DE69731241T2

DE69731241T2 - Hochdruckpumpe für Dieselmotor-Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE69731241T2
Application number: DE69731241T
Authority: DE
Inventors: Tadaaki Nishio-shi Makino; Shigeiku Nishio-shi Enomoto
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: US6016790A; EP1221552A2; EP1221552A3; EP0816672A3; DE69731241D1; DE69720603T2; EP1221552B1; EP0816672A2; DE69720603D1; EP0816672B1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf eine Verbesserung bei einer Hochdruckpumpe zur Verwendung in einem Common-rail-Einspritzsystem für Dieselmotoren, das dem Motor Hochdruckkraftstoff zuführt.
2. Hintergrund des Standes der Technik
Ein Common-rail-Einspritzsystem ist als ein System zum Kraftstoffeinspritzen für Dieselmotoren bekannt. Die japanische Patenterstveröffentlichung 64-73166 offenbart ein herkömmliches Common-rail-Einspritzsystem. Dieses Common-rail-Einspritzsystem hat ein Speicherrohr, auf das sich als Common-rail bezogen wird und das mit allen Zylindern des Motors verbunden ist, und führt dem Common-rail über eine Hochdruckpumpe eine gewünschte Kraftstoffmenge zu, damit der Kraftstoffdruck innerhalb von diesem konstant aufrechterhalten wird. Der im Speicherrohr gespeicherte Kraftstoff wird in jeden Zylinder über eine Einspritzeinrichtung mit einem vorgegebenen Zeitverhalten eingesprüht.
1 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zur Verwendung im Common-rail-Einspritzsystem. Die Hochdruckpumpe weist einen Plungerkolben 92 auf, der durch einen Nocken (nicht gezeigt) in einem Zylinder 91 vertikal bewegt wird und zwischen einer oberen Wand von diesem und einer Innenwand des Zylinders 91 eine Druckkammer 93 definiert. Oberhalb der Druckkammer 93 befindet sich ein Magnetventil 94 mit einem Ventilkopf 96, der die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 93 und einem Niederdruckpfad 95 herstellt und blockiert.
Wenn eine Spule 97 des Magnetventils 94 entregt ist, wird der Ventilkopf 96 in eine geöffnete Position gebracht, so daß gestattet wird, daß der Kraftstoff durch eine Niederdruckpumpe (nicht gezeigt) über den Niederdruckpfad 95 und den Zwischenraum um den Ventilkopf 96 herum während der Abwärtsbewegung des Plungerkolbens 92 in die Druckkammer 93 gefördert wird. Alternativ dazu wird, wenn die Spule 97 erregt ist, der Ventilkopf 96 in Eingriff mit einem konischen Ventilsitz 98 nach oben angezogen, um die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 93 und dem Niederdruckpfad 95 zu blockieren. Die Aufwärtsbewegung des Plungerkolbens 93 bewirkt, daß sich der Druck des Fluids in der Druckkammer 93 erhöht, so daß das Fluid zum Speicherrohr von einem Auslaßpfad 99, der sich zu einer Innenwand der Druckkammer 93 öffnet, ausgegeben wird.
Während der Aufwärtsbewegung des Plungerkolbens 92 wirkt der erhöhte Kraftstoffdruck in der Druckkammer 93 auf den Ventilkopf 96, um diesen in eine geschlossene Position zu drücken. Das bewirkt, daß der Ventilkopf 96 geschlossen gehalten wird, sofern dieser auf dem Ventilsitz 98 aufsitzt, selbst wenn die Spule 97 erregt ist. Um dieses Problem zu vermeiden, steuert die herkömmliche Hochdruckpumpe das Ventilschließzeitverhalten mit der sog. Vorhubsteuerung, um die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der dem Speicherrohr zugeführt wird, einzustellen. Genauer gesagt wird die Zufuhr einer gewünschten Menge an Kraftstoff zum Speicherrohr vorgenommen, indem der Ventilkopf 96 geöffnet gehalten wird, damit ein Teil des Kraftstoffes, der in die Druckkammer 93 angesaugt wurde, zum Niederdruckpfad 95 ausgegeben wird, bis die Menge des Kraftstoffes in der Druckkammer 93 einen gewünschten Wert erreicht, ohne daß der Ventilkopf 96 geschlossen wird; unmittelbar im Anschluß beginnt die Aufwärtsbewegung des Plungerkolbens 92, wonach der Ventilkopf 96 geschlossen wird.
