen Steuerschemas den sehr hohen Druck in der Verteilerleitung 20 zu
verringern. Außerdem
kann im Umgehungskreislauf 34 zwischen dem Steuerventil 36 und
der Fluidverbindung mit dem Einlassdurchgang 28 ein Mindestdruckregler 42 angeordnet
sein, um sicherzustellen, dass der Kraftstoffdruck in der Pumpe
selbst über
einem Minimum bleibt, wobei die Pumpe andernfalls anfällig für Kavitation
oder dergleichen wäre,
die Trennung zwischen zwei nebeneinander liegenden Pumpkreisläu fen zu
reduzieren und einen Mindesteinspritzdruck für die Notfall-"Limp-Home-Operation" zu liefern.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung in einer anderen Form der schematischen Darstellung, wobei
sich die Pumpe 12 zwischen dem Einlassstrom entlang des
Einlasskanals 28 von der Pumpe 14 und der Förderleitung 30 durch das
Rückschlagventil 32 hindurch
zur Verteilerleitung 20 befindet. In dieser Ausführungsform
wird der Hochdruck der Hochdrehzahl-Steuerregulierung des zugeführten Stroms
durch Schicken des zugeführten Kraftstoffs
durch eine einstellbare Einlassdurchflussbeschränkung erzielt. Genauer ist
ein elektromagnetisches Proportional-Steuerventil 44 angeordnet,
um einen Durchfluss durch den Kanal 46 von dem Speisekraftstoff
im Sumpf 48 zu empfangen und dadurch den Kraftstoffdruck
im inneren Beschickungskreis 60 zu beeinflussen. Die Vielzahl
von Radialkolben 50, die durch die Pumpenantriebswelle 56 über Pumpenschuhe 54 (wie
es bekannt ist) betätigt
werden, enthalten Durchflussblenden 52 in den Kolbenwänden, um
den Speisekraftstoff der Pumpenkammer zuzuführen. Jeder Kolben pumpt die
eingespeiste Kraftstoffmenge an den Hochdruckkreislauf 58 zur
Abgabe durch den Förderkanal 30 an
die Verteilerleitung 20. Selbstverständlich kann bei hoher Motordrehzahl die
Kombination aus dem Proportional-Tauchmagneten 44 und kalibrierten
Blenden 52 die zum Aufrechterhalten eines konstanten Drucks
in der Verteilerleitung erforderliche Menge an reguliertem Kraftstoff
liefern.
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Zur
Steuerung im Niederdrehzahlbetrieb ist das Masse-Steuerventil 36,
das dem in 1 gezeigten entspricht, mit
dem Hochdruckkreislauf 58 stromaufseitig vom Rückschlagventil 32 sowie
mit dem Niederdruck-Einlasskanal 28 verbunden, um Kraftstoff
mit niedrigem Druck intermittierend zurückzuführen. Außerdem ist gezeigt, dass das Überdruck-Sicherheitsventil 40 zwischen
den Förderkanal stromabseitig
vom Rückschlagventil 32 und
den Niederdruck-Zufuhrdurchgang 28 geschaltet ist.
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3 zeigt
den bevorzugten Pumpenplunger oder die bevorzugte Kolbenbaueinheit 50 einschließlich einer
Kolbenwand mit zugehöriger
Blende 52 mit einem Kanal 64, der unter der Steuerung
eines federbelasteten Rückschlagventils 68 zur
Pumpenkammer 66 führt.
