DE68925737T2

DE68925737T2 - Hochdruckpumpe mit veränderlichem Abfluss

Info

Publication number: DE68925737T2
Application number: DE68925737T
Authority: DE
Inventors: Shigeyuki Kondo; Yoshihisa Yamamoto
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-11-24
Filing date: 1989-11-23
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: EP0481964B2; EP0481964B1; DE68925737D1; EP0516196B1; EP0375944A3; DE68922746T2; DE68910658T2; US5058553A; EP0375944B1; DE68922746T3; DE68910658D1; EP0481964A3; EP0375944A2; EP0516196A3; EP0481964A2; DE68922746D1; EP0516196A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 (in der Folge bisweilen als "Hochdruck-Pumpe" bezeichnet).
Der Oberbegriff des Hauptanspruchs geht von einer Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß der Art aus, wie sie in dem Dokument EP-A 244 340 beschrieben ist.
Ein bauliches Merkmal dieses Typs einer herkömmlichen Hochdruck-Pumpe liegt darin, daß ein Teil eines Kraftstoffs mit niedrigem Druck, der durch die Einlaß-Leitung zugeführt wird, zu dem Vorratsbehälter geführt wird, während ein anderer Teil des Kraftstoffs mit niedrigem Druck zu der Kolben-Kammer geführt wird. Das heißt, ein Kraftstoff-Einlaß, der sich in die Kolben- Kammer öffnet und ein Ausiaß der Kolben-Kammer, durch den eiu Teil des Kraftstoffes zum Kraftstoff-Vorratsbehälter zurückgeführt wird, sind getrennt voneinander ausgeführt. Falls in dieser Hochdruck-Pumpe das elektromagnetische Ventil gestört ist, indem es in einem geschlossenen Zustand festsitzt, kann der Durchfluß des Kraftstoffes, der durch das Rückschlagventil ausgestoßen wird, nicht gesteuert werden. In einem solchen Fall besteht die Gefahr, daß der Druck in dem gemeinsamen Verteiler abrupt ansteigt und einen Druck-Grenzwert übersteigt, der entsprechend der Festigkeit des Motors und der Kraftstoff- Einspritzdüse und der Sicherheitsbestimmungen festgesetzt ist, was zu einer Beschädigung der Glieder der Kraftstoff- Einspritzdüse führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruck-Pumpe zu schaffen, die zum Zeitpunkt des Starts den Druck im gemeinsamen Verteiler abrupt steigert.
Bei einer Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß des oben beschriebenen Aufbaus stehen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Kolben-Kammer und die Einlaß-Leitung miteinander über den Kraftstoff-Vorratsbehälter und das elektromagnetische Ventil in Verbindung, und sowohl die Einführung des Kraftstoffs mit niedrigem Druck in die Kolben- Kammer als auch der Rücklauf des Kraftstoffs mit niedrigem Druck von der Kolben-Kammer in den Kraftstoff-Vorratsbehälter werden durch das elektromagnetische Ventil bewirkt, das in einem nicht angesteuerten Zustand offen ist, wobei eine Steuer-Einrichtung vorgesehen ist, um die Ansteuerung und die Beendigung der Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils zu bewirken, wobei gewöhnliche Steuermittel den Beginn der Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils bewirken, um dieses in Übereinstimmung mit der Drehung des Dieselmotors zu schließen, um dadurch den Verdichtungshub des Kolbens zu beginnen, nachdem der Kraftstoff in die Kolben-Kammer eingeführt worden ist, wobei das elektromagnetische Ventil nicht angesteuert ist. Diese erfindungsgemäße Pumpe ist gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Verteiler, der mit der Kolben-Kammer über ein Rückschlagventil in Verbindung steht, wodurch der Verdichtungshub des Kolbens zur Zuführung des Kraftstoffes zum gemeinsamen Verteiler begonnen wird, indem das elektromagnetische Ventil geschlossen wird; ein Mittel zur Ausübung eines Puls-Signals auf das elektromagnetische Ventil, wenn der Dieselmotor gestartet wird, wobei das Puls- Signal durch eine vorbestimmte Ansteuerungszeit und eine vorbestimmte Nicht-Ansteuerungszeit definiert ist und nicht mit der Drehung des Dieselmotors synchronisiert ist.
Bei dieser Hochdruck-Pumpe werden die Ansteuerungszeit T&sub1; und die Nicht-Ansteuerungszeit T&sub2; durch die folgenden Gleichungen bestimmt:
wobei T&sub3;: ein Zeitraum, der benötigt wird, um den Druck auf einen Pegel zu steigern, der groß genug ist, um das elektromagnetische Ventil in dem geschlossenen Zustand zu halten, indem der Kolben vom unteren Totpunkt angehoben wird, während einer Drehung mit minimaler Drehzahl, um den Motor zu starten;
Tc: Ventil-Schließ-Zeitpunkt-Verzögerung nach dem Augenblick, in dem das elektromagnetische Ventil angesteuert wird:
Qmax: ein maximaler Ausstoß aus der Hochdruck-Pumpe;
C: eine Konstante, die durch Faktoren bestimmt wird, die die Viskosität des Kraftstoffs einschließen;
S: die Strömungs-Querschnittsfläche;
Pf: der zugeführte Kraftstoff-Druck;
Pk: der Druck in der Kolben-Kammer; und
T&sub0;: Ventil-Öffnungs-Zeitpunkt-Verzögerung nach dem Augenblick, in dem die Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils beendet wird.
Wenn entsprechend der Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß der vorliegenden Erfindung eine Ventil-Störung stattfindet, bei der der Ventil-Verschluß des elektromagnetischen Ventils der Hochdruck-Pumpe in einem geschlossenen Zustand des Ventils am Ventilsitz festsitzt, dann wird die Zufuhr des Kraftstoffs mit niedrigem Druck zur Kolben-Kammer gestoppt, so daß der gemeinsame Verteiler nicht mit Kraftstoff versorgt wird. Es besteht daher keine Möglichkeit, daß der Kraftstoff-Druck im gemeinsamen Verteiler ansteigt, und keine Möglichkeit der Beschädigung der Bauteile der Kraftstoff-Einspritzdüse des Motors.
Bei der Hochdruck-Pumpe in Übereinstimmung mit der obigen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist der Nocken mit nicht konstanter Geschwindigkeit dazu ausgebildet, eine große Nocken-Geschwindigkeit für die erste Hälfte des Aufwärts-Hubes einzustellen, und daher eine große Kolben-Hub-Geschwindigkeit, wodurch gewährleistet ist, daß der Druck in der Kolben-Kammer auf einen Pegel gesteigert werden kann, der groß genug ist, um das elektromagnetische Ventil von dem nach außen öffnenden Typ in einem kurzen Zeitraum in einer anfänglichen Phase des Aufwärts- Hubes in dem geschlossenen Zustand zu halten. Auch dann, wenn die Steuerzeit zum Schließen des elektromagnetischen Ventils für den Betrieb mit hoher Drehzahl verringert ist, kann ein Kraftstoff mit hohem Druck mit einer ausreichend großen Rate in einem Bereich mit niedriger Drehzahl ausgestoßen werden, in dem ein großer Ausstoß benötigt wird, um den Druck im gemeinsamen Verteiler sofort zu erzeugen und zu halten, oder insbesonders in einem Bereich besonders niedrigerer Drehzahl zum Starten, da der Kraftstoff-Druck in einer kurzen Zeit auf einen hohen Pegel gesteigert werden kann.
Diese und andere Aufgaben, Anordnungen und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung besser zutage treten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Längsschnitt des elektromagnetischen Ventils, das in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ist ein Diagramm der wesentlichen Abschnitte der Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 4 ist ein Diagramm des Aufbaus einer Motor- Kraftstoff-Steuer-Einrichtung, die die Ausführungsvariante enthält, die in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 5 ist ein Diagramm der Öffnungs- und Schließzeiten des elektromagnetischen Ventils und des Kolben-Hubes während der gewöhnlichen Steuerung unter Verwendung der Bezugs-Pulse;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Steuerung des elektromagnetischen Ventus, das einen Fall betrifft, in dem die Rückstellfeder des elektromagnetischen Ventils gebrochen ist;
Fig. 7 bis 9 sind Diagramme, die ein Verfahren zur Steuerung des Starts des Motors zeigen;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das einen Treiber-Strom zeigt, der dem elektromagnetischen Ventil zugeführt wird, den Zustand des Betriebs (Öffnen/Schließen) des elektromagnetischen Ventils entsprechend dem Treiber-Strom, die Kolben-Bewegung, sowie Anderungen des Drucks in der Kolben-Kammer;
Fig. 8 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Verschiebung des Kolbens vom unteren Totpunkt und der Zeit zeigt, die für die Verschiebung benötigt wird;
Fig. 9 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen dem Pumpen-Ausstoß Q und der Differenz TT zwischen dem Zeitpunkt zeigt, in dem der untere Totpunkt des Kolbens erreicht wird und dem Zeitpunkt, in dem das elektromagnetische Ventil geschlossen wird;
Fig. 10 ist ein Längsschnitt eines Teils der Hochdruck- Pumpe mit veränderlichem Ausstoß, die eine andere Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 11 ist eine Kurve der Nocken-Geschwindigkeit und des Hubes in bezug auf den Nocken-winkel;
Fig. 12 ist ein Diagramm des Betriebs der Pumpe, die in Fig. 11 gezeigt ist;
Fig. 13 ist eine Vorderansicht eines anderen Beispiels des Nockens;
Fig. 14 ist eine Kurve, der Nocken-Geschwindigkeit des Nockens, der in Fig. 13 gezeigt ist, sowie des Hubes in bezug auf den Nocken-Winkel;
Fig. 15 stellt graphisch die Druck-Kennlinie des gemeinsamen Verteilers dar, die erhalten wird, wenn der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt und der Kraftstoff-Pump-Zeitpunkt pro Einheit der Drehung gegeneinander verschoben sind;
Fig. 16 stellt graphisch die Druck-Kennlinie des gemeinsamen Verteilers dar, die erhalten wird, wenn der Kraftstoff-Einspritz-Zeitpunkt und der Kraftstoff-Pump-Zeitpunkt pro Einheit der Drehung übereinstimmend sind; und
Fig. 17 ist ein Längsschnitt einer herkömmlichen Hochdruck-Pumpe.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSVARIANTEN

Indem auf die Fig. 1 Bezug genommen wird, ist eine Hochdruck-Pumpe 10 mit veränderlichem Ausstoß dargestellt, die eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Hochdruck-Pumpe 10 besitzt eine Nocken-Kammer 12, die in einem unteren End-Abschnitt eines Pumpen-Gehäuses 11 gebildet ist, einen Zylinder 13, der in das Pumpen-Gehäuse 11 eingefügt ist, eine Einlaß-Leitung 14, die an dem Gehäuse 11 angebracht ist und durch die ein Kraftstoff mit niedrigem Druck von einer nicht dargestellten Niederdruck-Pumpe in den Zylinder 13 eingeführt wird, sowie ein elektromagnetisches Ventil 15, das in den Zylinder 13 eingeschraubt ist.
Eine Nockenwelle 16, die sich mit einer Drehzahl von der 1/2 Drehzahl des Dieselmotors dreht, erstreckt sich durch die Nocken-Kammer 12. Ein allgemein elliptischer Nocken 17 ist an der Nockenwelle 16 angebracht. Das heißt, während der Dieselmotor zwei Umdrehungen ausführt, um einen Zyklus zu vollenden, wird die Nockenwelle 16 angetrieben, um eine Umdrehung durchzuführen.
Der Zylinder 13 besitzt eine Gleit-Bohrung 13a, in der ein Kolben 18 hin- und her bewegbar aufgenommen ist. Der Kolben 18 besitzt eine zylindrische Form und besitzt keinen Vorsprung oder dergleichen. Eine Kolben-Kammer 19 ist durch den Kolben 18 und die Gleit-Bohrung 13a des Zylinders 13 begrenzt. Eine Verbindungs-Bohrung 21 ist in den Zylinder 13 eingebohrt, um mit der Kolben-Kammer 19 in Verbindung zu stehen. Die Einlaß-Leitung 14 steht mit einem Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 in Verbindung, der zwischen dem Zylinder 13 und dem Pumpen-Gehäuse 11 gebildet ist. Der Kraftstoff mit niedrigem Druck wird von der nicht dargestellten Niederdruck-Pumpe über die Einlaß-Leitung 14 zum Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 zugeführt.
Ein Rückschlagventil 23 ist an dem Zylinder 13 angebracht, und es steht mit der Kolben-Kammer 19 über die Verbindungs-Bohrung 21 in Verbindung. In dem Rückschlagventil 23 wird ein Ventil-Verschluß 24 dazu gebracht, das Ventil gegen die resultierende Kraft aus der Druckkraft einer Rückstellfeder 25 und aus dem Kraftstoff-Druck in einem nicht dargestellten gemeinsamen Verteiler durch den Kraftstoff, der in der Kolben- Kammer 19 unter Druck gesetzt wird, zu öffnen, wodurch es ermöglicht wird, daß der Kraftstoff durch eine Ausstoß-Bohrung 26 ausgestoßen wird, die über eine nicht dargestellte Leitung mit dem gemeinsamen Verteiler in Verbindung steht.
Ein Feder-Sitz 27 ist mit dem Kolben 18 an seinem unteren Ende verbunden. Der Feder-Sitz 27 wird durch eine Kolben-Feder 28 gegen einen Stößel 29 gepreßt. Eine Nocken-Rolle 30 ist drehbar an dem Stößel 29 befestigt, und sie wird durch die Druckkraft der Kolben-Feder 28 unter Druck mit dem Nocken 17 in Kontakt gebracht, der in der Nocken-Kammer 12 angeordnet ist. Der Kolben 18 kann daher durch die Nocken-Rolle 30 und den Feder-Sitz 27 hin- und herbewegt werden, die sich in der Längsrichtung des Zylinders bewegen, indem sie dem Umfang 17a des Nockens 17 folgen, wenn sich die Nockenwelle 16 dreht. Die Verschiebung und die Geschwindigkeit der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 18 in bezug auf einen bestimmten Drehwinkel des Nockens 17 werden durch die Umfangsform 17a des Nockens 17 bestimmt.
Das elektromagnetische Ventil 15 ist in einem unteren End-Abschnitt des Zylinders 13 eingeschraubt, um so dem Kolben 18 gegenüberzuliegen. Wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, besitzt das elektromagnetische Ventil 15: einen Körper 32, in dem Niederdruck-Leitungen 31 gebildet sind, um sich an ihren inneren Enden in die Kolben-Kammer 19 zu öffnen; einen Anker 36, der in der Richtung des Pfeils A von Fig. 2 gegen die Druckkraft der Feder 35 (ausgeübt in der Richtung des Pfeils B in Fig. 2) durch die Magnetkraft einer Spule 34 angezogen wird, die durch einen Steuer-Draht 33 angesteuert wird; und einen pilzförmigen Ventil- Verschluß 38, der ein nach außen öffnendes Ventil ist, das dazu geeignet ist, die Niederdruck-Leitungen 31 zu öffnen und zu schließen, indem es einstückig mit dem Anker 36 bewegt wird, um auf einen Sitz 37 aufgesetzt zu werden oder von diesem weg bewegt zu werden, der an einem Öffnungs-Abschnitt der Kolben-Kammer 19 gebildet ist. Der Druck des Kraftstoffs in der Kolben-Kammer 19 wird als eine Druckkraft in der Schließrichtung des Ventils (in der Richtung des Pfeils A von Fig. 2) auf den Ventil-Verschluß 38 ausgeübt. Das elektromagnetische Ventil 15 ist ein elektromagnetisches Ventil vom Vor-Hub-gesteuerten Typ, das dazu dient, die Zeit einzustellen, bei der das Unterdrucksetzen des Kolbens 18 begonnen wird, indem es zu einem vorbestimmten Zeitpunkt angesteuert wird, um so den Ventil-Verschluß 38 auf den Sitz 37 aufzusetzen. Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, steht die Niederdruck-Leitung 31 an ihren äußeren Enden mit dem Kraftstoff- Vorratsbehälter 22 über eine Bohrung 39 und eine Leitung 40 in Verbindung.
In der Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung stehen die Kolben-Kammer 19 und die Einlaß-Leitung 14 miteinander über den Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 und das elektromagnetische Ventil 15 allein in Verbindung, und sowohl das Einführen des Kraftstoffs mit niedrigem Druck in die Kolben-Kammer 19 als auch der Rücklauf des Kraftstoffs mit niedrigem Druck in den Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 werden über das elektromagnetische Ventil 15 bewirkt.
Der Unterschied zwischen der vorliegenden Ausführungsvariante und einem herkömmlichen Stand der Technik wird klarer werden, nachdem der Aufbau einer herkömmlichen Hochdruck-Pumpe, die in Fig. 17 gezeigt ist, untersucht wird. In Fig. 17 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie die von Fig. 1 identische oder äquivalente Abschnitte oder Teile, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt werden.