Bei einer Erhöhung des Förderstroms der Hochdruckpumpe durch eine Erhöhung der Drehzahl des Motors tritt jedoch das Problem auf, daß der Ventilkopf 96 selbsttätig geschlossen wird, selbst wenn das Magnetventil 94 nicht erregt ist. Der Grund dafür ist, daß der Kraftstoffdruck in der Druckkammer 93 direkt auf den Boden des Ventilkopfes 96 wirkt und der Kraftstoffdruck, der durch einen Teil des Kraftstoffes erzeugt wird, der durch eine Blende, die durch den Ventilkopf 96 und den Ventilsitz 98 definiert ist, zum Niederdruckpfad 95 strömt, den Ventilkopf 96 während der Aufwärtsbewegung des Plungerkolbens 92 in die geschlossene Position drückt. Das kann zu einer Störung bei der Strömungsmengeneinstellung führen.
Das vorstehend genannte Problem kann verringert werden, indem der Hub des Ventilkopfes 96 verlängert oder ein Federdruck einer Rückstellfeder für den Ventilkopf 96 erhöht wird. Jedoch wird in beiden Fällen das Ventilschließ-Ansprechverhalten verschlechtert. Die Verschlechterung des Ventilschließ-Ansprechverhaltens kann verhindert werden, indem die elektrische Energie, die der Spule 97 zugeführt wird, oder die Größe der Magnetspule 94 erhöht wird, um die durch die Spule 97 erzeugte magnetische Anziehung zu erhöhen; es ergeben sich jedoch höhere Kosten bei der elektrischen Energie und bei der Herstellung des Magnetventils 94.
Die vorstehende Hochdruckpumpe hat ebenfalls den folgenden Nachteil: Zwischen dem Eintreffen eines Ventilschließsignals beim Magnetventil 94 und einem Zeitpunkt, zu dem der Ventilkopf 96 auf dem Ventilsitz 98 aufsitzt, um die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 93 und dem Niederdruckpfad 95 zu blockieren, tritt immer eine Zeitverzögerung auf. Das Ventilschließ-Zeitverhalten muß somit immer unter Berücksichtigung dieser Zeitverzögerung gesteuert werden. Wenn sich jedoch die Motordrehzahl erhöht, wodurch eine Erhöhung des Förderstromes der Hochdruckpumpe erforderlich ist, verursacht dieses, daß die Zeitsteuerung, mit der der Ventilkopf 96 geöffnet und geschlossen wird, verspätet eintritt.
Das Dokument US-A-5 287 840 des nächstkommenden Standes der Technik offenbart eine Hochdruckpumpe, die einen Nocken mit einer Hubkurve hat, so dass ein Plungerkolben für eine gegebene Zeitdauer zwischen einem Druck- und einem Saugabschnitt von der Bewegung abgehalten wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu verhindern.
Ferner soll eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftfahrzeuge vorgesehen werden, die dazu in der Lage ist, die Strömungsmenge des Kraftstoffes, der einem Speicherrohr zugeführt wird, einfach und genau zu steuern, ohne daß eine Erhöhung der Größe oder eine höhere elektrische Energie erforderlich sind.
Entsprechend einem Aspekt des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung wird eine Hochdruckpumpe vorgesehen, die aufweist: (a) einen Pumpenkörper; (b) einen Einlaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und in den Fluid gesaugt wird; (c) einen Auslaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und aus dem Kraftstoff ausgegeben wird; (d) eine Kammer, die im Pumpenkörper ausgebildet ist; (e) einen Plungerkolben, der sich in der Kammer gleitfähig befindet, um eine Druckkammer zu definieren, deren Volumen entsprechend der Gleitbewegung des Plungerkolbens geändert wird, wobei die Druckkammer mit dem Einlaßanschluß und dem Auslaßanschluß in Verbindung steht, das Fluid, das vom Einlaßanschluß angesaugt wird, unter Druck setzt und das unter Druck gesetzte Fluid aus dem Auslaßanschluß ausgibt; (f) eine Fluideinlaßleitung, die sich vom Einlaßanschluß zur Druckkammer erstreckt; (g) ein erstes Ventil, das sich in der Fluideinlaßleitung befindet und Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß und der Druckkammer während eines Fluidansaugvorgangs herstellt, bei dem das Fluid in die Druckkammer angesaugt wird, während die Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß und der Druckkammer während eines Fluidfördervorgangs blockiert wird, bei dem das Fluid, das in die Druckkammer angesaugt wird, unter Druck gesetzt wird und aus dem Auslaßanschluß ausgegeben wird; und (h) ein zweites Ventil, das sich in der Fluideinlaßleitung stromaufwärts vom ersten Ventil befindet und eine Strömungsmenge des Fluids, das durch das erste Ventil in die Druckkammer gesaugt wird, steuert.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Ventil ein Rückschlagventil, das so gestaltet ist, daß gestattet wird, daß das Fluid vom Einlaßanschluß zur Druckkammer strömt, während verhindert wird, daß das Fluid von der Druckkammer zum Einlaßanschluß strömt.
