DE69418801T2

DE69418801T2 - System zur Steuerung der Voreinspritzung

Info

Publication number: DE69418801T2
Application number: DE69418801T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ishiwata; Nobuhiro Kitahara; Takashi Ohishi
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2014-07-30
Also published as: EP0643215A2; US5482016A; JPH0777124A; EP0643215B1; EP0643215A3; DE69418801D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Voreinspritzung und insbesondere ein System zur Steuerung der Voreinspritzung, mit dem der Voreinspritzzustand einer Einspritzdüse überwacht werden kann und der überwachte Zustand genutzt werden kann, um stabile Voreinspritzung zu gewährleisten.

ERKLÄRUNG ZUM STAND DER TECHNIK

Bei Dieselmotoren wird die Kraftstoffeinspritzung gewöhnlich in eine Voreinspritzung (Anfangseinspritzung) und eine darauffolgende Haupteinspritzung unterteilt, um die Zündverzögerung zu verringern, die Erzeugung von Stickoxiden zu verhindern und das Verbrennungsgeräusch zu verringern.
Die Voreinspritzungssteuerung ist jedoch schwierig, da die Kraftstoffmenge, die während der Voreinspritzung in jeden Dieselmotorzylinder eingespritzt wird, auf einen außerordentlich geringen Wert reguliert werden muß, der beispielsweise in der Größenordnung von 5 mm³/Hub liegt, und darüber hinaus die Einspritzmenge außerordentlich empfindlich auf den Ventilöffnungsdruck der Kraftstoffeinspritzdüse anspricht.
Es ist daher, wie in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Sho 63-18156 und Hei 4-175438 gelehrt, beispielsweise vorgeschlagen worden, eine Einrichtung vorzusehen, die das Vorhandensein/Nichtvorhandensein bzw. die Menge der Voreinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzdüse erfaßt und die Voreinspritzung auf der Grundlage der Erfassung regelt. Bei diesem Verfahren muß jedoch jede Kraftstoffeinspritzdüse bzw. jeder Zylinder, der mit einer Kraftstoffeinspritzdüse versehen ist, mit einem Sensor ausgestattet sein, der den Voreinspritzzustand erfaßt. Dadurch entsteht ein komplexes und kostenaufwendiges Steuerungssystem.
Diese Erfindung wurde angesichts des obenbeschriebenen Problems gemacht, und ihre Aufgabe besteht darin, ein Steuerungssystem für die Voreinspritzung zu schaffen, mit dem stabile Voreinspritzung mit einem einfachen Steuerungssystem gewährleistet werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder haben herausgefunden, daß:
1. Bei der Voreinspritzung ein gewisser Grad der Verschlechterung der Kraftstoffeinspritzmengensteuerung toleriert werden kann, wenn die Einspritzmenge innerhalb eines bestimmten Bereiches bleibt,
2. wenn die ideale Voreinspritzmenge pro Zylinder beispielsweise 5 mm³/Hub beträgt, die Verbrennung weder durch wiederholte noch durch einfache Abweichung von diesem Wert beeinträchtigt wird, wenn die Voreinspritzmenge innerhalb des Bereiches von 1 bis 8 mm³/Hub bleibt,
3. die Auswirkung auf die Verbrennung für den Fall, daß die Voreinspritzmenge zu niedrig ist, geringer ist als für den Fall, daß sie zu hoch ist, und
4. obwohl das völlige Fehlen von Voreinspritzung (Voreinspritzmenge 0) zu Problemen führt, bereits eine kleine Menge reicht.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieses Wissens gemacht und nutzt die Tatsache, daß die Voreinspritzmenge einer Düse eine Funktion des Ventilöffnungsdrucks der Düse ist, und daß es möglich ist, die Einspritzmengen einer Vielzahl von Einspritzdüsen wirksam zu steuern, indem die Einspritzmenge einer Einspritzdüse aus der Vielzahl von Einspritzdüsen überwacht und gesteuert wird, deren Ventilöffnungsdruck etwas höher eingestellt wurde als der der anderen Düsen. Das heißt, die Erfindung schafft ein System zur Steuerung des Voreinspritzdrucks zum Einsatz in einem Kraftstoffeinspritzsystem, das eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen steuert, um Voreinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder eines Verbrennungsmotors vor dem