Wie dies aus Fig. 17 ersehen werden kann, ist eine herkömmliche Hochdruck-Pumpe 10a mit Zufuhr-Bohrungen 20 versehen, die mit dem Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 in Verbindung stehen, und der Kraftstoff mit niedrigem Druck wird über die Einlaß-Leitung 14 und die Zufuhr-Bohrungen 20 zum Kraftstoff- Vorratsbehälter 22 zugeführt. Weiters wird der Kraftstoff mit niedrigem Druck über die Einlaß-Leitung 14 und die Zufuhr- Bohrungen 20 zu der Kolben-Kammer 19 zugeführt. Das heißt, die Zufuhr-Bohrungen 20, die als ein Kraftstoff-Einlaß der Kolben- Kammer 19 dienen und die Niederdruck-Leitungen 31, die als ein Auslaß für den Rückfluß dienen, stellen unterschiedliche Kraftstoff-Leitungen dar. Die Zufuhr-Bohrungen 20 werden durch den Kolben 18 geöffnet oder geschlossen, und der Kraftstoff mit niedrigem Druck wird zur Kolben-Kammer 19 durch die Zufuhr- Bohrungen 20 zugeführt, wenn die Zufuhr-Bohrungen 20 nicht durch den Kolben 18 verschlossen sind. Die so aufgebaute Hochdruck- Pumpe in Übereinstimmung mit dem herkömmlichen Stand der Technik bringt das Problem mit sich, daß die Steuerung des Drucks des Kraftstoffs versagt, falls eine Ventil-Störung stattfindet, bei der der Ventil-Verschluß 38 des elektromagnetischen Ventils 15 in dem geschlossenen Zustand des Ventils festsitzt, so daß der Druck des Kraftstoffs, der durch das Rückschlagventil 23 ausgestoßen wird, abrupt ansteigt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsvariante werden die Zufuhr-Bohrungen 20 entfernt, und die Niederdruck-Leitungen 31 des elektromagnetischen Ventils 15 dienen auch als eine Kraftstoff-Zufuhr-Leitung, so daß der Kraftstoff, der in den Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 eingeführt wird, in die Kolben-Kammer 19 über die Leitung 40 zugeführt wird, die in dem Zylinder 13 gebildet ist, über die Bohrungen 39 sowie die Niederdruck-Leitungen 31, die in dem elektromagnetischen Ventil 15 gebildet sind. Ein Teil des Kraftstoffes kehrt aus der Kolben-Kammer 19 zum Kraftstoff-Vorratsbehälter 22 zurück, indem er in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Zufuhr- Strömung zur Kolben-Kammer 19 strömt. Bei der so aufgebauten Pumpe wird die Zufuhr des Kraftstoffes zum gemeinsamen Verteiler vollständig unterbrochen, falls eine Ventil-Störung stattfindet, bei der der Ventil-Verschluß 38 des elektromagnetischen Ventils 15 in dem geschlossenen Zustand des Ventils festsitzt.
Fig. 3 zeigt schematisch wesentliche Teile der Hochdruck- Pumpe 10.
Indem nun auf Fig. 4 Bezug genommen wird, steht die Einlaß-Leitung 14 der Hochdruck-Pumpe 10 mit einem Kraftstoff- Behälter 4 durch eine Niederdruck-Leitung 2 und eine Niederdruck- Zufuhr-Pumpe 3 in Verbindung, und die Ausstoß-Bohrung 26 des Rückschlagventils 23 steht mit einem gemeinsamen Verteiler 6 über eine Hochdruck-Kraftstoff-Leitung 5 in Verbindung. Der gemeinsame Verteiler 6 ist mit Einspritzdüsen 7a bis 7f verbunden, die den Zylindern 8a bis 8f eines Dieselmotors 1 entsprechen. Eine Steuer-Einrichtung 9 ist vorgesehen, die eine CPU 9a, einen ROM 9b, einen RAM 9c und einen Eingabe/Ausgabe-Abschnitt 9d aufweist, und die Ventil-Öffnungs/Schließ-Signale an die Einspritzdüsen 7a bis 7f ausgibt, während sie mit den notwendigen Daten von dem Motor 1 und dem gemeinsamen Verteiler 6 versorgt wird.
Bei dieser Anordnung wird während der Abwärtsbewegung des Kolbens 18 die Spule 34 des elektromagnetischen Ventils 15 nicht angesteuert, und der Ventil-Verschluß 38 wird in einem geöffneten Zustand des Ventils durch die Druckkraft der Rückstellfeder 35 gehalten. Der Kraftstoff mit niedrigem Druck, der von der Zufuhr- Pumpe 3 zugeführt wird, strömt daher in die Kolben-Kammer 19 über die Einlaß-Leitung 14, den Kraftstoff-Vorratsbehälter 22, den Rücklauf-Anschluß 31 des elektromagnetischen Ventils 15 und den Ventil-Verschluß 38. In einer anfänglichen Stufe der Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 ist der Ventil-Verschluß 38 noch in dem Öffnungs-Zustand und ein Teil des Kraftstoffs, der in der Kolben-Kammer 19 enthalten ist, wird zum Kraftstoff- Vorratsbehälter 22 über den Ventil-Verschluß 38, die Niederdruck- Leitungen 31 und die Bohrung 39 rückgeführt. Falls zu diesem Zeitpunkt die Spule 34 angesteuert wird, besitzt die Spule eine Anziehungskraft, die größer ist als die Druckkraft der Rückstellfeder 35, wodurch der Ventil-Verschluß 38 in einen geschlossenen Zustand versetzt wird. Der Druck des Kraftstoffs in der Kolben-Kammer 19 steigt dadurch an. Wenn dieser Kraftstoff- Druck die Summe aus der Druckkraft der Rückstellfeder 35, des Rückschlagventils 23 und dem Kraftstoff-Druck im gemeinsamen Verteiler 6 übersteigt, dann öffnet das Rückschlagventil 23, um es zu ermöglichen, daß der Kraftstoff unter Druck über die Hochdruck-Leitung 5 zum gemeinsamen Verteiler 6 zugeführt wird. Nachdem diese Druck-Zufuhr beendet worden ist, wird die Ansteuerung der Spule 34 des elektromagnetischen Ventils 15 gestoppt, wodurch der Ventil-Verschluß 38 in den Zustand zum Öffnen des Ventils gebracht wird. Die Steuerung der Hochdruck- Pumpe 10, die durch die Ansteuerung oder die Beendigung der Ansteuerung der Spule 34 in Übereinstimmung mit der Drehung des Dieselmotors 1 auf der Basis eines Signals von einem Sensor 100 zur Erfassung der Winkel-Stellung des Nockens 17 bewirkt wird, wird in der Folge als "gewöhnliche Steuerung" bezeichnet. Während der gewöhnlichen Steuerung können die Ansteuerungs-/Nicht- Ansteuerungs-Zeiten ausgewählt werden, um den Druck-Zufuhr-Hub des Kolbens 18 und damit den Kraftstoff-Druck im gemeinsamen Verteiler zu verändern.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Hubes H des Kolbens 18 der Hochdruck-Pumpe 10 über die Zeit, und zwar während der gewöhnlichen Steuerung. Ein Steuer-Signal für das elektromagnetische Ventil stellt einen Ventil-Schließ-Befehl dar, eine Steuer-Zeit TF1 nach der Ausgabe eines Bezugs-Pulses. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kolben 18 bereits in einem gewissen Ausmaß angehoben worden. Wenn das elektromagnetische Ventil 15 geschlossen wird, wird die Druck-Zufuhr des Kraftstoffes von der Hochdruck-Pumpe begonnen, wodurch die Menge von Kraftstoff unter Druck zum gemeinsamen Verteiler 6 zugeführt wird, die einem Hub entspricht, der zwischen diesem Hub und dem vollen Hub Hmax (H&sub1;, wie in Fig. 5 gezeigt) definiert ist.
Falls das Signal zum Schließen des elektromagnetischen Ventils 15 eine Steuer-Zeit T nach dem Bezugs-Puls herausgegeben wird, ist der Hub des Kolbens 18, der zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird, groß, und der Druck-Förder-Hub ist dementsprechend klein, wie dies durch H&sub2; definiert ist. Daher wird die Druck- Förder-Menge reduziert, falls die Steuer-Zeit gesteigert wird, oder die Druck-Förder-Menge wird gesteigert, falls die Steuer- Zeit verringert wird. Es ist daher möglich, die Druck-Förder- Menge zu steuern, indem die Zeit ausgewählt wird, zu der das Schließ-Signal für das elektromagnetische Ventil 15 herausgegeben wird.