Der Einlassströmungspfad
für jeden
Pumpenplunger stromaufseitig vom Einlass-Rückschlagventil 68 ist
durch die kalibrierte Blende 52 beschränkt, um bei der maximalen (Nenn-)Drehzahl
lediglich das Beschicken einer Kraftstoffmenge genau über der
WOT-Menge zuzulassen. Der bevorzugte Schuh ist so beschaffen, dass
er sich einem Problem zuwendet, das bedingt durch eine erste Komponente,
die vom Druckabfall am Kolbeneinlass (Dosierblende zuzüglich des Öffnungsdrucks
vom Einlass-Rückschlagventil)
herrührt,
der über
den wirksamen Bereich des Kolbens einwirkt und der Kolben-Rückstellfederkraft
entgegen zu wirken versucht, bei einer teilweisen Befüllung in der
Hochdruck-Steuerbetriebsart entsteht. Falls der Schuh in einem übermäßigen Abstand
von dem (nicht gezeigten) Exzenterantrieb entfernt ist, kann der
Schuh fehlausgerichtet werden, so dass er seinen Eingriff mit dem
Wulst (bull) am Kolben verliert und sich löst und durch hydraulische Kräfte in den Spalt
zwischen dem Pumpengehäuse
und der Welle geführt
wird, was zu einer schwerwiegenden Beschädigung der Pumpe führt. Der
Schuh 54 weist eine vorspringende, segmentierte Felge oder
dergleichen auf, die mehrere getrennte Führungselemente bilden, die
den Schuh in der Kolbenbohrung halten und die hydraulischen Kräfte, die
durch die axiale Bewegung des Schuhs hervorgerufen werden, minimieren. Als
Ergebnis der getrennten Führungselemente
(Profilierung) wird der Schuh in der Pumpenbohrung (d. h. in der
Montagebohrung für
die Pumpenkammer) so geführt,
dass nicht nur verhindert wird, dass der Schuh die Montagebohrung
verlässt,
sondern auch sichergestellt wird, dass die Kugel am Ende des Kolbens
ihren Sockel findet, wenn der Exzenterantrieb seine volle Rotation
bestreitet.
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Wegen
des unvollständigen
Beschickens wechselt die Pumpenkennlinie von ihrem typischen kontinuierlichen
(überlappenden)
Aussehen (4 und 5) zu drei
scharf begrenzten Pumpereignissen pro Umdrehung (6–12).
Infolge der hohen Einspritzfrequenz bei höheren Drehzahlen sollte das
elektromagnetische Bedarfs-Steuerventil mit jedem anderen Einspritzereignis
synchronisiert sein, was zu drei Steuerereignissen pro Pumpenumdrehung
führt.
In 4 ist der Betrieb jedes von drei Plungern durch
die Kurven 70, 72 bzw. 74 gezeigt. Die
kombinierte Pumpleistung ist durch die Kurve 76 gezeigt,
während
die mittlere Pumpleistung durch die Kurve 78 gezeigt ist.
Das Pumpen beim Starten findet bei null Grad statt, was zu einer
Pumpenabgabe von etwa 1000 mm3/Umdr. führt. Das
Pumpen beim Starten ist durch die Größe der Einlassblende in den Pumpenkolben
(siehe 52 in 3) und durch die Drehzahl bestimmt.
Die in 4 gezeigte Beziehung gibt den nicht beschränkten Einlassdurchfluss
(z. B. einen Durchgang mit einem Durchmesser von 0,09) bei allen
Motordrehzahlen und einen beschränkten Durchfluss
(z. B. einer Blende mit einem Durchmesser von 0,03) bei niedrigen
Drehzahlen (von z. B. bis zu 2400 min–1)
wieder.
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Eine
Niederdruck-Umgehung bei niedrigen und mittleren Drehzahlen ist
in 5 gezeigt. In 5 repräsentieren
die Spitzen 80 die kombinierte momentane Pumpleistung,
die an die Verteilerleitung, in der Zeitperiode, in der das Steuerventil 36 (1)
geschlossen ist, lieferbar ist, wohingegen während des restlichen Zyklus
das Steuerventil geöffnet
ist und der Pumpenförderstrom
mit niedrigem Druck zurückgeführt wird.
Der äquivalente
Einlassdurchflussdurchmesser beträgt 0,03 und wird während des
Niederdrehzahl-Steuervorgangs, die in 5 gezeigt
ist, nicht beschränkt.
Die mittlere Pumpleistung, die an der Linie 82 gezeigt
ist, beträgt 157
mm3/Umdr. Diese Steuerungsstrategie kann
mit jeder oder jeder zweiten Einspritzung synchronisiert werden.