Ausführen der Haupteinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder auszuführen, wobei das System eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen, die jeweils mit einem Ventil mit einem bestimmten Ventilöffnungsdruck versehen sind, wobei der Ventilöffnungsdruck wenigstens einer der Kraftstoffeinspritzdüsen geringfügig höher eingestellt ist als der Ventilöffnungsdruck der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen und diese als Bezugsdüse bezeichnet wird, eine Einrichtung, die das Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Voreinspritzung bzw. einer Menge, die der Voreinspritzmenge der wenigstens einen Bezugsdüse entspricht, als erfaßte Voreinspritzinformation erfaßt, und eine Einrichtung umfaßt, die die Voreinspritzmenge der wenigstens einen Bezugsdüse auf der Grundlage der erfaßten Voreinspritzinformation regelt.
Obwohl verschiedene Mechanismen eingesetzt werden können, um die Voreinspritzmenge zu regeln, kann die Voreinspritzung besonders einfach geregelt werden, indem eine Kraftstoffeinspritzpumpe genutzt wird, die mit einem Vorhub-Reguliermechanismus versehen ist, und indem die Voreinspritzmenge durch Veränderung des Vorhubs der Kraftstoffeinspritzpumpe geregelt wird.
Bei dem System zur Steuerung der Voreinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Voreinspritzmenge der Kraftstoffeinspritzdüse mit dem höheren Ventilöffnungsdruck (der Bezugsdüse) geringer als die der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen. Daher wird es, wenn nur die Bezugsdüse auf eine sehr geringe Voreinspritzmenge geregelt wird, möglich, die Voreinspritzung zuverlässig zu gewährleisten und zu verhindern, daß die Voreinspritzmenge zu groß wird, und zwar selbst für die anderen Kraftstoffeinspritzdüsen, die nicht geregelt werden, so daß günstige Voreinspritzung in allen Zylindern erzielt werden kann.
Da die Erfindung stabile Steuerung der Voreinspritzung ermöglicht, ohne daß ein Sensor an jeder Kraftstoffeinspritzdüse vorhanden sein muß, ist das System gemäß der Erfindung einfach aufgebaut und kann zu niedrigen Kosten hergestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems 2, das mit einem System 1 zur Steuerung der Voreinspritzung versehen ist, das eine Ausführung der Erfindung darstellt.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzpumpe 21, die in einer Kraftstoffeinspritzeinheit 3 der Ausführung in Fig. 1 vorhanden ist, und ist insbesondere eine Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzpumpe 21, die mit einem Vorhub-Reguliermechanismus ausgestattet ist.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Vertikalschnittansicht eines wichtigen Teils der Ausführung in Fig. 1, die den Zustand zum Beginn der Voreinspritzung zeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Voreinspritzmenge Q der Ausführung in Fig. 1 mit der Geschwindigkeit des Kolbens 25 der Kraftstoffeinspritzpumpe ändert.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Voreinspritzmenge Q der Ausführung in Fig. 1 mit dem Düsen-Ventilöffnungsdruck bei einem festen Vorhub ändert.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das zeigt, wie sich die Voreinspritzmenge Q der Ausführung in Fig. 1 mit dem Düsen-Ventilöffnungsdruck bei verschiedenen Vorhüben ändert.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Vorgänge zur Steuerung des Vorhubs bei der Ausführung in Fig. 1.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Eine Ausführung des Systems zur Steuerung der Voreinspritzung gemäß der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 7 beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems 2, das mit einem System 1 zur Steuerung der Voreinspritzung gemäß der Erfindung versehen ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem 2 weist das System 1 zur Steuerung der Voreinspritzung, eine Kraftstoffeinspritzeinheit 3, eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzröhren 4 sowie eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen 5 auf.