Auch dann, wenn während des Betriebs der Hochdruck-Pumpe 10 das elektromagnetische Ventil 15 im geschlossenen Zustand festgesetzt ist und wenn der Kolben 18 in diesein Zustand nach unten bewegt wird, strömt der Kraftstoff, der von der Zufuhr- Pumpe 3 zum elektromagnetischen Ventil 15 zugeführt wird, nicht in die Kolben-Kammer 19. Wenn dementsprechend der Kolben 18 nach oben bewegt wird, wird der Kraftstoff nicht unter Druck zum gemeinsamen Verteiler zugeführt, und es besteht keine Möglichkeit, daß die Einspritzdüse geschädigt wird.
In einem Fall, in dem die Rückstellfeder 35 die Kraft zum Andrücken des Ventil-Stößels 38 lockert, indem sie beispielsweise gebrochen ist, wird der Ventil-Verschluß 38 bewegt, um das Ventil durch die Wirkung des Unterschiedes zwischen den Drücken in der Bohrung 39 und der Kolben-Kammer 19 zu öffnen, wenn der Kolben 18 nach unten bewegt wird, wodurch es ermöglicht wird, daß der Kraftstoff, der von der Zufuhr-Pumpe 3 dem elektromagnetischen Ventil 15 zugeführt wird, in die Kolben-Kammer 19 strömt. Wenn der Kolben danach angehoben wird, wird der Druck in der Kolben- Kammer 19 höher als der Druck in der Bohrung 39. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ventil-Verschluß 38 bewegt, um das Ventil zu schließen, da die Rückstellfeder 35 keine Druckkraft besitzt, und der Kraftstoff innerhalb der Kolben-Kammer 19 wird unter Druck gesetzt und über das Rückschlagventil 23 unter Druck dem gemeinsamen Verteiler 6 zugeführt. Das heißt, daß der Kraftstoff dem gemeinsamen Verteiler 6 unter Druck auch dann zugeführt wird, wenn die Spule 34 des elektromagnetischen Ventils 15 angesteuert ist. Der Druck im gemeinsamen Verteiler 6 wird dadurch abrupt gesteigert, daher besteht die Gefahr einer Beschädigung der Bauteile der Kraftstoff-Einspritzdüse.
Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Verhinderung dieser Gefahr. Bei dem Vorgang von Fig. 6, der die gewöhnliche Steuerung umfaßt, wird dann, wenn die Rate, mit der sich der Druck in dem gemeinsamen Verteiler während des nichtangesteuerten Zustands der Spule 34 ändert, positiv wird, bestimmt, daß ein abnormaler Zustand des elektromagnetischen Ventils 15 vorliegt, und die Spule 34 wird durchgängig in dem angesteuerten Zustand gehalten. Das Signal, das anzeigt, daß die Rate der Änderung des Drucks positiv ist, kann durch die Berechnung aus einem Signal von einem Druck-Sensor 6a erhalten werden, der in dem gemeinsamen Verteiler 6 vorgesehen ist, welche Berechnung durch die Steuer-Einrichtung 9 durchgeführt wird. Die Steuer-Einrichtung 9 gibt das Ventil-Schließ-Signal an das elektromagnetische Ventil 15 aus. Bei diesem Steuerungsvorgang wird das elektromagnetische Ventil 15 in dem geschlossenen Zustand gehalten, wodurch verhindert wird, daß der Kraftstoff in die Kolben-Kammer 19 der Hochdruck-Pumpe 10 einströmt und daher, daß er unter Druck in den gemeinsamen Verteiler zugeführt wird.
Fig. 7 bis 9 sind Diagramme eines Verfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zum abrupten Steigern des Drucks im gemeinsamen Verteiler 6, wenn der Motor gestartet wird, indem die Hochdruck-Pumpe in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsvariante verwendet wird.
Zum Zeitpunkt des Startens dreht sich der Motor mit einer niedrigen Drehzahl, und falls das elektromagnetische Ventil 15 in der Art der gewöhnlichen Steuerung gesteuert wird, braucht es eine lange Zeit, um den Druck in dem gemeinsamen Verteiler 6 zu steigern, und zwar zufolge eines Mangels an Spannung für die CPU 9a oder eines Mangels einer Ausgabe von dem Nocken 17 Winkel- Sensor 100. Um dieses Problem zu vermeiden, werden, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, Puls-Signale, die asynchron mit den Umdrehungen der Hochdruck-Pumpe 10 sind und die eine Ansteuerungs-Zeit T&sub1; und eine Nicht-Ansteuerungs-Zeit T&sub2; aufweisen, auf das elektromagnetische Ventil 15 ausgeübt. Der Ventil-Verschluß 38 wird bewegt, um das Ventil eine Ventil- Schließ-Verzögerungs-Zeit Tc nach dem Beginn der Ansteuerung zu schließen, und er wird bewegt, um das Ventil eine Ventil- Öffnungs-Verzögerungs-Zeit T&sub0; nach dem Ende der Ansteuerung zu öffnen. Der Kolben 18 wird während der Zeit nach oben bewegt, wenn sich der Ventil-Verschluß 38 in dem Ventil-Schließ-Zustand befindet, wodurch der Druck in der Kolben-Kammer 19 gesteigert wird.
Der Ventil-Verschluß 38 ist von dem nach außen öffnenden Typ und er wird in dem Ventil-Schließ-Zustand gehalten, und zwar auch dann, wenn die Spule 34 nicht angesteuert ist, wenn einmal der Druck Pk in der Kolben-Kammer 19 größer wird als der Ventil- Schließ-Halte-Druck P&sub1; des Ventil-Verschlusses 38. Der Ventil- Schließ-Halte-Druck P&sub1; wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, wobei die Kraft Fs der Rückstellfeder 35, der Durchmesser Ds des Sitzes des Ventil-Verschlusses 38, der Druck Pf des zugeführten Kraftstoffes und π verwendet wird:
Während des Ventil-Schließ-Halte-Zustandes des Ventil- Verschlusses 38 wird der Druck in der Kolben-Kammer 19 gesteigert, wenn der Kolben 18 nach oben bewegt wird, wodurch der Kraftstoff über das Rückschlagventil 23 unter Druck zum gemeinsamen Verteiler 6 zugeführt wird.
Nachdem der Kolben 18 nach unten bewegt worden ist, so daß der Druck in der Kolben-Kammer 19 kleiner wird als der Ventil-Schließ-Halte-Druck P&sub1; des Ventil-Verschlusses 38, wird der Ventil-Verschluß bewegt, um so die Ventil-Öffnungs-/Schließ- Vorgänge durch den Puls-Strom zu wiederholen, der durch die Spule 34 fließt. Daher strömt während des Ventil-Öffnungs-Zustandes des Ventil-Verschlusses 38 der Kraftstoff über den Ventil-Verschluß 38 in die Kolben-Kammer 19.
Das Einstellen der Ansteuerungs-Zeit T&sub1; und der Nicht- Ansteuerungs-Zeit T&sub2; in Übereinstimmung mit dieser Puls-Steuerung wird in der Folge erklärt werden.
Es wird die Ansteuerungs-Zeit T&sub1; erhalten, die dazu benötigt wird, während der Drehung mit minimaler Drehzahl zum Starten des Motors den Druck in der Kolben-Kammer 19 zu erhalten, um den Ventil-Verschluß 38 in dem geschlossenen Zustand des Ventils zu halten, nachdem der Kolben 18 der Hochdruck-Pumpe 10 begonnen hat, sich von seinem unteren Totpunkt nach oben zu bewegen. Der durchschnittliche Hub-weg ΔH des Kolbens 18 zur Erzeugung des Ventil-Schließ-Halte-Drucks P&sub1; kann durch die folgende Gleichung erhalten werden, indem der Druck Pf des zugeführten Kraftstoffes, die Fördermenge V des Kraftstoffes, der Kompressionsmodul E des Kraftstoffes, der Durchmesser Dk des Kolbens und π verwendet wird.
Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Grenzwert der Kraftstoff-Fördermenge V an dem Sitz des Rückschlagventils 23 definiert, vorausgesetzt, daß der Öffnungs-Druck des Rückschlagventils 23 größer ist als der Ventil-Schließ-Halte- Drucks P&sub1; des Ventil-Verschlusses 38.
Die Zeit AT, die dazu benötigt wird, den Kolben 18 um ΔH zu verschieben, wird an dem oberen Totpunkt des Kolbens maximiert, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Es wird angenommen, daß AT die Zeit ist, die dazu benötigt wird, den Kolben 18 während der minimalen Drehung zum Starten des Motors T&sub3; um ΔH vom unteren Totpunkt zu verschieben, und daß die Ventil-Schließ-Zeit- Verzögerung für die Betätigung des Ventil-Verschlusses 38 Tc ist. Dann wird die Ansteuerungs-Zeit T&sub1; durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
T&sub1; =T&sub3; +Tc
In Übereinstimmung mit den Kraftstoff-Förder-Bedingungen wird die Nicht-Ansteuerungs-Zeit T&sub2; festgesetzt, um es zu ermöglichen, daß der maximale Kraftstoff-Ausstoß Qmax während einer Ventil-Öffnungs-Periode gefördert wird, wie dies durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist:
wobei C eine Konstante darstellt, die durch physikalische Eigenschaften, einschließlich der Viskosität des Kraftstoffes, bestimmt ist, und 5 stellt die Strömungs-Querschnittsfläche dar.
In Fig. 9 stellt eine durchgezogene Linie den Pumpen- Ausstoß Q in mm³/Hub dar, und zwar in bezug auf die Differenz TT zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Kolben 18 am unteren Totpunkt angeordnet ist, und dem Zeitpunkt, in dem das elektromagnetische Ventil 15 geschlossen ist. Falls in diesem Fall die Puls-Steuer- Zeit (T&sub1; + T&sub2;) verdoppelt wird, ändert sich der Pumpen-Ausstoß, wie dies durch die unterbrochene Linie angedeutet ist, das heißt, die Änderung des Ausstoßes Q wird größer und der durchschnittliche Ausstoß wird verringert. Dementsprechend ist es möglich, die Veränderung des Ausstoßes Q zu reduzieren, während der durchschnittliche Ausstoß vergrößert wird, indem der Zeitraum (T&sub1; + T&sub2;) verringert wird, wodurch es möglich wird, daß der Druck in dem gemeinsamen Verteiler 6 schneller gesteigert wird. Die Ansteuerungs-Zeit T&sub1; und die Nicht-Ansteuerungs-Zeit T&sub2; für die Puls-Steuerung werden auf der Basis dieser Untersuchung bestimmt.
Indem nun auf die Fig. 10 Bezug genommen wird, ist eine Hochdruck-Pumpe 10c im Schnitt dargestellt, die eine weitere Ausführungsvariante darstellt. In dieser Ausführungsvariante besitzt ein Nocken 17b ein allgemein elliptisches Nocken-Profil, das durch konkave kreisbogenförmige Nocken-Flächen 17c und andere gekrümmte Nocken-Flächen 17d definiert ist. Unter der Annahme, daß der Punkt in dem Nocken-Profil, der dem unteren Totpunkt des Kolbens 18 entspricht, einen Nocken-Winkel von 0º definiert, ist die gekrümmte Fläche 17c zwischen den Nocken-Winkeln von 0º und etwa 300 gebildet, mit einer Krümmung R&sub1;, deren Mittelpunkt außerhalb des Nockens 17b ist. Der Krümmungsmittelpunkt der Flächen 17d ist innerhalb des Nockens 17b. Der Kolben 18 erreicht den Totpunkt an einem Nocken-Winkel von 90º. Da ein Abschnitt des Nocken-Profils, der einem anfänglichen Abschnitt des Aufwärts- Hubes entspricht, durch die konkave kreisbogenförmige Fläche 17c definiert ist, ist die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung des Kolbens 18 in diesem Abschnitt durch die Nocken-Fläche beschleunigt. Fig. 11 zeigt eine Kurve der Nocken-Geschwindigkeit und des Hubes in bezug auf den Winkel des Nockens 17b. Wenn der Nocken-Winkel gesteigert wird, entwickelt sich eine Spitze der Nocken-Geschwindigkeit, wenn der Nocken-Winkel und der Hub klein sind. Wenn der Nocken-Winkel weiter gesteigert wird, bis der Totpunkt erreicht wird, nimmt die Nocken-Geschwindigkeit ab. Die Rate, mit der der Hub gesteigert wird, ist größer in einem Bereich, in dem der Nocken-Winkel klein ist, das heißt, während des Zeitabschnittes entsprechend der ersten Hälfte des Aufwärts- Hubes, wobei der Hub klein ist. Die Hub-Steigerungs-Rate ist kleiner während des Zeitabschnittes, die der zweiten Hälfte des Aufwärts-Hubes entspricht, wobei der Hub groß ist und die Nocken- Geschwindigkeit abnimmt. Der Nocken 17b bewirkt Aufwärts-Abwärts- Hübe zwei Mal während einer Umdrehung der Nockenwelle 16, und er entwickelt eine Nocken-Kurve mit nicht konstanter Geschwindigkeit, so daß die Hub-Geschwindigkeit schrittweise während der ersten Hälfte des Hubes gesteigert wird und während der zweiten Hälfte des Hubes verringert wird.
Als nächstes wird der Betrieb der Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsvariante in der Folge erklärt werden, und zwar in bezug auf die Zeit unter Bezugnahme auf die Fig. 12. Ein Steuer- Signal für das elektromagnetische Ventil stellt einen Befehl für das Schließen des Ventils für eine Zeit TD, eine Steuer-Zeit TL1 nach der Ausgabe eines Bezugs-Pulses von einem Nocken-Winkel- Sensor 100, dar. Zu diesem Zeitpunkt A hat sich der Kolben 18 um einen Hub P&sub1; nach oben bewegt. Das elektromagnetische Ventil 15 ist zu diesem Zeitpunkt A geschlossen, um die Zufuhr des Kraftstoffes unter Druck zu starten. Die Menge von Kraftstoff, die einem Teil S&sub1; des Hubes entspricht, der zwischen diesem Zeitpunkt A und einem Zeitpunkt C definiert ist, an dem der Kolben 18 den höchsten Punkt P&sub3; erreicht, wird dadurch in den gemeinsamen Verteiler ausgestoßen. In einem Fall, in dem das Steuer-Signal für das elektromagnetische Ventil einen Ventil- Schließ-Befehl, eine Steuer-Zeit TL2 nach einem Bezugs-Puls, darstellt (wie dies durch die unterbrochene Linie angedeutet ist), das heißt, zu einem Zeitpunkt B, ist der Hub des Kolbens 18 zu diesem Zeitpunkt P&sub2;, und die Druck-Förderung des Kraftstoffes wird nur mit einem Teil S&sub2; des Hubes zwischen einer Höhe P&sub2; und einer Höhe P&sub3; bewirkt. Dies bedeutet, daß die Menge des Kraftstoffes, die zu dem gemeinsamen Verteiler unter Druck zugeführt wird, reduziert wird, falls die Steuer-Zeit TL nach dem Bezugs-Puls gesteigert wird, oder sie wird vergrößert, falls die Steuer-Zeit TL verringert wird. Es ist daher möglich, den Ausstoß durch die Auswahl der Steuer-Zeit TL zu steuern.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Nocken- Geschwindigkeit, der Steuer-Zeit und dem Kolben-Hub in der Folge untersucht werden.