Der Hauptvorteil dieser Strategie ist der, dass sie im Gegensatz
zu beispielsweise der Einlassdosierung, bei der bei weniger als
1000 min–1 eine Änderung
des Arbeitszyklus von 1% die Pumpenabgabe von 10 auf 100% ändert, bis
zur niedrigsten Drehzahl hinab steuerbar ist.
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Falls
die Pumpe relativ zum Motor in der Weise zeitlich gesteuert wird,
dass der Beginn der Ventilöffnung
mit dem natürlichen
Ende des Pumpens jeder einzelnen Pumpenkammer zusammenfällt, kann dasselbe Überströmventil
bei zwei verschiedenen Steuerstrategien während des Pumpvorgangs verwendet
werden.
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Die
Steuerung des vorhergehenden Absteuerns bei höchsten Drehzahlen ist in den 6–9 gezeigt. 6 zeigt
die natürliche
Kennlinie der Pumpe bei 6000 min–1.
In den 7–9 besitzt die
dem Plunger Nummer 1 zugeordnete Pumpleistung als Ergebnis des vorhergehenden
Absteuerns weniger als das volle Kraftstoffbeschickungsvolumen,
so dass während
der Umdrehung von 0 bis etwa 106 Grad kein Kraftstoff gepumpt wird,
wohingegen das Pumpen bei etwa 106 Grad beginnt und bei 180 Grad
endet. Dasselbe Muster tritt auch beim zweiten Kolben, der durch
die Kurve 72 repräsentiert ist,
und beim dritten Kolben, der durch die Kurve 74 repräsentiert
ist, auf. Die mittlere Pumpleistung ist an der Linie 84 wiedergegeben
und zeigt die resultierende Pumpenabgabe von etwa 421 mm3/Umdr. Der äquivalente Einlassdurchflussdurchmesser
beträgt 0,03. 7 zeigt
die Umgehungsventil-Öffnungsphase,
die mit dem natürlichen
Ende des Pumpereignisses synchronisiert ist (siehe auch 6).
Während eines
WOT-Betriebs kann das Magnetventil entweder unbegrenzt geschlossen
gehalten werden oder, falls dies infolge einer übermäßigen Wärmeerzeugung nicht möglich ist,
mit einem Arbeitszyklus, der etwas länger ist als der natürliche Pumpzyklus,
der durch das beschränkte
Beschicken bestimmt ist, betätigt
werden. Eine weitere Option ist, den Beginn des natürlichen
Pumpzyklus hinauszuschieben und das Überströmventil in einem kürzeren Arbeitszyklus
zu betätigen,
so dass das Ventilschließen
die Pumpenabgabe bestimmt.
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8 ist
zu 7 ähnlich,
jedoch ist der Umgehungsventil-Phasenabgleich derart, dass die resultierende
Pumpenabgabe bei 6000 min–1 182 mm3/Umdr.
beträgt,
was einer Teilbeladung entspricht. Es ist anhand der Unterschiede
zwischen 7 und 8 erkennbar,
dass der Umgehungsventil-Phasenabgleich in 8 (einer
Teilbeladung entsprechend) gegenüber
dem Umgehungsdurchfluss von 7 (WOT)
eine längere
Dauer des Umgehungsventil-Durchflusses aufweist. 9 ist
zu 8 ähnlich
und zeigt eine noch größere Dauer
des Umgehungsventil-Phasenabgleichs, um eine Pumpenabgabe von 60
mm3/Umdr. zu erzeugen, die einer Höchstdrehzahl
im Leerlauf bei 6000 min–1 entspricht. In diesem
Fall wird der unerwünschte
Kraftstoff aus den Pumpenkammern (z. B. 66 nach 3) abgesteuert,
bevor der Hochdruck überhaupt
erzeugt wird.
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Die
Beziehung des Umgehungsventil-Phasenabgleichs, der in den kleinen
Graphen in den 7, 8 und 9 gezeigt
ist, zur maximalen Pumpenabgabe bei der stimmten Drehzahl ist ferner in
dem zusammengesetzten Graphen gezeigt, der weiter unten mit Bezug
auf 14 besprochen wird.