Das System 1 zur Steuerung der Voreinspritzung weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU) 6 auf, die als Steuereinrichtung dient, einen Voreinspritzsensor 7, der als Erfassungseinrichtung dient, einen Vorhub-Betätigungselement- Sensor 8, einen Zahnstangensensor (rack sensor) 9, einen Drehungssensor 10 sowie einen Gaspedalsensor 11.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 5 ist für jeden Zylinder des Motors vorhanden. Wenigstens eine der Kraftstoffeinspritzdüsen 5, beispielsweise die oberste Kraftstoffeinspritzdüse 5 in der Figur, wird als Bezugsdüse 5A bezeichnet und, bei ihr wird Erfassung ausgeführt und ihre Druckfeder (nicht dargestellt) wird so gewählt, daß ihr Düsen-Ventilöffnungsdruck einen Wert hat, der geringfügig über dem der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen 5 liegt. Der Voreinspritzsensor 7 ist an der Bezugsdüse 5A vorhanden.
Bei einem Sechszylinder-Motor wird der Ventilöffnungsdruck lediglich der Bezugsdüse 5A auf 207 ± 3/cm² festgelegt, während der der anderen fünf Kraftstoffeinspritzdüsen 5 auf 200 ± 3 kg/cm² festgelegt wird.
Die CPU 6 überwacht das Signal von dem Voreinspritzsensor 7 an der Bezugsdüse 5A und steuert die Voreinspritzung der Bezugsdüse 5A auf der Grundlage des überwachten Signals.
Es ist nicht notwendig, jeden der Zylinder des Motors mit einem Voreinspritzsensor 7 zu versehen, und es reicht, wenn als Minimum lediglich einer an der Bezugsdüse 5A vorhanden ist.
Der Voreinspritzsensor 7 kann aus verschiedenen Typen ausgewählt werden. Obwohl ein Sensor ausreicht, der nur das Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Voreinsprit zung erfaßt, ist es auch möglich, einen Sensor einzusetzen, der die Voreinspritzmenge messen kann. Der Sensor kann beispielsweise ein Düsen-Nadelventil-Hubsensor vom Hall-Typ, Kontakt-Typ oder vom piezoelektrischen Typ sein, ein Brennkammerdruck- Sensor oder ein Motorschwingungssensor.
Die CPU 6 des Systems 1 zur Steuerung der Voreinspritzung führt Einspritzregelung lediglich in bezug auf den Zylinder aus, der zu der Bezugsdüse 5A gehört, deren Ventilöffnungsdruck etwas höher eingestellt wurde.
Da der höhere Ventilöffnungsdruck der Bezugsdüse 5A die Voreinspritzung in dem zu der Bezugsdüse 5A gehörenden Zylinder am meisten erschwert, gewährleistet die Steuerung der Voreinspritzmenge in diesem Zylinder auf einen geringen Wert nicht nur, daß die Voreinspritzung in den anderen Zylindern konstant erreicht wird, sondern auch, daß die Voreinspritzmenge nicht zu groß ist.
Im folgenden wird der Aufbau der Kraftstoffeinspritzeinheit 3 unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 ausführlich erläutert.
Fig. 2 zeigt eine der Kraftstoffeinspritzpumpen, mit denen die Kraftstoffeinspritzeinheit 3 versehen ist. Das heißt, sie zeigt eine vertikale Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzpumpe 21, die mit einem Vorhub-Reguliermechanismus versehen ist. Die Kraftstoffeinspritzpumpen 21 sind in einem Pumpengehäuse 22 ausgebildet, das mit so vielen vertikalen Bohrungen 23 versehen ist, wie der Motor Zylinder hat. In das Innere jeder vertikalen Bohrung 23 ist eine untere Kolbenhülse 24 eingepaßt und an dem Pumpengehäuse 22 befestigt, und in die Kolbenhülse 24 ist ein Kolben 25 eingeführt, der sich darin ungehindert drehen sowie nach oben und nach unten bewegen kann.
Das obere Ende des Kolbens 25 erstreckt sich in eine obere Kolbenhülse 26, die über die untere Kolbenhülse 24 an dem Pumpengehäuse 22 befestigt ist. Ein Auslaßventil 27 ist im Inneren der oberen Kolbenhülse 26 so angeordnet, daß eine Kraftstoffverdichtungskammer 28 zwischen ihm und dem Kolben 25 gebildet wird. Das obere Ende des Auslaßventils 27 ist mit einem Kraftstoffauslaß 29 versehen, der mit einer der Kraftstoffeinspritzdüsen 5 oder der Bezugsdüse 5A über eine der Kraftstoffeinspritzröhren 4 versehen ist.
