DE69409743T2

DE69409743T2 - Kraftstoffzufuhreinrichtung

Info

Publication number: DE69409743T2
Application number: DE69409743T
Authority: DE
Inventors: Paul Buckley; Peter Alban George Collingborn; Michael Peter Cooke; John Roderick Jefferson
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: EP0785356B1; EP0785356A3; EP0643221B1; DE69424448T2; EP0643220B1; EP0643220A1; US5427066A; DE69409741T2; EP0785356A2; DE69409741D1; US5746180A; JPH07167001A; ES2115883T3; ES2146952T3; DE69409743D1; EP0643221A1; JPH07180635A; DE69424448D1; ES2115882T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffzufuhrsystem zum Zuführen von Kraftstoff zu den Einspritzdüsen eines Mehrzylinder- Verbrennungsmotors, umfassend eine nockenangetriebene Hochdruckpumpe, einen Sammelraum, der durch die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt wird, ein Drehverteilerelement, das einen Zufuhrdurchgang aufweist, der hergerichtet ist, um sich der Reihe nach mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen zu decken, wobei die Auslaßöffnungen in einem Gehäuse ausgebildet sind, welches das Verteilerelement trägt und im Gebrauch mit den jeweiligen Einspritzdüsen verbunden ist, eine Ventileinrichtung, die betreibbar ist, um den Zufuhrdurchgang mit dem Sammelraum zu verbinden und dem Motor Kraftstoff zuzuführen, und um den Zufuhrdurchgang mit einem Ablauf zu verbinden, und eine Durchgangseinrichtung, durch welche Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe fließen kann.
Die US-A-5078113 zeigt ein Beispiel eines derartigen Kraftstoffzufuhrsystems, in welchem der Sammelraum einen federbelasteten Kolben aufweist, der innerhalb eines Zylinders untergebracht ist, wobei die Hochdruckpumpe einen Pumpenplunger aufweist, der in federbelastetem Eingriff mit einem motorangetriebenen Nocken steht. Die Hochdruckpumpe ist imstande, Kraftstoff aus einem Zufuhrtank anzusaugen, wobei eine einstellbare Drossel vorgesehen ist, um die der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffmenge zu steuern, wobei die Drossel mit dem Sammelraumkolben gekoppelt ist, um damit bewegt zu werden.
Die PCT/DE93/00330, welche ein Prioritätsdatum vor demjenigen der vorliegenden Erfindung besitzt, die jedoch nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Erfindung veröffentlicht wurde, zeigt ein weiteres Beispiel eines Kraftstoffzufuhrsystems, welches dazu bestimmt ist, Kraftstoff mit einem viel höheren Druck als das in der US-A-5078113 offenbarte System zuzuführen. Der Sammelraum umfaßt eine einfache Kammer, die als in dem Gehäuse der Vorrichtung ausgebildet dargestellt ist. Der Kraftstoffdruck in der Sammelkammer kann durch ein einfaches federbelastetes Entlastungsventil oder durch ein elektromagnetisches Ventil gesteuert werden, das durch ein Steuersystem gesteuert wird, welches ein Drucksignal von einem Sensor empfängt, der auf den Druck im Sammelraum anspricht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffsystem der vorgenannten Art in einer verbesserten Form bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffzufuhrsystem zum Zuführen von Kraftstoff zu den Einspritzdüsen eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors bereitgestellt, umfassend eine nockenangetriebene Hochdruckpumpe, einen Sammelraum, der durch die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt wird, ein Drehverteilerelement, das einen Zufuhrdurchgang aufweist, der hergerichtet ist, um sich der Reihe nach mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen zu decken, wobei die Auslaßöffnungen in einem Gehäuse ausgebildet sind, welches das Verteilerelement trägt und im Gebrauch mit den jeweiligen Einspritzdüsen verbunden ist, eine Ventileinrichtung, die betreibbar ist, um den Zufuhrdurchgang mit dem Sammelraum zu verbinden und dem Motor Kraftstoff zuzuführen, und um den Zufuhrdurchgang mit einem Ablauf zu verbinden, und eine Durchgangseinrichtung, durch welche Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe fließen kann, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die betreibbar sind, um zumindest die Anfangsdurchflußgeschwindigkeit des Kraftstoffs von dem Sammelraum zu dem zugehörigen Motor zu begrenzen, wobei diese Einrichtungen eine zwischen dem Sammelraum und der Ventileinrichtung in Reihe angeordnete Verengung und ein parallel zu der Verengung angeschlossenes Schaltventil aufweisen, wobei das Schaltventil geöffnet ist, wenn ein im wesentlichen unbeschränkter Kraftstofffluß gefordert wird.
Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben, welche eine schematische Darstellung eines Beispiels des erfindungsgemäßen Systems ist.
Unter Bezug auf Fig. 1 weist das Kraftstoffsystem ein Gehäuse auf, in welchem ein drehbares zylindrisches Verteilerelement montiert ist. Das Verteilerelement ist hergerichtet, um in zeitlich gesteuerter Beziehung mit dem zugehörigen Motor mittels einer Antriebswelle gedreht zu werden. Das Verteilerelement enthält einen Zufuhrkanal, der in dem Verteilerelement in Form eines sich nach außen erstreckenden Zufuhrdurchgangs 13 ausgebildet ist und der positioniert ist, um sich der Reihe nach mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen 14 zu decken, von denen lediglich eine gezeigt ist. Die Auslaßöffnungen sind mit in dem Gehäuse ausgebildeten Auslässen 15 verbunden, wobei so viele Auslaßöffnungen und Auslässe vorhanden sind, wie Motorzylinder vorhanden sind. Die Auslässe sind im Gebrauch mit Einspritzdüsen des zugehörigen Motors verbunden, und die üblichen Zufuhrventile können in den jeweiligen Auslässen sitzen.
Der Zufuhrdurchgang 13 kommuniziert mit einer Umfangsnut, die am Umfang des Verteilerelement ausgebildet ist und in ständiger Verbindung mit einem Durchgang 17 steht, der zumindest teilweise in dem Gehäuse ausgebildet ist. Der Durchgang 17 kann durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil 18 entweder mit einem weiteren Durchgang 19, der mit der Sammelkammer 20 verbunden ist, oder mit einem Ablaufkanal 21 kommunizieren.
Das Ventil 18 ist ein Zweistellungsventil, wobei in einer Stellung der Durchgang 17 mit dem Ablauf 21 verbunden ist. In der anderen Stellung ist die Verbindung zu dem Ablauf abgesperrt, und der Durchgang 17 kommuniziert mit dem Durchgang 19. Das Ventil wird durch ein elektromagnetisches Stellglied gesteuert, welches durch ein elektronisches Steuersystem mit Strom versorgt wird. Das Steuersystem dient dazu, die Drehzahl des Motors in Übereinstimmung mit verschiedenen Motorbetriebsparametern und auch in Übereinstimmung mit einem Anforderungssignal zu steuern, welches durch einen Meßwertumformer geliefert wird, der auf die Stellung des dem Motor zugeordneten, fahrergesteuerten Gaspedals des Fahrzeugs reagiert. Das Steuersystem kann ferner Signale empfangen, die die Motortemperatur, Lufttemperatur etc. anzeigen. Zusätzlich empfängt es ein Signal oder Signale von einem Meßwertumformersystem, das auf den Durchgang vorbei am Sensor der auf der Antriebswelle ausgebildeten Zähne reagiert. Aus diesem Signal kann ein Signal hergeleitet werden, das die Motordrehzahl und auch die Motorstellung anzeigt.
Den Moment angenommen, in welchem der Sammler mit Kraftstoff mit hohem Druck gefüllt ist, kann das Ventil 18, wenn der Zufuhrdurchgang 13 sich mit der Auslaßöffnung 14 deckt, betätigt werden, um den Kraftstofffluß von dem Sammler 20 zu der Auslaßöffnung und zu der damit in Verbindung stehenden Kraftstoffeinspritzdüse zu ermöglichen, so daß dem zugeordneten Motor Kraftstoff zugeführt wird. Die Kraftstoffmenge und die zeitliche Einteilung der Zufuhr werden durch Veränderung der Zeitdauer, in welcher das Ventilelement des Ventils 18 in dieser Weise betrieben wird, gesteuert. Wenn das Ventil 18 die Öffnung 14 mit dem Ablauf 21 verbindet, wird der Druck in dem Durchgang 17 und der Nut und dem Zufuhrdurchgang innerhalb des Verteilerelements auf einen Ablaufdruck verringert, der dem Druck innerhalb des Pumpengehäuses entsprechen kann.