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Neben
dem Vorteil einer geringeren Wärmeabfuhr
besteht ein weiterer, sehr wichtiger Vorteil: Während des Schließens des Überströmventils
ergibt sich eine allmähliche
Druckzunahme, weshalb die Dampfhohlräume, die während der beschränkten Beschickung
erzeugt werden, mit langsamer Geschwindigkeit zusammenfallen, bevor
das Hochdruckpumpen beginnt, was zu einem geringeren Geräusch und
einer geringeren Wahrscheinlichkeit der Kavitationserosion führt. Vorzugsweise
führt der
Auslasskanal des Überströmventils
in den mit Druck (typischerweise 4 bis 5 bar) beaufschlagten Pumpensumpf.
Bis das Überströmventil
vollständig
geschlossen ist, gibt es einen Kraftstoffrückfluss aus der Pumpenkammer,
wobei der Druck in der Pumpenkammer, um diesen Fluss zu schaffen, über dem
Sumpfdruck liegen muss. Außerdem
schließt
das Überströmventil entgegen
dem allmählich
zunehmenden Druck, weshalb dies eventuell schneller erfolgt oder
dieselbe Drehzahl mit einer geringeren magnetischen Kraft verwirklicht
werden kann. Wenn das Öffnen
erst nach dem natürlichen
Ende des Pumpens eintritt, kann der Arbeitszyklus verlängert und/oder
verzögert
werden, um auch bei maximaler Drehzahl leicht steuerbar zu sein.
Ferner ist die Magnetventilöffnungsgeschwindigkeit
bei diesen hohen Motordrehzahlen nicht relevant, da das Pump ereignis
bereits geendet hat, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht.
Folglich kann das Magnetventil durch Verwendung einer schwächeren Rückstellfeder
für das
Schließereignis optimiert
werden oder kann die magnetische Kraft allgemein verkleinert werden,
was zu einem kleineren und preiswerteren Magnetventil mit seinem
zugehörigen
Steuerstromkreis führt.
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Die
Pumpleistungskennlinie mit abfallender Drehzahl ist in den 10–13 und 14 gezeigt.
Mit abnehmender Drehzahl nimmt die maximale Kraftstoffmenge, die
die Pumpe zuführen
kann, einer Kennlinie folgend, die in 13 gezeigt
ist, allmählich
zu. Bei Drehzahlen unterhalb beispielsweise 2400 min–1 besteht
keine Beschickungsbeschränkung
und kann die Pumpe die maximale Kraftstoffmenge zuführen. Folglich
ist die maximal geforderte Kraftstoffmenge beim Starten sichergestellt.
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In 13 kann
die Verallgemeinerung getroffen werden, dass bei einem Motor mit
einem Höchstleistungspunkt
bei einer bestimmten Motordrehzahl (von z. B. 6000 min–1)
und mit einem maximalen Drehmoment bei einer niedrigeren Drehzahl (von
z. B. 3000 min–1) die erfindungsgemäße Strategie
bei Drehzahlen von null bis etwa der Drehzahl für das maximale Drehmoment ein
nicht beschränktes Beschicken
und danach, von etwa der Drehzahl für das maximale Drehmoment bis
zur Drehzahl bei WOT, ein zunehmend beschränktes Beschicken umfasst. Dies
kann anhand von 13 auf den Effekt zurückgeführt werden,
dass bei einer Pumpendrehzahl, die WOT entspricht, das Pumpenbeschicken
im Niederdrehzahlbetrieb bis etwa zur halben Drehzahl bei WOT nicht
beschränkt
wird, wohingegen bei höheren
Drehzahlen das Beschicken bis zu WOT zunehmend beschränkt wird.
In einer typischen Implementierung, bei der die Motordrehzahl zwischen
null und etwa 7000 min–1 liegt, würde der Übergang
vom nicht beschränkten
Beschicken zum beschränkten Beschicken
bei einer Drehzahl im Bereich von 2000–4000 min–1 eintreten.