Das untere Ende des Kolbens 25 liegt an einem Mitnehmer 32 an, der auf einem Nocken 31 aufsitzt, der an einer Nockenwelle 30 angebracht ist. Die Nockenwelle 30 ist mit dem Motor verbunden und wird von ihm gedreht. Der Kolben 25 wird über den Mitnehmer 32 durch eine Feder 33 mit dem Nocken 31 in Kontakt gehalten, so daß er sich vertikal hin- und herbewegt, wenn sich der Nocken 31 zusammen mit der Nockenwelle 30 dreht.
Der Kolben 25 ist des weiteren mit einer Führungsfläche (driving face) 34 versehen, die mit einer Buchse 35 in Eingriff ist, um die Einspritzmenge zu regulieren. Die Buchse 35 ist des weiteren mit einem Vorsprung 36 in Eingriff, der seinerseits mit einer Zahnstange 37 in Eingriff ist, um die Einspritzmenge zu regulieren. Die Zahnstange 37 ist mit dem Gaspedal (nicht dargestellt) so verbunden, daß sie senkrecht zum Zeichnungsblatt bewegt wird, wenn das Gaspedal gedrückt und losgelassen wird. Dadurch dreht die Buchse 35 den Kolben 25 proportional zu dem Betrag, um den das Gaspedal getreten wird.
So kann der effektive Druckhub für die Kraftstoffeinspritzung durch die Drehung des Kolbens 25 reguliert werden, die von der Zahnstange 37 erzeugt wird.
Der in Fig. 1 dargestellte Zahnstangensensor 9 ist an der Zahnstange 37 angebracht.
Des weiteren ist eine Steuerbuchse 38 über das obere Ende des Kolbens 25 gepaßt und kann darauf verschoben werden. Die Steuerbuchse 38 ist an ihrer linken Seite in Fig. 2 mit einer vertikalen Führungsnut 39 versehen, und an ihrer rechten Seite in der gleichen Zeichnung mit einer Quer-Eingriffsnut 40. Ein Führungsstift 41, der an der unteren Kolbenhülse 24 ausgebildet ist, ist in die Führungsnut 39 eingepaßt, und das Eingriffselement 43 einer Zeitsteuerstange 42 ist in die Eingriffsnut 40 eingepaßt.
Die Zeitsteuerstange 42 ist in einer Querbohrung 44 des Pumpengehäuses 22 mit Lagern (nicht dargestellt) drehbar gelagert.
Der Vorhub kann reguliert werden, indem die Zeitsteuerstange 42 gedreht wird, um die Steuerbuchse 38 anzuheben und abzusenken.
Das heißt, wenn die Zeitsteuerstange 42, in Fig. 2 gesehen, im Uhrzeigersinn (nach vorn) oder entgegen dem Uhrzeigersinn (nach hinten) gedreht wird, dreht sich das Eingriffselement 43 der Zeitsteuerstange 42 zusammen mit ihr. Diese Drehung des Eingriffselementes 43 bewirkt vertikale Bewegung der Steuerbuchse 38, so daß die vertikale Positionsbeziehung zwischen dem Kolben 25 und der Steuerbuchse 38 verändert wird.
Dadurch kann der Vorhub des Kolbens 25, d. h. der Abstand zwischen der Steuerbuchse 38 und der Position eines Ansaug-und-Auslaß-Lochs 47 (weiter unten erläutert), wenn sich der Kolben 25 an seinem unteren Totpunkt befindet, reguliert werden.
Das heißt, die Strecke, die der Kolben 25 zwischen seinem unteren Totpunkt und dem Punkt zurücklegt, an dem das Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 verschlossen ist, ist der Vorhub des Kolbens 25, und die Zeit, zu der das Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 verschlossen ist, markiert den Beginn der Haupt-Kraftstoffeinspritzung.
Wenn die Zeitsteuerstange 42 im Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß die Steuerbuchse 38 angehoben wird, wird der Vorhub größer, und der Beginn der Hauptkraftstoffeinspritzung wird verzögert (Späteinspritzen). Dadurch wird es möglich, eine hohe Einspritzrate (Kraftstoffeinspritzmenge pro Drehwinkeleinheit der Nockenwelle 30, d. h. Rate der Veränderung der Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Zeit) zu erzielen, die sich für den unteren Motordrehzahlbereich eignet.
Wenn die Zeitsteuerstange 42 hingegen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, bewegt sich die Steuerbuchse 38 nach unten, so daß der Vorhub verkürzt wird. So kommt es früher zur Einspritzung (Früheinspritzen), so daß eine geringere Einspritzrate erreicht wird, die sich für den oberen Motordrehzahlbereich eignet. Die absolute Einspritzmenge nimmt jedoch zu.