In dem Beispiel wird der Sammler mittels einer nockenbetätigten Hochdruckkraftstoffpumpe mit Kraftstoff befüllt, die zweckmäßigerweise in Form eines Paares sich hin- und herbewegender Pumpenplunger 24 ausgebildet ist, die innerhalb einer diametral angeordneten Bohrung angeordnet sind, welche in einem Abschnitt des Verteilerelements ausgebildet ist, das sich aus dem Gehäuse erstreckt. An ihren äußeren Enden stehen die Plunger jeweils mit Schuhen in Eingriff, von denen jeder eine Rolle trägt, die mit der Innenumfangsfläche eines ringförmigen Nockenrings 26 in Eingriff gebracht werden kann. Die Bohrung kommuniziert im Einsatz mit dem Durchgang 19 und daher mittels eines Rückschlagventils 28, welches aus einem oder mehreren Ventilen bestehen kann, mit der Sammelkammer 20. Die Bohrung kommuniziert im Einsatz auch mit einem Einlaßdurchgang, der in dem Verteilerelement ausgebildet ist und der, wenn den Plungern gestattet ist, sich nach außen zu bewegen, mit einer in dem Gehäuse ausgebildeten Füllöffnung oder -öffnungen kommuniziert.
Die Füllöffnungen kommunizieren mit dem Auslaß einer Niederdruckflügelpumpe, deren Drehteil zweckmäßigerweise an dem Drehverteilerelement befestigt ist. Die Pumpe weist einen Kraftstoffeinlaß auf, der über einen üblichen Filter mit einer Kraftstoffquelle verbunden ist. Der Pumpe ist ein Druckbegrenzungsventil 34 zugeordnet, welches eine variable Verbindung zwischen dem Auslaß und dem Einlaß der Pumpe gewährt, um den Kraftstoffzufuhrdruck der Niederdruckpumpe zu steuern. Zweckmäßigerweise ist das Ventil 34 elektrisch gesteuert, wobei die Steuerung durch das Steuersystem bewirkt wird. Das Steuersystem empfängt ferner ein Signal von einem Sensor, der auf den Kraftstoffdruck innerhalb des Sammlers anspricht.
Der Nockenring 26 ist mit einer Vielzahl von Nockennasenpaaren versehen, deren Vorderflanken, in Drehrichtung des Verteilerelements betrachtet, den Plungern eine Einwärtsbewegung verleihen. Während dieser Bewegung befindet sich der Einlaßdurchgang nicht in Deckung mit den Füllöffnungen, so daß der durch die Plunger verdrängte Kraftstoff über das Ventil 28 dem Sammler zugeführt wird. Wenn die Rollen über die Scheitel der Nockennasen laufen, können sich die Plunger nach außen bewegen, und während die Plunger unter dem Einfluß der nachlaufenden Flanken der Nockennasen stehen, steht der Durchgang in Verbindung mit einer Füllöffnung. Wenn diese Verbindung hergestellt ist, kann Kraftstoff von der Niederdruckpumpe zu der Bohrung fließen, wobei die fließende Kraftstoffmenge durch Einstellen des Auslaßdrucks der Niederdruckpumpe unter Verwendung des Steuerventils 34 verändert werden kann. Ein Einstellen des Auslaßdrucks der Niederdruckpumpe verändert die Kraftstoffmenge, welche in die Bohrung aufgrund der beschränkenden Art der Durchgänge fließt, welche den Auslaß der Niederdruckpumpe mit der Bohrung verbinden. Das Steuersystem steuert die Einstellung des Ventils 34 in Abhängigkeit des durch den Druckmeßwertumformer gelieferten Signals. Es ist daher möglich, den Druck im Sammler unter Verwendung des Ventils 34 zu regeln, wobei das Steuerventil 34 lediglich mit Kraftstoff niedrigen Drucks in Kontakt kommt und zur Verwendung mit Kraftstoff niedrigen Drucks ausgelegt werden muß.