Vorzugsweise beginnt das beschränkte
Beschicken bei einer Drehzahl, die etwas unterhalb der Drehzahl,
die dem Punkt maximalen Drehmoments entspricht, liegt. Als Beispiel würde der Übergang
vom nicht beschränkten
Beschicken zum beschränkten
Beschicken bei einem Motor mit einem Höchstleistungspunkt bei 6000
min–1 und einem
Punkt maximalen Drehmoments bei 3000 min–1 bei
etwa 2600 min–1 eintreten.
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Die
Art und Weise, in der die Bedarfssteuerung bei hoher Drehzahl wie
in 13 gezeigt implementiert ist und auf dem beispielsweise
in den 7, 8 und 9 gezeigten
Phasenabgleich basiert, wird durch Bezugnahme auf 14 verständli cher. 14 entspricht
dem in 8 gezeigten Zustand. Die Kurven 70, 72 und 74 entsprechen
den jeweiligen in den 6–9 gezeigten
Kurven 70, 72 und 74, d. h. der maximalen
Ist-Pumpleistung für
jeden Kolben bei einer Motordrehzahl von 6000 min–1.
Genauer zeigt die Kurve 72, dass der frühest mögliche Beginn des Pumpens (bestimmt
durch die in der Pumpenkammer am Ende des Beschickens vorhandene Kraftstoffmenge),
wie bei 86 angegeben ist, bei einem Grad der Umdrehung
beginnt, der kleiner als 240° ist,
und der Krümmung
zum Ende des Pumpens (d. h., dass sich der Kolben in einer oberen
Totpunktstellung befindet) bei 300° Umdrehung, wie bei 88 angegeben
ist, folgt. Wenn das Umgehungsventil gemäß dem bei 90 gezeigten
Muster, das einem frühen und
schnellen Ventilöffnen
entspricht, betätigt
wird, beginnt der Durchflussquerschnittsprozentsatz des Steuerventils 92 bei
0, wächst
schnell auf 100 Prozent an, wo er für einen wesentlichen Grad der
Wellenumdrehung bleibt, und fällt
dann bei etwa 240° der Umdrehung
schnell auf 0 ab. In der Pumpenkammer kann der Kraftstoff solange
nicht unter hohen Druck gesetzt werden, bis das Steuerventil im
Wesentlichen geschlossen ist, weshalb der bei 94 angegebene
eigentliche Beginn des Pumpens etwa dem Umdrehungsgrad für das geschlossene
Ventil entspricht. Es ist erkennbar, dass der Beginn des Ventilöffnens in diesem
besonderen Beispiel bei etwa 180° Umdrehung
liegt, was dem Ende des Pumpens des zuvor aktiven Kolbens 70 entspricht. Ähnlich ist
das Ventil während
des Intervalls von etwa 240° Umdrehung
bis etwa 300° Umdrehung
geschlossen. Der nächste schnelle
Anstieg der Ventilöffnungskurve
beginnt bei etwa 300° Umdrehung,
was dem Ende des Pumpens für
den Kolben 72 bei 88 entspricht. Aus diesem besonderen
Beispiel ist erkennbar, dass das beschränkte Beschicken lediglich zu
einer teilweisen Hochdruck-Pumpenabgabemenge
führt,
was dadurch wiedergegeben ist, dass die mittlere Pumpleistung 96 kleiner
als 0,6 mm3/Grad ist, wohingegen die mittlere
Pumpleistung bei 6000 min–1 und nicht beschränktem Einlassbeschicken
etwa 1,3 mm3/Grad beträgt, wie durch die Linie 84 in 6 wiedergegeben
ist (mit der gleichen Leistung, wie sie auch in den 7–9 gezeigt
ist).
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14 zeigt
außerdem
die Wirkung der Verzögerung
und Verringerung der Geschwindigkeit des Umgehungsventilöffnens,
das durch die Linie 98 angegeben ist. Gemäß jener
Linie ist das Ventilöffnen um
einige Grad relativ zu dem durch die Kurve 90 wiedergegebenen
Ventilöffnen
verzögert,
weshalb die Verzögerung
auch das Ventil um einige Grad nach dem Punkt, an dem das Pumpen
endet, bei 88 öffnet.