Das zweite Ventil ist ein Magnetventil, das so gestaltet ist, daß dieses die Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß und der Druckkammer elektrisch herstellt und blockiert.
Das Magnetventil hat einen Ventilkopf abschnitt, der im Fluideinlaß freigelegt ist und auf einem Ventilsitz aufsitzt, der in der Fluideinlaßleitung ausgebildet ist, um die Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß und der Druckkammer zu blockieren. Der Ventilkopfabschnitt ist geometrisch so gestaltet, daß der Druck des Fluids, der den Ventilkopfabschnitt mit dem Ventilsitz in Eingriff drückt, mit dem Druck des Fluids, der den Ventilkopfabschnitt mit dem Ventilsitz außer Eingriff drückt, ausgeglichen ist.
Die Richtung, in der der Ventilkopfabschnitt mit dem Ventilsitz außer Eingriff bewegt wird, unterscheidet sich von der Richtung, in die das Fluid vom Einlaßanschluß zur Druckkammer strömt.
Das zweite Ventil kann alternativ ein Drosselventil mit einem Ventilelement sein, das die Fluideinlaßleitung öffnet und schließt. Das Maß, auf das das Ventilelement geöffnet wird, wird eingestellt, um die Strömungsmenge des Fluids, das in die Durckkammer gesaugt wird, einzustellen.
Eine Steuereinheit ist vorgesehen, die eine Zeit steuert, zu der das Magnetventil erregt wird, so daß das Magnetventil damit beginnt, einen Teil der Fluideinlaßleitung stromaufwärts vom ersten Ventil zu öffnen, um Fluidverbindung zwischen dem Einlaßanschluß und der Druckkammer herzustellen, wenn der Plungerkolben eine Position erreicht, in der das Volumen der Druckkammer minimiert ist.
Es ist ein Fluidpfad vorgesehen, der zwischen einem Abschnitt der Fluideinlaßleitung stromabwärts vom zweiten Ventil und dem Inneren des zweiten Ventils Verbindung herstellt. Eine Trennwand befindet sich im zweiten Ventil, um Bauteile des zweiten Ventils, die verformt werden würden, wenn sie dem Fluiddruck ausgesetzt würden, vom Fluiddruck zu isolieren.
Das zweite Ventil kann ebenfalls ein Magnetventil sein, das ein Ventilelement, eine Spule und einen Harzspulenkörper aufweist, um den die Spule gewickelt ist. Das Ventilelement öffnet und schließt einen Abschnitt der Fluideinlaßleitung, um zwischen dem Einlaßanschluß und dem ersten Ventil Fluidverbindung herzustellen und zu blockieren. Die erregte Spule bewegt das Ventilelement. Die Trennwand ist aus einem nichtmagnetischen Material gefertigt, das dem Fluiddruck ohne Verformung widersteht, und teilt das Innere der Magnetspule in eine erste Kammer, in der sich die Spule und der Spulenkörper befinden, und eine zweite Kammer, die zum Fluidpfad führt.
Der Fluidpfad kann im Magnetventil ausgebildet sein.