Die Zeitsteuerstange 42 ist mit einem Vorhub-Betätigungselement 45 verbunden, um sie zu drehen. Das Vorhub-Betätigungselement 45, bei dem es sich um einen Schrittmotor oder dergleichen handeln kann, ist mit dem daran angebrachten Vorhub-Betätigungssensor 8 versehen (siehe Fig. 1).
Der verschiebbar in der unteren Kolbenhülse 24 aufgenommene Kolben 25 wird in der unteren Kolbenhülse 24 und der oberen Kolbenhülse 26 durch die Drehung des Motors hin- und herbewegt, die über die Nockenwelle 30 und die Nocken 31 auf ihn übertragen wird. Dadurch wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 46 in die Kraftstoffverdichtungskammer 28 angesaugt und wird anschließend aus dem Kraftstoffauslaß 25 und über die dazugehörige Kraftstoffeinspritzröhre 4 in die damit verbundene Kraftstoffeinspritzdüse 5 bzw. 5A gedrückt, so daß er in den dazugehörigen Zylinder eingespritzt wird.
Das heißt, der Kolben 25 weist das Kraftstoffansaug-und-Auslaß-Loch 47 auf, das sich radial erstreckt und eine Kraftstoffansaugkanalöffnung in den Kraftstoffbehälter 46 hinein bildet, ein mittiges Verbindungsloch 48, das axial in seiner Mitte ausgebildet ist und das Kraftstoffansaug-und-Auslaß-Loch 47 mit der Kraftstoffverdichtungskammer 28 verbindet, eine schräge Steuernut 49, die an seiner Außenseite ausgebildet ist, sowie eine vertikale Nut 50, die die schräge Steuernut 49 mit der Öffnung des Kraftstoffansaug-und-Auslaß-Lochs 47 verbindet.
Des weiteren ist die Steuerbuchse 38, die verschiebbar auf den Kolben 25 aufgepaßt ist, mit einem Haupteinspritz-Absperrkanal 51 versehen, der radial durch sie hindurchverläuft.
Der Haupteinspritz-Absperrkanal 51 ist an einer Position in vertikaler Richtung angeordnet, die es ermöglicht, daß er je nach der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens 25 mit der schrägen Steuernut 49 in Verbindung steht.
Der Kraftstoffbehälter 46 steht mit einem Kraftstoffeinlaß 52 über die Querbohrung 44 in Verbindung, die in dem Pumpengehäuse 22 ausgebildet ist.
Während die schräge Steuernut an dem Kolben 25 vorhanden ist, und der Absperrkanal 51 an der Steuerbuchse 38 für die Haupteinspritzung vorhanden ist, ist der Kolben 25 darüber hinaus, wie in der vergrößerten Ansicht in Fig. 3 dargestellt, mit einem Überlaufschlitz (spill slit) 53 versehen, und die Steuerbuchse 38 ist des weiteren mit einem Absperrkanal 54 zum Einsatz bei der Haupteinspritzung versehen.
Der Voreinspritz-Überlaufschlitz 53 ist an einer vorgegebenen Länge quer zur Außenfläche des Kolbens 25 an der Seite des Ansaug-und-Auslaß-Lochs 47 und der vertikalen Nut 50 gegenüber von der Seite ausgebildet, an der die schräge Steuernut 49 ausgebildet ist, so daß er mit dem Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 des Kolbens 25 in Verbindung steht.
Der Voreinspritz-Absperrkanal 54 ist in der Steuerbuchse 38 an einer Position ausgebildet, die der Position des Voreinspritz-Überlaufschlitzes 53 in der axialen Richtung des Kolbens 25 entspricht.
Der Voreinspritz-Absperrkanal 54 besteht aus einem kleinkalibrigen Abschnitt 54A und einem großkalibrigen Abschnitt 54B und ist an einem niedrigeren Teil der Steuerbuchse 38 ausgebildet als der Haupteinspritz-Absperrkanal 51.
Die Funktion der so aufgebauten Kraftstoffeinspritzpumpe 21 wird im folgenden kurz erläutert:
Kurz nachdem der Kolben 25 von seinem unteren Totpunkt nach oben steigt, wird das Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 zum Kraftstoffbehälter 46 hin geöffnet. Da der Kraftstoffbehälter 46 und die Kraftstoffverdichtungskammer 28 über das Ansaug-und-Auslaß- Loch 47 und das mittige Verbindungsloch 48 miteinander in Verbindung stehen, steigt der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffverdichtungskammer 28 nicht an, und so bleibt das Auslaßventil 27 geschlossen.