Die Fähigkeit, den Druck innerhalb des Sammlers zu regeln, ist ein wichtiger Vorteil des vorliegenden Systems gegenüber den üblichen nockenbetätigten Pumpsystemen, wie etwa der normalen Verteilerpumpe, in welcher die Plunger die Hochdruckpumpe bilden, und der Reihen-/Einspritzpumpe. Das Sicherstellen, daß Kraftstoff durch die Einspritzdüse bei geringen Motordrehzahlen mit einem ausreichend hohen Druck zugeführt wird, bedeutet bei diesen Pumpen, daß bei hohen Motordrehzahlen der Druck höher als erforderlich sein kann. Bei dem beschriebenen System kann der Druck in dem Sammler gesteuert werden, so daß der - Einspritzdruck für alle Motorbetriebsdrehzahlen und -lasten geeignet ist. Desweiteren verkörpert die Konstruktion der Pumpe eine gut bekannte und gut erprobte Technologie.
Das Ventil 18 kann durch zwei Ventile ersetzt werden, die getrennt betätigt werden, wobei ein Ventil dazu dient, im offenen Zustand den Sammler mit dem Durchgang 17 zu verbinden, während das andere dazu dient, im offenen Zustand den Durchgang 17 mit dem Ablauf zu verbinden. Auf diese Weise kann ein Ventil verwendet werden, um die Kraftstoffzufuhr zu starten, und das andere, um die Kraftstoffzufuhr zu beenden. Andere Ventilformen können verwendet werden, wobei zusätzlich die Ventile, anstelle einer ditekten Betätigung durch das Stellglied, unter Verwendung einer hydraulischen oder pneumatischen Anordnung betätigt werden können.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wurde das Maß der nach außen gerichteten Bewegung der Plunger 24 und somit die dem Sammler zugeführte Kraftstoffmenge durch Veränderung des Auslaßdrucks der Niederdruckpumpe unter Verwendung des der Niederdruckpumpe zugeordneten Ventils 34 festgelegt. Weitere Verfahren können verwendet werden, um die nach außen gerichtete Bewegung der Plunger zu steuern. Zum Beispiel könnte der Abgabedruck der Niederdruckpumpe durch ein einfaches Entlastungsventil gesteuert werden, wobei der Kraftstofffluß zu der Bohrung durch ein axial oder winklig einstellbares Drosselventil gesteuert werden könnte, dessen Stellung durch ein elektrisches Stellglied gesteuert werden kann. Das Drosselventil kann in dem Durchgang angeordnet sein, der den Auslaß der Niederdruckpumpe mit der Füllöffnung verbindet, und würde durch das Steuersystem in Abhängigkeit der von dem Sensor gelieferten Signale gesteuert werden. Alternativ könnte ein Dosierpendelelement mit einem elektrisch gesteuerten Hubsteuermechanismus verwendet werden, oder als eine weitere Alternative könnte der zugelassene Hub der Pumpenplunger 24 unter Verwendung einstellbarer mechanischer Anschläge verändert werden. Anstelle einer Steuerung des Drucks in dem Sammler durch Einstellen der durch die Pumpenplunger zugeführten Kraftstoffmenge kann an dem Sammler ein regelbares Entlastungsventil vorgesehen werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Sammler 20 über eine Verengung 70 mit dem Ventil 18 verbunden, wobei parallel zu der Verengung ein Schaltventil 71 vorhanden ist.
Die durch die Plunger 24 gebildete Hochdruckpumpe wird lediglich dazu benutzt, den Sammler 20 zu befüllen, wobei sie zu diesem Zweck über das Rückschlagventil 28 mit dem Sammler verbunden wird. Der Druck innerhalb des Sammlers kann unter Verwendung eines Entlastungsventils gesteuert werden, oder alternativ kann eine wie oben beschriebene Anordnung vorgesehen werden, um das durch die Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffvolumen zu steuern.