Es ist ein Fluidpfad vorgesehen, der zwischen dem Abschnitt der Fluideinlaßleitung stromabwärts vom zweiten Ventil und dem Inneren des zweiten Ventils Verbindung herstellt, wenn das zweite Ventil die Fluidströmung in die Druckkammer gestattet. Es ist eine Blockiereinrichtung vorgesehen, die die Fluidverbindung zwischen dem Abschnitt der Fluideinlaßleitung stromabwärts vom zweiten Ventil und dem Inneren des zweiten Ventils blockiert, wenn das zweite Ventil die Fluidströmung in die Druckkammer blockiert. Das zweite Ventil kann ein Magnetventil mit einem Ventilelement sein, in dem der Fluidpfad ausgebildet ist, der ebenfalls zwischen der Druckkammer und dem Einlaßanschluß Verbindung herstellt. Die Blockiereinrichtung blockiert die Fluidverbindung zwischen dem Abschnitt der Fluideinlaßleitung stromabwärts vom Magnetventil und dem Inneren des Magnetventils, während die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer und dem Einlaßanschluß blockiert wird.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Hochdruckpumpe vorgesehen, die aufweist: (a) einen Pumpenkörper, (b) einen Einlaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und in den das Fluid gesaugt wird, (c) einen Auslaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und aus dem Kraftstoff ausgegeben wird, (d) eine Kammer, die im Pumpenkörper ausgebildet ist, (e) einen Plungerkolben, der sich in der Kammer gleitfähig befindet, um eine Druckkammer festzulegen, deren Volumen entsprechend der Gleitbewegung des Plungerkolbens geändert wird, wobei die Druckkammer mit dem Einlaß- und dem Auslaßanschluß verbunden ist und das Fluid, das vom Einlaßanschluß angesaugt wurde, unter Druck setzt, (f) eine Ventileinrichtung, die das Fluid, das in der Druckkammer auf einen vorgegebenen Pegel unter Druck gesetzt wurde, aus dem Auslaßanschluß ausgibt, und (g) einen Nocken mit einer Hubkurve, die den Plungerkolben in eine erste Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer zum Druckbeaufschlagen des Fluids in der Druckkammer zu verringern, und in eine zweite Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer zum Ansaugen des Fluids vom Einlaßanschluß während der vollständigen Drehung des Nockens zu erhöhen, wobei die Hubkurve einen Abschnitt aufweist, an dem der Plungerkolben für einen gegebenen Zeitraum von der Bewegung abgehalten wird, bis der Plungerkolben damit beginnt, sich im Anschluß an die Bewegung in die erste Richtung in die zweite Richtung zu bewegen.
Entsprechend der Erfindung sind ein Rückschlagventil und ein Magnetventil vorgesehen. Das Rückschlagventil befindet sich in einer Fluideinlaßleitung, die sich vom Einlaßeinschluß zur Druckkammer erstreckt, damit gestattet wird, daß das Fluid vom Einlaßanschluß zur Druckkammer strömt, während das Fluid am Strömen aus der Druckkammer zum Einlaßanschluß gehindert wird. Das Magnetventil öffnet und schließt einen Abschnitt der Fluideinlaßleitung stromaufwärts vom ersten Ventil, um eine Strömungsmenge des Fluids, das in die Druckkammer über das Rückschlagventil gesaugt wird, zu steuern. Die vorgegebene Zeitdauer, in der der Plungerkolben vom Bewegen abgehalten wird, ist so bestimmt, daß das Magnetventil den Abschnitt der Fluideinlaßleitung vollständig öffnet, bevor der Plungerkolben damit beginnt, sich in die zweite Richtung zu bewegen.
Die vorgegebene Zeitdauer, während der der Plungerkolben von der Bewegung abgehalten wird, entspricht 5° bis 20° als Rotationswinkel des Nockens ausgedrückt.
Der Nocken hat eine gekrümmte Innenwand, der der Plungerkolben folgt, um sich in erste und zweite Richtung zu bewegen. Die gekrümmte Innenwand hat einen Abschnitt, der entlang eines Teiles eines Kreises gekrümmt ist, dessen Zentrum im Drehmittelpunkt des Nockens liegt, um den Plungerkolben von der Bewegung von der ersten Richtung in die zweite Richtung für die gegebene Zeitdauer abzuhalten.