Da in dieser Ausführungsvariante die Nocken- Geschwindigkeit so eingestellt ist, daß sie in der ersten Hälfte des Aufwärts-Hubes des Kolbens größer ist, ändert sich die Nocken-Geschwindigkeit in bezug auf die Zeit, wie dies durch die durchgezogene Linie in Fig. 12 angedeutet ist. Das heißt, daß in einem Fall, in dem die Steuer-Zeit TL1 kurz ist und der Ausstoß groß ist, die Nocken-Geschwindigkeit zu dem Zeitpunkt A, an dem die Druck-Förderung begonnen wird (wenn das Ventil geschlossen ist), V&sub1; ist und ansteigt, wenn die Druck-Förderung fortschreitet. Die Nocken-Geschwindigkeit zeigt eine Spitze während des Zeitraumes, der der ersten Hälfte der Aufwärtsbewegung des Kolbens entspricht, und danach nimmt sie allmählich ab.
Es wird nun der Druck-Zufuhr-Zustand in dem Fall in der Folge untersucht werden, in dem die Nocken-Geschwindigkeit so festgesetzt ist, daß sie während des Zeitraumes, der der zweiten Hälfte der Aufwärtsbewegung des Kolbens entspricht, größer ist im Vergleich mit der Druck-Zufuhr in dem Fall der Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsvariante. Falls die Spitze der Nocken-Geschwindigkeit in der zweiten Hälfte festgesetzt ist, wird die Änderung der Nocken-Geschwindigkeit mit der Zeit durch die Strich-Punkt-Punkt- Linie in Fig. 12 angezeigt; die Nocken-Geschwindigkeit im Startzeitpunkt A der Steuerung ist Vx. Wie dies aus der Kurve ersehen werden kann, ist die Nocken-Geschwindigkeit Vx kleiner als die Nocken-Geschwindigkeit V&sub1; zum Start-Zeitpunkt A der Steuerung in dem Fall dieser Ausführungsvariante.
Das Steuer-Signal stellt den Schließ-Befehl für das elektromagnetische Ventil nach der Steuer-Zeit TL1 von dem Bezugs- Puls dar, und es erlaubt die Ventil-Öffnung nach einem Zeitraum TD.
Auch dann, wenn die Ventil-Öffnung durch das Signal ermöglicht wird und wenn das elektromagnetische Ventil in dem nicht angesteuerten Zustand ist, wird das elektromagnetische Ventil durch den Druck in der Kolben-Kammer im geschlossenen Zustand gehalten, falls dieser Druck groß ist, da das elektromagnetische Ventil der Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vom nach außen öffnenden Typ ist. Die Druck-Zufuhr wird daher fortgesetzt, bis der Kolben-Totpunkt erreicht ist. Während eines Betriebs mit niedriger Drehzahl, und insbesonders während des Betriebs in einem besonders niedrigen Drehzahlbereich zum Starten des Motors, bei dem ein großer Ausstoß benötigt wird, um den Druck im gemeinsamen Verteiler schnell zu erzeugen und zu halten, ist jedoch die Kolben-Hub-Geschwindigkeit tatsächlich kleiner, und zwar auch dann, wenn das gleiche Nocken-Profil verwendet wird, was eine Verringerung der Druck-Anstiegs-Rate zur Folge hat. Andererseits wird die Ventil-Schließ-Einstellzeit TD minimiert, da es wünschenswert ist, die Ventil-Schließ-Zeit TD zu reduzieren, d.h., den Zustand, in dem die Ventil-Öffnung möglich ist, schneller herzustellen, um es zu ermöglichen, daß die Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß für einen Betrieb mit einer höheren Drehzahl verwendet werden kann. In einem solchen Fall, in dem die Nocken-Geschwindigkeit gering ist, während die Ventil-Schließ-Zeit TD kurz ist, steigt der Kraftstoff-Druck in der Kolben-Kammer nicht auf einen Pegel, der ausreichend ist, um den geschlossenen Zustand des elektromagnetischen Ventils zu halten, und das Ventil wird geöffnet, bevor die Druck-Förderung, die fortzusetzen ist, bis der Totpunkt erreicht ist, vollendet ist, wodurch es ermöglicht wird, daß der Kraftstoff in die Kraftstoff-Kammer zurückströmt. Als ein Ergebnis wird der Ausstoß unzulänglich, obwohl das Signal auf einen starken Ausstoß eingestellt ist.
In dem Fall einer Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß entsprechend dieser Ausführungsvariante besitzt jedoch die Nocken-Geschwindigkeit in der ersten Hälfte des Aufwärtshubes des Kolbens eine Spitze, und insbesonders wird eine bestimmte Beschleunigung unmittelbar nach dem Startpunkt der Steuerung erreicht. Die Bewegung des Kolbens nach oben wird dadurch beschleunigt, so daß sich der Kolben mit einer großen Geschwindigkeit bewegt. In einem anfänglichen Zustand des Anhebens des Kolbens kann daher der Druck in der Kolben-Kammer in einer kurzen Zeit auf einen Pegel gesteigert werden, der groß genug ist, um das elektromagnetische Ventil vom nach außen hin öffnenden Typ in dem geschlossenen Zustand zu halten. Daher ist es auch dann möglich, wenn die Ventil-Schließ-Einstellzeit TD kürzer gemacht ist, um es zu ermöglichen, daß die Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß auch bei hoher Drehzahl in geeigneter Weise arbeitet, in der kurzen Ventil-Schließ-Einstellzeit TD den Druck in der Kolben-Kammer auf einen Pegel einzustellen, der groß genug ist, um den geschlossenen Zustand des Ventils aufrechtzuerhalten. Es ist daher möglich, die Druck-Förderung fortzusetzen, bis der Totpunkt des Kolbens erreicht ist, und daher einen großen Ausstoß während des Betriebs mit besonders niedriger Drehzahl trotz der Tatsache zu gewährleisten, daß der Zustand des Ermöglichens der Öffnung des Ventils nach einer kurzen Zeit erreicht wird.
In einem Fall, in dem ein großer Ausstoß nicht benötigt wird, das heißt, ein Befehl zum Schließen des elektromagnetischen Ventils mit einer Steuer-Zeit TL2 Verzögerung herausgegeben wird, ist die Nocken-Geschwindigkeit, die zum Zeitpunkt B entwickelt wird, wie dies durch die durchgezogene Linie in Fig. 12 angedeutet ist, in dem Fall des Nockens zum Einstellen der Spitze in der ersten Hälfte des Aufwärts-Hubes kleiner als die, die entwickelt wird, wie dies durch die Strich-Punkt-Punkt-Linie in Fig. 12 bezeichnet ist, in dem Fall des Nockens zur Einstellung der Spitze der Nocken-Geschwindigkeit in der zweiten Hälfte. In dem Fall der ersteren Type von Nocken kann jedoch der Druck in der Kolben-Kammer leichter verstärkt werden, und zwar durch die Wirkung des Näherungs-Zeitraums (TL2) zur Öffnung des elektromagnetischen Ventils sowie durch die Wirkung der Verringerung des Totraums, und es kann der Innendruck zum Halten des elektromagnetischen Ventils in dem geschlossenen Zustand erhalten werden, wodurch verhindert wird, daß sich das Ventil wiederum öffnet.