Fig. 3 zeigt die Situation zum Beginn der Voreinspritzung während des eigentlichen Auslaßens von Kraftstoff. Dabei ist der Kolben 25 bis an den Punkt angestiegen, an dem das Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 mit dem unteren Abschnitt der Steuerbuchse 38 verschlossen ist. Dadurch steigt der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffverdichtungskammer 28 solange an, bis er einen Pegel erreicht, der über dem Ventilöffnungsdruck des Auslaßventils 27 liegt, so daß sich das Auslaßventil 27 öffnet. So tritt der Kraftstoff aus dem Kraftstoffauslaß 29 aus und wird der dazugehörigen Kraftstoffeinspritzdüse 5 bzw 5A mit hohem Druck zugeführt. An diesem Punkt beginnt die Voreinspritzung.
Beim weiteren Ansteigen des Kolbens 25 wird Verbindung zwischen dem Voreinspritz- Überlaufschlitz 53 und dem kleinkalibrigen Abschnitt 54A des Voreinspritz-Absperrkanals 54 der Steuerbuchse 38 hergestellt, so daß der Kraftstoff in der Kraftstoffverdichtungskammer 28 in den Kraftstoffbehälter 46 überläuft und die Voreinspritzung beendet wird.
Anschließend wird, wenn der Kolben 25 weiter ansteigt, die Verbindung des Voreinspritz-Überlaufschlitzes 53 mit dem kleinkalibrigen Abschnitt 54A des Voreinspritz- Absperrkanals 54 unterbrochen, so daß die Kraftstoffverdichtungskammer 28 wieder verschlossen wird. An diesem Punkt beginnt die Haupteinspritzung.
Anschließend wird die Haupteinspritzung beendet, wenn die schräge Steuernut 49 auf den Absperrkanal 51 ausgerichtet ist.
Das heißt, beim weiteren Anstieg des Kolbens 25 wird Verbindung der schrägen Steuernut 49, die bisher mit dem Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 in Verbindung stand, mit dem Haupteinspritz-Absperrkanal 50 der Steuerbuchse 38 hergestellt, so daß der Absperrkanal 51 mit der Kraftstoffverdichtungskammer 28 über die schräge Steuernut 49, die vertikale Nut 50, das Ansaug-und-Auslaß-Loch 47 und das mittige Verbindungsloch 48 in Verbindung kommt. Dadurch tritt der Kraftstoff in der Kraftstoffverdichtungskammer 28 in den Kraftstoffbehälter 46 aus, so daß der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverdichtungskammer 28 bis an den Punkt sinkt, an dem sich das Ablaßventil 27 schließt, so daß die Einspritzung (die Zufuhr von unter Druck stehendem Kraftstoff) beendet wird.
Anschließend wird, wenn der Kolben 25 sich nach unten bewegt, aufgrund des Unterdrucks in der Kraftstoffverdichtungskammer 28 Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 46 in die Kraftstoffverdichtungskammer 28 angesaugt.
Des weiteren kann die Zeitsteuerstange 42 mit dem Vorhub-Betätigungselement 55 in beide Richtungen gedreht werden, um die Steuerbuchse 38 anzuheben oder abzusenken und so den Vorhub, d. h. den Kraftstoffeinspritz-Zeitpunkt, zu regulieren.
Die Faktoren, die die Voreinspritzmenge bzw. den Voreinspritzhub bestimmen, sind der Abstand L1 zwischen der Unterkante des Ansaug-und-Ablass-Lochs 47 des Kolbens 25 und der Oberkante des Voreinspritz-Überlaufschlitzes 53 sowie der Abstand L2 zwischen der Unterkante der Steuerbuchse 38 und der Unterkante des kleinkalibrigen Abschnitts 54A des Voreinspritz-Absperrkanals 54, wobei der Voreinspritzhub L2 - L1 entspricht.
Es ist daher möglich, den Voreinspritzhub (L2 - L1) zu regulieren, indem die Zeitsteuerstange 42 betätigt wird, um die Steuerbuchse 38 in bezug auf den Kolben 25 anzuheben und abzusenken.
Ein spezielles Beispiel des Voreinspritz-Steuervorgangs ist in dem Diagramm in Fig. 4 dargestellt. Wie zu sehen ist, ändert sich die Voreinspritzmenge Q linear zu der Kolbengeschwindigkeit.
Die Geschwindigkeit des Kolbens 25 ändert sich in Abhängigkeit von der Winkelposition, an die der Nocken 31, mit dem der wirksame Einspritzhub gesteuert wird, durch die Nockenwelle 30 gedreht worden ist.
Des weiteren kann die Voreinspritzmenge Q, da sich der durch die Winkelposition des Nockens 31 bestimmte Vorhub je nach der vertikalen Position der Steuerbuchse 38 ändert, reguliert werden, indem die Steuerbuchse 38 nach oben und nach unten bewegt wird, um den Vorhub einzustellen.