Entsprechend eines weiteren Aspekts des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor vorgesehen, das aufweist: (a) Einspritzeinrichtungen, die Kraftstoff in Zylinder des Motors einspritzen, (b) ein Hochdruckkraftstoffspeicherrohr, das mit den Einspritzeinrichtungen verbunden ist, (c) Magnetventile, die das Kraftstoffeinspritzen der Einspritzeinrichtung steuern und (d) eine Hochdruckpumpe, die den Kraftstoff dem Hochdruckspeicherrohr zuführt. Die Hochdruckpumpe weist auf: (1) einen Pumpenkörper, (2) einen Einlaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und in den Fluid angesaugt wird, (3) einen Auslaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und aus dem Kraftstoff ausgegeben wird, (4) eine Kammer, die im Pumpenkörper ausgebildet ist, (5) einen Plungerkolben, der sich in der Kammer gleitfähig befindet, um eine Druckkammer zu definieren, deren Volumen entsprechend der Gleitbewegung des Plungerkolbens geändert wird, wobei die Druckkammer mit dem Einlaß- und Auslaßanschluß in Verbindung steht und das Fluid, das vom Einlaßanschluß angesaugt wird, unter Druck setzt, (6) eine Ventileinrichtung, die das Fluid, das in der Druckkammer auf einen vorgegebenen Pegel unter Druck gesetzt wird, aus dem Auslaßanschluß ausgibt, und (7) einen Nocken mit einer Hubkurve, die den Plungerkolben in eine erste Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer zum Druckbeaufschlagen des Fluids in der Druckkammer zu verringern, und in eine zweite Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer zum Ansaugen des Fluids vom Einlaßanschluß während der vollständigen Drehung des Nockens zu erhöhen, wobei die Hubkurve einen Abschnitt aufweist, an dem der Plungerkolben von der Bewegung für einen vorgegebenen Zeitraum abgehalten wird, bis der Plungerkolben mit der Bewegung in die zweite Richtung im Anschluß an die Bewegung in die erste Richtung beginnt.
Entsprechend eines noch weiteren Aspektes der Erfindung wird eine Hochdruckpumpe vorgesehen, die aufweist: (a) einen Pumpenkörper, (b) einen Einlaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und in den Fluid angesaugt wird, (c) einen Auslaßanschluß, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und aus dem Kraftstoff ausgegeben wird, (e) eine Kammer, die im Pumpenkörper ausgebildet ist, (f) einen Plungerkolben, der sich in der Kammer gleitfähig befindet, um eine Druckkammer zu definieren, die mit dem Einlaß- und dem Auslaßanschluß in Verbindung steht, wobei sich das Volumen der Druckkammer durch die Gleitbewegung des Plungerkolbens beim Fluidansaugvorgang erhöht, um das Fluid vom Einlaßanschluß anzusaugen, und durch Gleitbewegung des Plungerkolbens beim Fluiddruck/Auslaßvorgang verringert, um das in die Druckkammer angesaugte Fluid unter Druck zu setzen und das unter Druck gesetzte Fluid aus dem Auslaßanschluß auszugeben, (g) eine Fluideinlaßleitung, die sich vom Einlaßanschluß zur Druckkammer erstreckt, (h) ein Magnetventil, das zwischen der Druckkammer und der Fluideinlaßleitung beim Fluidauslaßvorgang Fluidverbindung herstellt, um einen Teil des Fluids in der Druckkammer zur Fluideinlaßleitung zum Ausgeben einer gewünschten Menge des Fluids freizugeben, und (i) einen Nocken mit einer Hubkurve, die den Plungerkolben in eine erste Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer zum Druckbeaufschlagen des Fluids in der Druckkammer zu verringern, und in eine zweite Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer zum Ansaugen des Fluids vom Einlaßanschluß während der vollständigen Drehung des Nockens zu erhöhen, wobei die Hubkurve einen Abschnitt aufweist, in dem der Plungerkolben von der Bewegung während einer vorgegebenen Zeitdauer abgehalten wird, bis der Plungerkolben mit der Bewegung in die zweite Richtung im Anschluß an die Bewegung in die erste Richtung beginnt.
Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung entspricht die vorgegebene Zeitdauer, in der der Plungerkolben von der Bewegung abgehalten wird, 5° bis 20° als Rotationswinkel des Nockens ausgedrückt.
Der Nocken hat eine gekrümmte Innenwand, der der Plungerkolben zur Bewegung in die erste und zweite Richtung folgt. Die gekrümmte Innenwand hat einen Abschnitt, der entlang eines Teiles eines Kreises gekrümmt ist, dessen Mittelpunkt am Drehmittelpunkt des Nockens liegt, um den Plungerkolben von der Bewegung von der ersten Richtung in die zweite Richtung für die vorgegebene Zeitdauer abzuhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend gegeben wird, und aus den beiliegenden Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung besser verständlich, die jedoch nicht die Erfindung auf das spezifische Ausführungsbeispiel begrenzen, sondern nur als die Erfindung erläutern und dem Verständnis dienend aufgefaßt werden sollen.