Daher ist die Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß entsprechend dieser Ausführungsvariante dazu geeignet, einen großen Ausstoß zu gewährleisten, der während des Betriebs mit besonders niedriger Drehzahl benötigt wird, um beispielsweise den Motor zu starten, während die Erfordernisse für den Betrieb mit hoher Drehzahl erfüllt werden, wodurch es ermöglicht wird, daß der optimale Druck in dem gemeinsamen Verteiler in einer stabilen Weise unabhängig von den Betriebszuständen erzeugt wird.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsvariante wird ein Nocken mit nicht konstanter Geschwindigkeit zur Erzeugung von mehreren Hüben während einer Umdrehung der Nockenwelle verwendet, anstelle des Nockens mit nicht konstanter Geschwindigkeit zur Erzeugung von zwei Hüben während einer Drehung der Kurbelwelle in der Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Ausführungsvariante.
Ein Nocken in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsvariante wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 beschrieben werden.
Fig. 13 ist ein Vorderansicht eines Nockens 132, dessen Profil wie in der Folge beschrieben ausgebildet ist. Es wird angenommen, daß der Punkt des Nocken-Profils entsprechend dem unteren Totpunkt des Kolbens 18 einen Nocken-Winkel von 0º definiert. Die entsprechende Nocken-Fläche ist als eine konkave Fläche 133 ausgebildet, und ein Kamm 134 in dem Nocken-Profil, der dem oberen Totpunkt des Kolbens 18 entspricht, ist bei einem Nocken-Winkel α von 60º gebildet. Die konkave Nocken-Fläche 133 hat einen kreisbogenförmigen Umfang, der einen Krümmungsradius R&sub2; aufweist, dessen Mittelpunkt außerhalb des Nockens 132 gelegen ist, und sie ist zwischen Nocken-Winkeln von 0 und 20º gebildet. Eine weitere konkave Nocken-Fläche 133 ist durch einen Winkel β zwischen Nocken-Winkeln von etwa 100 und 120º gebildet. Der Rest der Nocken-Fläche in dem Bereich dieser Winkel ist als eine gekrümmte Fläche 135 gebildet, die eine Krümmung aufweist, deren Krümmungsmittelpunkt innerhalb des Nockens 132 gelegen ist. Das heißt, die konkaven kreisbogenförmigen Flächen 133 entsprechen der ersten Hälfte des Aufwärts-Hubes und der zweiten Hälfte des Abwärts-Hubes, und die Nocken-Geschwindigkeit wird während der Zeiträume gesteigert, die diesen Hälften der Hübe entsprechen. Der Nocken 132 besitzt andere Nocken-Flächen, die in der gleichen Art ausgebildet sind. Die Vorsprünge 134 und die konkaven Flächen 133 sind an drei Stellen ausgebildet, so daß der Nocken 132 drei identische Profil-Abschnitte während einer Umdrehung der Nockenwelle 16 zeigt.
Fig. 14 ist ein Diagramm, das die Nocken-Geschwindigkeit des Nockens 132 zeigt, sowie die Änderungen des Hubes in Abhängigkeit vom Nocken-Winkel.
Die Nocken-Geschwindigkeit besitzt eine Spitze etwa bei einem Nocken-Winkel von 20º in der ersten Hälfte des Aufwärts- Hubes. Während des Zeitraumes, der der ersten Hälfte des Aufwärts-Hubes entspricht, ist der Hub klein, aber die Hub- Steigerungs-Rate ist groß. Während des Zeitraumes, die der zweiten Hälfte des Aufwärts-Hubes entspricht, in der die Nocken- Geschwindigkeit unter den Spitzenwert abfällt, ist der Hub groß, jedoch die Hub-Zunahme-Rate ist klein.
Das heißt, der Nocken 132 gewährleistet, daß der Kraftstoff-Druck durch die erste Hälfte des Aufwärts-Hubes auf einen hohen Druck gesteigert werden kann. Eine Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß, in der der Nocken 132 verwendet wird, besitzt die gleiche Arbeitsweise und die gleichen Wirkungen wie die oben beschriebenen Ausführungsvarianten, während die Drehzahl der Nockenwelle 16 geringer ist.
Wenn ein 8-Zylinder-Dieselmotor mit drei Hochdruck-Pumpen ausgestattet ist, die dazu ausgebildet sind, Kraftstoff drei Mal pro Umdrehung einer Nockenwelle auszustoßen, wie dies in der Fig. 13 gezeigt ist, das heißt, pro Umdrehungs-Einheit, die einem Zyklus des Motors entspricht, führt die Einspritzdüse, die mit einem der Zylinder des Motors verbunden ist, einen Einspritz- Vorgang durch&sub1; das heißt, es gibt eine Gesamtheit von acht Einspritzungen durch acht Einspritzdüsen pro Einheit der Umdrehung des Motors, während der Kraftstoff in dem gemeinsamen Verteiler drei Mal durch jede Pumpe ausgestoßen und gepumpt wird, das heißt, es gibt eine Gesamtheit von 9 Mal durch drei Pumpen, wie dies aus den Kurven, die "Pumpen-Druck" genannt werden, in Fig. 15 ersichtlich ist.
Da dementsprechend der Zyklus der Kraftstoff-Einspritz- Vorgänge der Kraftstoff-Einspritzdüsen mit dem Zyklus des Kraftstoff-Ausstoßes durch die Hochdruck-Pumpen nicht in Übereinstimmung ist, wird der Druck in dem gemeinsamen Verteiler in der Art verändert, die durch die Wellen gezeigt ist, welche "imaginärer Druck des gemeinsamen Verteilers" in Fig. 15 genannt werden. Es tritt ein Brummen auf, wenn die Kraftstoff- Einspritzdüsen geschlossen werden, wie dies durch die Wellen gezeigt ist, die "Brumm-Komponenten" in Fig. 15 genannt werden.
Das Brummen ist kombiniert mit einer Veränderung des Drucks im gemeinsamen Verteiler, die zufolge der Kraftstoff-Einspritz- Vorgänge durch die Einspritzdüsen bewirkt wird, sowie durch den Kraftstoff-Ausstoß und die Pump-Voränge durch die Pumpe, so daß der tatsächliche Druck im gemeinsamen Verteiler in der Art verändert wird, die durch die Wellen dargestellt ist, die "tatsächlicher Druck im gemeinsamen Verteiler" in Fig. 15 genannt werden. Die Veränderung des tatsächlichen Drucks im gemeinsamen Verteiler, die in Fig. 15 gezeigt ist, ist wesentlich kleiner als die Veränderung des Drucks im gemeinsamen Verteiler, die erhalten wird, wenn die Zeitpunkte der Kraftstoff-Einspritz-Vorgänge durch die Einspritzdüsen mit den Zeitpunkten des Kraftstoff-Ausstoßes durch die Hochdruck-Pumpen in Übereinstimmung sind, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist.
In dem oben beschriebenen Beispiel wird der Kraftstoff durch die Einspritzdüsen in den Motor acht Mal pro Einheit der Umdrehung eingespritzt, während der Kraftstoff neun Mal pro Einheit der Umdrehung ausgestoßen und in den gemeinsamen Verteiler zugeführt wird. Allgemein jedoch kann die Hochdruck- Pumpe mit veränderlichem Ausstoß den Kraftstoff in den gemeinsamen Verteiler n Mal pro Einheit der Umdrehung ausstoßen, wobei die Zahl n die Anzahl der Einspritzungen durch die Einspritzdüsen ist, multipliziert mit oder dividiert durch eine Zahl, die keine ganze Zahl ist.