Bei einem festen Vorhub nimmt, wie in Fig. 5 dargestellt, die Voreinspritzmenge Q linear mit zunehmendem Düsen-Ventilöffnungsdruck ab, und die Voreinspritzmenge Q wird, wie in Fig. 6 dargestellt, unter Ausnutzung der Tatsache gesteuert, daß die Voreinspritzmenge Q mit zunehmendem Vorhub ansteigt.
Da der Düsen-Ventilöffnungsdruck der Bezugsdüse 5A geringfügig höher eingestellt ist als der der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen 5, ist es, wenn der Vorhub so gesteuert wird, daß die Voreinspritzmenge der Bezugsdüse 5A in einen vorgegebenen Bereich fällt, automatisch möglich, die Voreinspritzmengen der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen 5 bei dem gleichen Vorhub so zu steuern, daß sie in einem geringfügig höheren Bereich liegen als die der Bezugsdüse 5A.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Vorhub-Steuervorgänge. Die Steuerroutine beginnt mit Schritt S1, in dem die Betriebszustände, wie beispielsweise die Motordrehzahl und die Motorlast, von dem Drehungssensor 10, dem Gaspedalsensor 11 usw. eingelesen werden.
Im folgenden Schritt S2 wird ein Soll-Vorhub (Ps.soll), der den eingelesenen Zuständen entspricht, aus einer Vorhub-Tabelle ausgelesen, die in der CPU 6 gespeichert ist. Die Vorhub-Tabelle besteht aus Vorhüben, die so festgelegt werden, daß in Reaktion auf bestimmte Motordrehzahl- und Lastzustände geeignete Voreinspritzmengen Q hergestellt werden.
In Schritt S3 sendet die CPU 6 ein Signal (Ps.soll + Ps.con), das einen Vorhub-Steuerbetrag darstellt, an das Vorhub-Betätigungselement 45, das in Reaktion darauf die Steuerbuchse 38 anhebt bzw. absenkt, um einen entsprechenden Vorhub herzustellen (Ps.con ist ein Steuerkorrekturwert).
In Schritt S4 wird festgestellt, ob die geeignete Voreinspritzmenge Q vorliegt, und wenn dies nicht der Fall ist, geht die Steuerung zu Schritt S5 über, in dem festgestellt wird, ob die Voreinspritzmenge Q zu groß ist. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S6 Ps.con durch (Ps.con - ΔPs) ersetzt, und wenn dies nicht der Fall ist, wird in Schritt S7 Ps.con durch (Ps.con - ΔPs) ersetzt. (ΔPs ist ein geringer Wert zur Regulierung des Steuerkorrekturwertes Ps.con).
Die beschriebenen Steuervorgänge werden wiederholt, um die Voreinspritzmenge Q der Bezugsdüse 5A so zu steuern, daß sie nicht über einem vorgegebenen Wert liegt.
Aus der obenstehenden Erläuterung wird ersichtlich, daß, wenn die Voreinspritzmenge Q der Bezugsdüse 5A nicht über einem vorgegebenen Wert liegt, die Voreinspritzmengen Q der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen 5 notwendigerweise dem vorgegebenen Wert entsprechen oder darüber liegen. Daher ist es, wenn der Zustand der Voreinspritzung durch die Bezugsdüse 5A überwacht und gesteuert wird, nicht erforderlich, die anderen Kraftstoffeinspritzdüsen 5 zu überwachen bzw. zu steuern.
Die obenstehende Beschreibung wurde unter Bezugnahme auf den Fall erläutert, daß die Voreinspritzmenge durch Regulierung des Vorhubes gesteuert wird. Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz eines Mechanismus zum Einstellen des Vorhubs beschränkt, sondern es können statt dessen verschiedene andere Steuermechanismen genutzt werden, mit denen die Voreinspritzmenge einer Kraftstoffeinspritzdüse, deren Ventilöffnungsdruck geringfügig höher eingestellt wurde als der der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen, in einem geeigneten Bereich reguliert werden kann.
Wie aus der obenstehenden Beschreibung ersichtlich wird, wird bei der vorliegenden Erfindung der Ventilöffnungsdruck wenigstens einer Kraftstoffeinspritzdüse höher eingestellt als der der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen, und die Voreinspritzung an dem den zu den Kraftstoffeinspritzdüsen mit dem höheren Ventilöffnungsdruck gehörenden Zylindern überwacht und gesteuert. Da bei dieser Anordnung die Notwendigkeit, die Voreinspritzung an allen Kraftstoffeinspritzdüsen zu überwachen und zu steuern, wegfällt, ist stabile Voreinspritzung mit einem kostengünstigen System möglich.