Im Betrieb wird das Ventil 71 vor dem Start der Kraftstoffzufuhr geschlossen, wobei sich das Ventil 18 in der Stellung befindet, in welcher die Durchgänge 17 und 21 miteinander in Verbindung stehen. Wenn der Zufuhrdurchgang 13 sich in Deckung mit der Auslaßöffnung 14 bewegt hat, wird das Ventil 18 in seine Stellung bewegt, in welcher die Durchgänge 17 und 19 miteinander verbunden sind, so daß Kraftstoff von dem Sammler 20 zu dem Zufuhrdurchgang 13 fließen kann. Die Fließgeschwindigkeit des Kraftstoffs wird durch die Größe der Verengung 70 gesteuert. Wenn erachtet wird, daß genügend Kraftstoff bei der beschränkten Geschwindigkeit zugeführt wurde, wird das Ventil 71 geöffnet, um einen Kraftstofffluß mit einer im wesentlichen unbeschränkten Geschwindigkeit zu ermöglichen, wobei, wenn dem Motor genügend Kraftstoff zugeführt wurde, das Ventil 18 in seine zweite Stellung bewegt wird, so daß der Kraftstofffluß aus dem Sammler gestoppt wird und der Zufuhrdurchgang 13 zu dem Ablauf entlüftet wird. Bevor die nächste Kraftstoffzufuhr stattfindet, wird das Ventil 71 geschlossen, und der Vorgang wird wiederholt, wobei den Auslässen 14 abwechselnd Kraftstoff zugeführt wird. Die Hochdruckpumpe ist zweckmäßigerweise hergerichtet, um den Sammler jedesmal mit Kraftstoff zu befüllen, wenn eine Kraftstoffzufuhr zu dem zugeordneten Motor stattfindet, wobei sich die Kraftstoffzufuhr durch die Hochdruckpumpe zu dem Sammler fortsetzen kann, während Kraftstoff dem Motor zugeführt wird.

Claims

1. Kraftstoffzufuhrsystem zum Zuführen von Kraftstoff zu den Einspritzdüsen eines Mehrzylinder- Verbrennungsmotors, umfassend eine nockenangetriebene Hochdruckpumpe (24, 26), einen Sammelraum (20), der durch die Hochdruckpumpe mit Kraftstoff befüllt wird, ein Drehverteilerelement, das einen Zufuhrdurchgang (13) aufweist, der hergerichtet ist, um sich der Reihe nach mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen (14) zu decken, wobei die Auslaßöffnungen in einem Gehäuse ausgebildet sind, welches das Verteilerelement trägt und im Gebrauch mit den jeweiligen Einspritzdüsen verbunden ist, eine Ventileinrichtung (18), die betreibbar ist, um den Zufuhrdurchgang (13) mit dem Sammelraum (20) zu verbinden und dem Motor Kraftstoff zuzuführen, und um den Zufuhrdurchgang mit einem Ablauf zu verbinden, eine Durchgangseinrichtung, durch welche Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe fließen kann, gekennzeichnet durch Einrichtungen (70, 71), die betreibbar sind, um zumindest die Anfangsdurchflußgeschwindigkeit des Kraftstoffs von dem Sammelraum (20) zu dem zugehörigen Motor zu begrenzen, wobei diese Einrichtungen eine zwischen dem Sammelraum (20) und der Ventileinrichtung (18) in Reihe angeordnete Verengung (70) und ein parallel zu der Verengung angeschlossenes Schaltventil (71) aufweisen, wobei das Schaltventil geöffnet ist, wenn ein im wesentlichen unbeschränkter Kraftstofffluß gefordert wird.

2. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein elektrisch gesteuertes Drucksteuerungsventil (34), das betreibbar ist, um den Abgabedruck einer Niederdruckpumpe zu steuern, und ein elektronisches Steuersystem zur Steuerung der Funktion des besagten Steuerungsventils (34), wodurch der Abgabedruck der Niederdruckpumpe verändert werden kann, um die durch die Hochdruckpumpe an den Sammelraum abgegebene Kraftstoffmenge zu steuern.

3. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckpumpe eine Flügelpumpe ist.

4. Kraftstoffzufuhrsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Niederdruckpumpe, welche der Hochdruckpumpe durch die Durchgangseinrichtung Kraftstoff zuführt, ein elektrisch gesteuertes Drosselventil in der Durchgangseinrichtung, einen Drucksensor zur Abgabe eines Signals, das dem Kraftstoffdruck in dem Sammelraum entspricht, und ein auf das durch den Drucksensor abgegebene Signal ansprechendes elektronisches Steuersystem zur Steuerung der Funktion des Drosselventils, um dadurch die durch die Hochdruckpumpe an den Sammelraum abgegebene Kraftstoffmenge zu steuern.