In den Zeichnungen ist:
1 ein Vertikalschnitt, der eine herkömmliche Hochdruckpumpe zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselmotoren zeigt;
2 ein Blockschaltbild, das ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Dieselmotor zeigt, bei dem eine Hochdruckpumpe entsprechend dem ersten Aspekt verwendet wird;
3 ein Vertikalschnitt, der die Hochdruckpumpe in 2 zeigt;
4(a) ein Vertikalschnitt, der ein abgeschaltetes Magnetventil zeigt;
4(b) ein Vertikalschnitt, der ein eingeschaltetes Magnetventil zeigt;
4(c) ein Horizontalschnitt entlang der Linie A-A in 4(b);
5(a) ein Vertikalschnitt, der eine Abwandlung eines Magnetventils zeigt;
5(b) eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Abschnitts in 5(a);
6(a) ein Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe während eines Kraftstoffansaugvorgangs zeigt;
6(b) ein Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe am Ende des Kraftstoffansaugvorgangs zeigt;
7(a) ein Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe während eines Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs bzw. Kraftstoffverdichtungs/ausgabevorgangs zeigt;
7(b) ein Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe am Ende des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs zeigt;
8 ein Blockschaltbild, das ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Dieselmotor unter Verwendung einer Hochdruckpumpe entsprechend dem zweiten Aspekt zeigt;
9 ein Vertikalschnitt, der die Hochdruckpumpe in 8 zeigt;
10 ein Schnitt, der eine Nockenstruktur an der Linie C-C in 9 zeigt;
11(a) ein Teilschnitt, der die Hochdruckpumpe in 9 zeigt;
11(b) ein Querschnitt an der Linie D-D in 11(a);
12(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale zeigt, die die Motordrehzahl anzeigen;
12(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens zeigt;
12(c) eine Zeitdarstellung, die eine Erregung eines Magnetventils 6 zeigt;
12(d) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Nadelventils zeigt;
12(e) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Plungerkolbens zeigt;
12(f) eine Zeitdarstellung, der den Betrieb eines Rückschlagventils zeigt;
12(g) eine Zeitdarstellung, die den Druck in einem Common-rail zeigt;
13 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Kraftstoffmenge, die einem Common-rail zugeführt werden soll, und dem Öffnen eines Magnetventils zeigt;
14(a) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens zeigt;
14(b) eine Zeitdarstellung, die eine verzögerte Erregung eines Magnetventils zeigt;
14(c) eine Zeitdarstellung, die den Betrieb eines Nadelventils zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils verzögert ist;
14(d) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Plungerkolbens zeigt, wenn die Erregung des Magnetventils verzögert ist;
14(e) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Rückschlagventils zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils verzögert ist;
14(f) eine Zeitdarstellung, die den Druck in einem Common-rail zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils verzögert ist;
15(a) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens zeigt;
15(b) eine Zeitdarstellung, die eine vorverlegte Erregung einer Magnetspule zeigt;
15(c) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Nadelventils zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils vorverlegt ist;
15(d) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve von Plungerkolben zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils vorverlegt ist;
15(e) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Rückschlagventils zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils vorverlegt ist;
15(f) eine Zeitdarstellung, die den Druck in einem Common-rail zeigt, wenn die Erregung eines Magnetventils vorverlegt ist;
16 ein Fließbild eines Programms, das durch eine ECU 100 in 8 ausgeführt wird;
17 ein Teilschnitt, der eine Pumpenstruktur entsprechend dem dritten Aspekt zeigt;
18 ein. Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
19 eine teilweise vergrößerte Ansicht von 18;
20(a) eine Schnittansicht einer Linie A-A in 18, die einen Nocken zeigt, wenn die Plungerkolben an der innersten Position liegen;
20(b) eine Schnittansicht, die einen Nocken zeigt, wenn die Plungerkolben an der äußersten Position liegen;
21 eine teilweise vergrößerte Ansicht, die eine Nockenfläche zeigt;
22(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale zeigt, die die Motordrehzahl anzeigen;
22(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens zeigt;
22(c) eine Zeitdarstellung, die eine Erregung eines Nadelventils eines Magnetventils zeigt;
22(d) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve von Plungerkolben zeigt;
22(e) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Rückschlagventils zeigt;
23(a) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens zeigt;
23(b) eine Zeitdarstellung, die die Geschwindigkeit der Plungerkolben zeigt;
24 ein Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe entsprechend dem fünften Aspekt zeigt;
25(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale, die die Motordrehzahl anzeigen, zeigt;
25(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt;