Claims

1. System zur Steuerung des Voreinspritzdrucks zum Einsatz in einem Kraftstoffeinspritzsystem, das eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen steuert, um Voreinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder eines Verbrennungsmotors vor dem Ausführen der Haupteinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder auszuführen, wobei das System umfaßt:

eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen, die jeweils mit einem Ventil mit einem bestimmten Ventilöffnungsdruck versehen sind, wobei der Ventilöffnungsdruck wenigstens einer der Kraftstoffeinspritzdüsen geringfügig höher eingestellt ist als der Ventilöffnungsdruck der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen und diese als Bezugsdüse bezeichnet wird,

eine Einrichtung, die das Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Voreinspritzung bzw. einer Menge, die der Voreinspritzmenge der wenigstens einen Bezugsdüse entspricht, als erfaßte Voreinspritzinformation erfaßt, und eine Einrichtung, die die Voreinspritzmenge der wenigstens einen Bezugsdüse auf der Grundlage der erfaßten Voreinspritzinformation regelt.

2. System zum Steuern der Voreinspritzung nach Anspruch 1, wobei die Voreinspritzmenge der Bezugsdüse geringfügig niedriger eingestellt wird als die der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen.

3. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 1, wobei die Voreinspritzmengen der anderen Kraftstoffeinspritzdüsen nicht geregelt werden.

4. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinrichtung ein Voreinspritzmengen-Sensor ist.

5. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung einen Speicher umfaßt und einen Sollsteuerwert benutzt, der aus einer Steuerwert-Tabelle, die zuvor in dem Speicher gespeichert worden ist, abgerufen wird, um die Regelung auf der Grundlage der erfaßten Voreinspritzinformation auszuführen.

6. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzpumpen umfaßt, die mit Vorhub-Reguliermechanismen versehen sind.

7. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung den Vorhub der Kraftstoffeinspritzpumpen, die mit Vorhub-Reguliermechanismen ausgestattet sind, reguliert.

8. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung einen Speicher umfaßt und einen Soll-Vorhub benutzt, der aus einer Vorhub-Tabelle, die zuvor in dem Speicher gespeichert worden ist, abgerufen wird, um die Regelung auf der Grundlage der erfaßten Voreinspritzinformation auszuführen.

9. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 8, das des weiteren einen Drehungssensor umfaßt, der die Motordrehzahl erfaßt, sowie einen Gaspedalsensor, der die Motorlast erfaßt, wobei die Steuereinrichtung die erfaßte Motordrehzahl und -last als Adressendaten nutzt, um aus der Vorhub-Tabelle einen Soll-Vorhub abzurufen, mit dem eine Voreinspritzmenge erzeugt wird, die für die erfaßte Motordrehzahl und -last geeignet ist.

10. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 9, das des weiteren ein Vorhub-Betätigungselement umfaßt, das den Vorhub-Reguliermechanismus betätigt, wobei die Steuereinrichtung die Regelung des Vorhubs ausführt, indem ein Soll-Vorhub aus der Vorhub-Tabelle abgerufen wird, ein Vorhub-Steuergrößensignal auf der Grundlage des abgerufenen Soll-Vorhubs an das Vorhub- Betätigungselement ausgegeben wird, die Voreinspritzmenge aus dem Aus gang der Erfassungseinrichtung bestimmt wird, und ein geringfügiger Wert zum Regulieren eines Vorhubsteuerungs-Korrekturwertes an das Vorhub- Betätigungselement ausgegeben wird.

11. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 6, wobei jede Kraftstoffeinspritzpumpe mit einem Vorhub-Reguliermechanismus einen Kolben umfaßt, der von dem Motor so angetrieben wird, daß er sich vertikal hin- und herbewegt, sowie eine verschiebbar auf den Kolben aufgepaßte Steuerbuchse, wobei der Vorhub zur Steuerung der Voreinspritzmenge reguliert wird, indem die Position der Steuerbuchse in bezug auf die vertikale Länge des Kolbens verändert wird.

12. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 11, wobei die Kraftstoffeinspritzpumpen mit Vorhub-Einstellmechanismen eine Einspritzmengen- Regulierzahnstange umfassen, die die Kolben dreht, einen Zahnstangensensor, der mit der Einspritzmengen-Regulierzahnstange verbunden ist, ein Vorhub- Betätigungselement, das die Position der Steuerbuchsen in bezug auf die vertikale Länge der Kolben verändert, sowie einen Vorhub-Betätigungselement- Sensor, der mit dem Vorhub-Betätigungselement verbunden ist, wobei die Erfassungssignale des Zahnstangensensors und des Vorhub-Betätigungselement-Sensors in die Steuereinrichtung eingegeben werden.

13. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 11, wobei jeder Kolben mit einer schrägen Steuernut und einem Voreinspritz-Überlaufschlitz versehen ist, und jede Steuernut mit einem Haupteinspritz-Absperrkanal versehen ist, und die schräge Steuernut auf den Haupteinspritz-Absperrkanal ausgerichtet wird und der Voreinspritz-Überlaufschlitz auf den Voreinspritz-Absperrkanal ausgerichtet wird, wenn sich der Kolben nach oben bewegt.

14. System zur Steuerung der Voreinspritzung nach Anspruch 13, wobei der Kolben mit einem Ansaug-und-Auslaß-Loch versehen ist, das mit der schrägen Steuernut in Verbindung steht, und der Voreinspritzhub (L2 - L1) entspricht, wobei L1 der Abstand zwischen der Unterkante des Ansaug-und-Auslaß-Lochs und der Oberkante des Voreinspritz-Absperrkanals ist und L2 der Abstand zwi schen der Unterkante der Steuerbuchse und der Unterkante des Voreinspritz- Absperrkanals.