Das Ventilöffnen
erfolgt außerdem
mit einer langsameren Rate und erreicht den vollen Durchfluss (100
Prozent) bei einem späteren
Grad, als jenem, der in der Kurve 90 gezeigt ist. Dennoch
folgt das Schließen
des Ventils derselben Schließsteigung, wie
in der Kurve 90 angegeben ist. Wie durch Vergleich der
Umgehungsphasenabgleichkurven in den 7, 8 und 9 erkennbar
ist, beeinflusst eine Änderung
der Form der Umgehungsventil-Funktionskurve die Zeit (gemessen in
Grad Umdrehung), in der die Pumpenkammer eine "feste" Masseneinheit an Kraftstoff ohne einen
verfügbaren
Umgehungsströmungsweg
enthält.
Folglich kann durch Variieren der Steuerventilbetätigung in
Kombination mit den weiteren Beziehungen, die in den 10–12 wiedergeben
sind, die Form der Pumpleistungskurve so modifiziert werden, dass
ein Hochdrehzahl-Steuerverhalten, das in 13 wiedergegeben
ist, erzeugt wird.
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Selbstverständlich können die
Abwandlungen der Erfindung relativ zu der hier beschriebenen Ausführungsform
in den Umfang der beigefügten
Ansprüche
fallen. Beispielsweise ist es möglich,
in einer auf dem Verteilerleitungsdruck basierenden Regelungsbetriebsart
zu arbeiten. In diesem Fall wird das Ventil bei konstantem Schließen und
variablem Öffnen
betätigt.
Eine beschränkte
Zufuhr bei hoher Drehzahl kann z. B. durch ein vorhergehendes Zuteilen über eine
kalibrierte Blende in der Kolbenwand, einen Proportional-Tauchmagneten,
eine einstellbare Durchflussbeschränkung, ein vorhergehendes Absteuern
in den Kraftstofftank oder ein vorhergehendes Absteuern zum Pumpeneinlass
erreicht werden.
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Alle
diese Verfahren können
eventuell, jedoch mit unterschiedlichen Wirkungsgraden und außerdem gewissen
Begrenzungen und Einschränkungen
unterworfen, in der hybriden Steuerungsstrategie angewandt werden.
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Das
vorhergehende Zuteilen über
die kalibrierte Blende in der Kolbenwand ist der beste Weg, um die
zur Umsetzung der hybriden Steuerungsstrategie erforderliche Pumpereignistrennung
zu erreichen. Ein Proportional-Tauchmagnet kann zum Steuern des
Beschickungsdrucks verwendet werden, jedoch benötigt er eine eigene Ladeschaltung.
Eine solche eigene Ladeschaltung, die aus einem Proportional-Tauchmagnet-Ventilauslass
und -Kanälen,
die zu den kalibrierten Blenden der Pumpenkolben führen, besteht,
wäre aus
zwei Gründen
erforderlich: (1) um einen ausreichenden Druckpegel im Sumpf der Pumpe
aufrechtzuerhalten und dadurch das Bilden von schädlichen
Dampfkavitäten
zu verhindern (Schmierung von Gleitkomponenten und die sich ergebende
Reibung, die zu einer Temperaturerhöhung und einem Verschleiß führt) und
(2) um eine gleichmäßige Verteilung
von Kraftstoffchargen an die einzelnen Pumpenkammern zu erreichen.
Dann kann die Ausgabe der Pumpe bei hoher Drehzahl durch Modulation
des Beschickungsdrucks, d. h. durch Einlassdosierung, gesteuert
werden. Jedoch wäre
es schwierig, auch die niedrige Abgabe bei niedrigen Drehzahlen
zu steuern. Da der Steuerparameter, der die Pumpenabgabe bestimmt,
der Beschickungsdruck ist, kann dieselbe Wirkung durch Modulation des
Förderpumpendrucks
(des Drucks der Pumpe im Tank) erreicht werden.