Claims

1. Hochdruck-Pumpe (10) mit veränderlichem Ausstoß für einen Dieselmotor (1), wobei die Pumpe umfaßt:

einen Kolben (18);

eine Kolben-Kammer (19), in der der Kolben (18) beweglich aufgenommen ist;

einen Nocken (17), um den Kolben hin und her zu bewegen;

ein elektromagnetisches Ventil (15), das dazu ausgebildet ist, sich zum Inneren der Kolben-Kammer (19) hin zu öffnen;

einen Kraftstoff-Vorratsbehälter (22), der mit der Kolben-Kammer (19) über das elektromagnetische Ventil (15) in Verbindung steht, sowie mit einer Einlaß-Pumpe (14), um Kraftstoff mit niederem Druck zu dem Kraftstoff-Vorratsbehälter (22) zuzuführen;

wobei die Kolben-Kammer (19) und die Einlaß-Leitung miteinander über den Kraftstoff-Vorratsbehälter (22) in Verbindung stehen, und wobei sowohl die Einführung des Kraftstoffs mit niedrigem Druck in die Kolben-Kammer (19) als auch der Rücklauf des Kraftstoffs mit niedrigem Druck von der Kolben-Kammer (19) in den Kraftstoff-Vorratsbehälter (22) durch das elektromagnetische Ventil (15) bewirkt werden, das in einem nicht angesteuerten Zustand offen ist; und

wobei eine Steuer-Einrichtung vorgesehen ist, um die Ansteuerung und die Beendigung der Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils (15) zu bewirken, die gewöhnliche Steuer-Mittel umfaßt, um den Beginn der Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils (15) zu bewirken, um dieses in Übereinstimmung mit der Drehung des Dieselmotors (1) zu schließen, um dadurch den Verdichtungshub des Kolbens (18) zu beginnen, nachdem der Kraftstoff in die Kolben-Kammer (19) eingeführt worden ist, wobei das elektromagnetische Ventil (15) nicht angesteuert ist;

gekennzeichnet durch

einen gemeinsamen Verteiler (6), der mit der Kolben- Kammer (19) über ein Rückschlagventil (23) in Verbindung steht, wodurch der Verdichtungshub des Kolbens (18) zur Zuführung des Kraftstoffes zum gemeinsamen Verteiler (6) begonnen wird, indem das elektromagnetische Ventil (15) geschlossen wird; wobei die Steuer-Einrichtung umfaßt:

ein Mittel zur Ausübung eines Puls-Signals auf das elektromagnetische Ventil (15), wenn der Dieselmotor (1) gestartet wird, wobei das Puls-Signal durch eine vorbestimmte Ansteuerungszeit (T1) und eine vorbestimmte Nicht- Ansteuerungszeit (T2) definiert ist und nicht mit der Drehung des Dieselmotors (1) synchronisiert ist.

2. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-Einrichtung weiters einen Nocken-Winkel- Sensor (100) aufweist, um die Winkelstellung des Nockens (17) zu erfassen, und daß das gewöhnliche Steuer-Mittel die Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils (15) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt beginnt, der durch ein Signal von dem Nocken-Winkel- Sensor (100) angezeigt wird.

3. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewöhnliche Steuer-Mittel der Steuer-Einrichtung bewirkt, daß der vorbestimmte Zeitpunkt des Beginns der Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils (15) verändert wird.

4. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewöhnliche Steuer-Mittel der Steuer-Einrichtung bewirkt, daß die Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils (15) beendet wird, um es zu öffnen, um einen Verdichtungs-Hub des Kolbens zu beenden und um das elektromagnetische Ventil (15) zu schließen, um einen nächsten Verdichtungs-Hub des Kolbens zu beginnen.

5. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewöhnliche Steuer-Mittel der Steuer-Einrichtung bewirkt, daß die Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils (15) durchgehend aufgehoben wird, um es für einen Zeitraum zu öffnen, der sich von dem Moment, in dem ein Verdichtungs-Hub des Kolbens beendet wird, bis zu dem Moment erstreckt, in dem der nächste Verdichtungs-Hub des Kolbens begonnen hat.

6. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Ansteuerungs-Zeit (T1) so eingestellt wird, daß das elektromagnetische Ventil (15) für einen Zeitraum geschlossen gehalten wird, der länger ist als ein vorbestimmter Zeitraum (T3), der dazu benötigt wird, daß der Druck (Pk) des Kraftstoffs in der Kolben-Kammer auf einen Pegel gesteigert wird, der größer ist als ein Kraftstoff-Druck (Pl), der dazu benötigt wird, das elektromagnetische Ventil (15) in einer geschlossenen Stellung zu halten, wenn der Dieselmotor (1) in seiner minimalen Drehung zum Start betrieben wird, wobei der Kolben in seinem Verdichtungs-Hub ist und wobei das elektromagnetische Ventil geschlossen ist.

7. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Ansteuerungs-Zeit (T1) so eingestellt ist, daß sie länger ist als eine Ventil-Schließ-Verzögerungs-Zeit (Tc), die für die Betätigung des elektromagnetischen Ventils (15) benötigt wird.

8. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Ansteuerungs-Zeit (T1) auf der Basis der folgenden beiden Überlegungen bestimmt wird: (1) ein vorbestimmter Zeitraum (T3), der dazu benötigt wird, daß der Kraftstoff-Druck (Pk) in der Kolben-Kammer auf einen Pegel gesteigert wird, der größer ist als der Kraftstoff- Druck (P1), der dazu benötigt wird, das elektromagnetische Ventil (15) in einem geschlossenen Zustand zu halten, wenn der Dieselmotor (1) in seiner minimalen Umdrehung zum Start betrieben wird, wobei der Kolben in seinem Verdichtungs-Hub ist und wobei das elektromagnetische Ventil geschlossen wird; und (2) eine Ventil-Schließ-Verzögerungs-Zeit (Tc), die für die Betätigung des elektromagnetischen Ventils (15) benötigt wird.

9. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Ansteuerungs-Zeit (T1) eingestellt wird durch:

10. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nicht-Ansteuerungs-Zeit (T2) so eingestellt ist, daß sie länger ist als eine Ventil-Öffnungs-Verzögerungs-Zeit (T0).

11. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventil-Öffnungs-Zeitdauer eine Zeitdauer ist, in der das elektromagnetische Ventil ein Mal geöffnet wird.

12. Hochdruck-Pumpe mit veränderlichem Ausstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte Nicht-Ansteuerungs-Zeit (T2) durch die folgende Gleichung bestimmt wird:

wobei Qmax der maximale Pumpen-Ausstoß ist;

C eine Konstante ist, die durch Faktoren bestimmt wird, die die Viskosität des Kraftstoffs einschließen;

S die Strömungs-Querschnittsfläche ist;

Pf der Druck des zugeführten Kraftstoffs ist;

Pk der Kraftstoff-Druck in der Kolben-Kammer ist;

T&sub0; die Ventil-Öffnungs-Zeitpunkt-Verzögerung nach dem Augenblick ist, in dem die Ansteuerung des elektromagnetischen Ventils beendet wird; und

Tc die Ventil-Schließ-Zeitpunkt-Verzögerung nach dem Augenblick ist, in dem das elektromagnetische Ventil angesteuert wird.