25(c) eine Zeitdarstellung, die eine Erregung eines Nadelventils eines Magnetventils in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt;
25(d) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve von Plungerkolben in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt;
25(e) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Rückschlagventils in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt;
26(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale, die die Motordrehzahl anzeigen, zeigt;
26(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens im fünften Aspekt zeigt;
26(c) eine Zeitdarstellung, die die Erregung bei einem Betrieb eines Nadelventils eines Magnetventils im fünften Aspekt zeigt;
26(d) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve von Plungerkolben im fünften Aspekt zeigt;
26(e) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Rückschlagventils im fünften Aspekt zeigt;
27 einen Teilschnitt, der eine Hochdruckpumpe entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
28 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Menge des Kraftstoffes, die dem Common-rail R zugeführt werden soll, und dem Öffnen eines Magnetventils zeigt;
29(a) einen Teilschnitt, der eine Hochdruckpumpe entsprechend dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
29(b) eine teilweise vergrößerte Ansicht, die ein Nadelventil eines Magnetventils zeigt;
30 ein Teilschnitt, der die Hochdruckpumpe in 29(a) zeigt, wenn ein Magnetventil eingeschaltet ist;
31(a) ein Teilschnitt, der eine Hochdruckpumpe entsprechend dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
31(b) ein Teilschnitt, der die Hochdruckpumpe in 31(a) zeigt, wenn ein Magnetventil eingeschaltet ist;
31(c) eine Schnittansicht an der Linie B-B in 31(b);
32 ein Vertikalschnitt, der eine Hochdruckpumpe entsprechend dem neunten Aspekt zeigt;
33(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale, die die Motordrehzahl anzeigen, zeigt;
33(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe bei Vorhubsteuerung zeigt;
33(c) eine Zeitdarstellung, die die Erregung eines Magnetventils 6 in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe bei Vorhubsteuerung zeigt;
33(d) eine Zeitdarstellung die einen Betrieb eines Nadelventils zeigt;
33(e) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Plungerkolbens in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe bei Vorhubsteuerung zeigt;
34(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale, die die Motordrehzahl anzeigen, zeigt;
34(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt, wenn es erforderlich ist, eine geringe Kraftstoffmenge auszugeben;
34(c) eine Zeitdarstellung, die eine Erregung eines Magnetventils 6 in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt, wenn es erforderlich ist, eine geringe Kraftstoffmenge auszugeben;
34(d) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Nadelventils eines Magnetventils zeigt;
34(e) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve von Plungerkolben in einer herkömmlichen Hochdruckpumpe zeigt, wenn es erforderlich ist, eine geringe Kraftstoffmenge auszugeben;
34(f) eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Abschnitts in 34(e);
35 ein Teilschnitt von 32;
36(a) eine Zeitdarstellung, die NE-Impulssignale, die die Motordrehzahl anzeigen, zeigt;
36(b) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve eines Nockens im neunten Aspekt zeigt;
36(c) eine Zeitdarstellung, die die Erregung eines Magnetventils 6 im neunten Aspekt zeigt;
36(d) eine Zeitdarstellung, die einen Betrieb eines Nadelventils eines Magnetventils zeigt; und
36(e) eine Zeitdarstellung, die eine Hubkurve von Plungerkolben im neunten Aspekt zeigt.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Es wird sich nun auf die Zeichnungen bezogen, in denen sich ähnliche Bezugszeichen in allen Ansichten auf ähnliche Teile beziehen, insbesondere auf die 2 bis 7(b), in denen eine Hochdruckpumpe P, die als Kraftstoffeinspritzpumpe in einem Common-rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Dieselmotoren verwendet wird, entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
In einem Motor E befindet sich eine Vielzahl von Einspritzeinrichtungen I, wobei eine für jeden Zylinder vorgesehen ist. Die Einspritzeinrichtungen I sind alle mit einem Hochdruckspeicherrohr (auf das sich im folgenden als Common-rail R bezogen wird) verbunden. Das Kraftstoffeinspritzen von jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung I in eine der Brennkammern der Zylinder wird durch den Ein/Aus-Betrieb eines Magnetventils B1 gesteuert. Genauer gesagt sprüht jede der Einspritzeinrichtungen I Kraftstoff, der im Commonrail R unter Druck gespeichert ist, in eine der Brennkammern des Motors E ein, während sich das entsprechende der Magnetventile B1 in der Ventilöffnungsposition befindet. Die Hochdruckpumpe P setzt Kraftstoff unter Druck, der von einem Kraftstofftank T über eine herkömmliche Niederdruckpumpe (eine Zuführpumpe) P1 zugeführt wird, auf einen Pegel unter Druck, der für das Kraftstoffeinspritzen erforderlich ist, und führt diesen über eine Zuführleitung R1 und ein Rückschlagventil (Zuführventil) 3 dem Common-rail R zu, um den Kraftstoffdruck im Commonrail R konstant zu halten.