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Ein
Niederdruck-Proportional-Tauchmagnet im Einlasskreis kann wegen
der zu groben Auflösung (1%
Signaländerung
= 90% Abgabeänderung)
die Pumpenabgabe nur bei mittlerer und bei hoher Drehzahl wirksam
steuern. Ein Proportional-Tauchmagnet, der sich im Hochdruckkreislauf
befindet, um den Verteilerleitungsdruck zu steuern, ist nicht energiesparend,
jedoch ist das Gesamtenergieniveau bei niedriger Drehzahl niedrig
und wird das Energieniveau bei hoher Drehzahl durch die Beschickungsbeschränkung gesenkt,
weshalb diese Steuerungsstrategie nicht nur lebensfähig, sondern
auch wünschenswert
ist, solange die Wärmeabfuhr
innerhalb annehmbarer Grenzen bleibt.
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Wie
oben besprochen worden ist, umfasst die hybride Steuerung das teilweise,
vorhergehende Absteuern des Pumpenkammerinhalts, der bereits durch
die Beschickungsbeschränkung
durch die kalibrierten Blenden in den Kolben bei mittleren und höheren Drehzahlen
verringert worden ist, während
bei niedriger Drehzahl derselbe Betätigungsbefehl zu einer Niederdruck-Umgehung
führt,
die durch ein verzögertes Überströmventilschließen bei
hoher Drehzahl (3000, 4000, 5000 und 6000 min–1)
und ein intermittierendes Ventilschließen und -öffnen bei niedrigen Drehzahlen
(0–2400
min–1)
gekennzeichnet ist. Die zeitliche Steuerung kann so vorgesehen sein, dass
derselbe gepulste Tauchmagnet, der im Niederdrehzahlbetrieb zwischen
Einspritzereignissen die Niederdruck-Rückführung vornimmt, auch zum Zufuhrsteuerung
mit vorhergehendem Absteuern im Niederdrehzahlbetrieb zwischen Einspritzereignissen
verwendet werden kann, indem das Steuerventil zwischen Pumpzyklen
betätigt
wird, um die Menge an Kraftstoff mit niedrigem Druck, der der Beschickungskammer
der Pumpenkolben zugeführt
wird, zu regulieren und den gesamten von der Pumpe geförderten
Kraftstoff an die Verteilerleitung abzugeben.
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Im
Fall der Niederdruck-Umgehung ist es schwierig, das vorhergehende
oder das nachfolgende Absteuern zu erkennen, da sich die Abgaben
der einzelnen Pumpenkammern überlappen
und es daher (von einem globalen Gesichtspunkt der Pumpe her) unmöglich ist,
zwischen dem Beginn des Pumpens und dem Ende des Pumpens zu unterscheiden. Es
wäre möglich, den
Beginn und das Ende des Pumpens jeder einzelnen Pumpenkammer in
Betracht zu ziehen, jedoch ist es, da die Kammern verbunden sind
und durch ein einziges Ein-Aus-Magnetventil gesteuert werden, zweckmäßiger, sich
auf das intermittierende Ventilschließen und -öffnen zu beziehen, das zu jeder
Zeit (zufällig)
implementiert werden kann, obwohl es zugunsten der Pumpgleichförmigkeit
und dem daraus resultierenden Pulsieren des Verteilerleitungsdrucks
vorteilhaft ist, die Steuerungsereignisse mit der natürlichen
Pumpleistungskennlinie zu synchronisieren.
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Jedoch ändert sich
wegen der Einlassbeschränkung
durch die kalibrierte Blende die Pumpleistungskennlinie von einem
kontinuierlichen (überlappenden)
Pumpen zu drei schart begrenzten und getrennten Pumpereignissen
(die umso stärker
ausgeprägt
sind, je höher
die Drehzahl ist). Das Pumpen beginnt während des Kompressionshubs,
sobald gleichzeitig beide der folgenden Kriterien erfüllt sind: Der
sich in Richtung des oberen Totpunkts bewegende Kolben hat seine
Position erreicht, wenn lediglich Festkraftstoff in der Pumpenkammer
vorhanden ist, und das Überströmventil
wird geschlossen gehalten. Durch Verzögern des Überströmventilschließens wird
die Abgabe um die vorhergehend entweder in den Pumpensumpf oder
in den Tank zurück
abgesteuerte Menge an Kraftstoff verringert. Welche dieser Strategien
letztlich implementiert wird, hängt
davon ab, welche während
des Pumpens entstandene Wärmemenge
toleriert werden kann.
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Das
Pumpen endet, sobald der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, weshalb
es keine Rolle spielt, ob das Magnetventil zu jenem Zeitpunkt geschlossen
ist. Während
des Betriebs mit verringerter Abgabe muss das Überströmventil während des anfänglichen
Kompressionshubs geöffnet
sein (um das vorhergehende Absteuern vorzunehmen), weshalb das Öffnungsereignis
manchmal zwischen dem Ende des Pumpens und dem Beginn des Kompressionshubs
eintreten muss, jedoch ist der genaue Öffnungszeitpunkt unkritisch.
Da das Pumpereignis bereits zu Ende ist und kein nachträgliches
Absteuern stattfindet, erfolgt das Öffnen, verglichen mit dem "wirklichen" Absteuerereignis,
voraussichtlich schneller, da die am Ventilsitz wirkende hydrodynamische
Kraft danach strebt, das Ventil zum Schließen zu bringen. Ferner erzeugt
das große
Volumen an abgesteuertem Kraftstoff, das die sich am Ende des Magnetventils
angeordnete Niederdruckkammer rechtzeitig zu verlassen sucht, eine
Druckzunahme, die während
der Zeit des Absteuerereignisses ebenfalls versucht, das Ventil
zu schließen.
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Die
intermittierende Umgehung wird durch Pulsierenlassen eines Magnet ventils
zwischen Pumpereignissen, z. B. Pulsierenlassen eines Magnetventils,
das vollständig
oder teilweise mit Einspritzereignissen (jedem Ereignis oder jedem
zweiten, jedem dritten oder vierten Ereignis usw.) synchronisiert ist,
erreicht. Obwohl diese halbe Synchronisation zu einer geringfügig höheren Druckschwankung
(zwei Stufen) und außerdem
zu einer höheren
Druckpulsierung im WTO-Betrieb in die Verteilerleitung führt (während des
Pumpereignisses wird im Vergleich zur Vollsynchronisation zweimal
so viel Kraftstoff zugeführt),
ist sie dort wünschenswert,
wo es zu schwierig oder unmöglich
ist, in der kurzen verfügbaren
Zeit, vor allem bei hoher Drehzahl, die Verteilerleitung vollständig wiederzubefüllen (Unzulänglichkeit
wegen der Zurücknahme
des Drucks des inneren Hochdruckkreislaufs und des erneuten Beaufschlagens von
diesem mit Druck).
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Beide
Begriffe "vorhergehendes
Absteuern" und "nachträgliches
Absteuern" beziehen
sich auf das zeitliche Steuern des Absteuerereignisses relativ zum
Nockenprofil. Das vorhergehende Absteuern ist jener Begriff, der
verwendet wird, wenn das Überströmventil
während
des anfänglichen
Abschnitts der Kolbenbewegung in der sie dem Nockenprofil von dem
Basiskreis her folgt, geöffnet
gehalten wird. Dies bedeutet, dass das Absteuerereignis dem Pumpereignis,
dessen Beginn mit dem Überströmventilschließen zusammenfällt, vorangeht.
Das Pumpereignis endet, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht.
Der Begriff "nachträgliches
Absteuern" wird verwendet,
wenn das Pumpen sofort beginnt (sobald sich der Kolben vom unteren
Totpunkt zum oberen Totpunkt zu bewegen beginnt) und das Pumpereignis durch
das Überströmventilöffnen beendet
wird (beispielsweise um die Hertzsche Pressung am Nockenanlauf zu
verringern). In diesem Fall folgt das Absteuern auf das Pumpereignis,
weshalb es als nachträgliches
Absteuern bezeichnet wird.