Im Common-rail R befindet sich ein Drucksensor S1, der den Druck im Common-rail R mißt, um einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 100 ein Signal, das diesen anzeigt, zuzuführen. Die ECU 100 ist ebenfalls mit einem Drehzahlsensor S2 und einem Lastsensor 53 verbunden. Der Drehzahlsensor S2 mißt die Drehzahl des Motors E. Der Lastsensor S3 mißt die Last des Motors E. Die ECU 100 nimmt Informationen über den Kraftstoffdruck, die Motordrehzahl und die Motorlast von den Sensoren S1 bis S3 auf, um eine optimale Fördermenge oder einen optimalen Förderstrom der Hochdruckpumpe zu bestimmen, und sieht ein Steuersignal an einer Zuführsteuereinheit P2 vor. Die ECU 100 bestimmt ebenfalls das optimale Einspritzzeitverhalten und die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend einem Betriebszustand des Motors E auf der Grundlage der Motordrehzahl und der Motorlast, die durch den Drehzahlsensor S2 und den Lastsensor S3 gemessen wurden, und den Ventilsteuersignalen zu den Magnetventilen B1.
Die Hochdruckpumpe P, wie diese in 3 gezeigt ist, weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem eine Nockenkammer 11 definiert ist. In der Nockenkammer 11 befindet sich ein Nocken 13, der an einer Nockenwelle 12 angebracht ist. Die Nockenwelle 12 ist mit dem Motor E verbunden und dreht sich mit der Hälfte der Drehzahl des Motors E. Ein Nocken 13, wie es in dieser Zeichnung deutlich gezeigt ist, hat im Querschnitt Ovalform, so daß dieser Nockenrollen 22 zweimal während einer vollständigen Drehung der Nockenwelle 12 nach oben hebt.
Am Pumpengehäuse 1 befindet sich oberhalb der Nockenkammer 11 ein Zylinder 2 in dem ein Plungerkolben 21 gleitfähig gehalten wird. Im Endabschnitt des Plungerkolbens 21 befindet sich die Nockenrolle 22, die mit dem Nocken 13 in konstantem Eingriff steht und, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, entsprechend der Vertikalbewegung der Nockenrolle 22 gemäß der Drehung des Nockens 13 vertikal verschoben wird.
Die meisten herkömmlichen Hochdruckpumpen haben gewöhnlich eine Feder, die einen Plungerkolben mit einem Nocken in konstanten Eingriff drücken; die Hochdruckpumpe P dieses Aspekts ist jedoch vom Typ mit Einlaßfluidsteuerung, bei dem die Kavitation durch eine Verringerung des Drucks in der Druckkammer 23 erzeugt werden kann, wie es später beschrieben wird, wenn der Plungerkolben 21 in dem Fall, in dem der Fluideinlaß gering ist, einen unteren Totpunkt erreicht. Um diesen Nachteil zu verhindern ist in der Hochdruckpumpe P dieses Aspekts keine Feder vorgesehen. Genauer gesagt wird die hin- und hergehende Bewegung des Plungerkolbens 21 durch die Drehung der Nockenwelle 12 während eines Förderhubes ausgeführt, während diese mit dem Druck (d.h. dem Zuführdruck) des Kraftstoffes ausgeführt wird, der während eines Ansaughubes von der Förderpumpe P1 zugeführt wird. Wenn es somit erforderlich ist, eine geringe Kraftstoffmenge anzusaugen, stoppt der Plungerkolben 21 seinen Abfall, wenn eine angesaugte Menge an Kraftstoff einen gewünschten Wert erreicht, ohne daß den Nocken 13 bis zum unteren Totpunkt gefolgt wird.
Zwischen einer oberen Fläche des Plungerkolbens 21 und einer Innenwand des Zylinders 2 ist die Druckkammer 23 definiert. Der Kraftstoff in der Druckkammer 23 wird durch die Aufwärtsbewegung des Plungerkolbens 21 unter Druck gesetzt. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird von einem Auslaßanschluß 24, der sich in den Zylinder 2 öffnet, über das Zuführventil 3, das in der Seitenwand des Pumpengehäuses 1 installiert ist, zum Common-rail R ausgegeben. Das Zuführventil 3 weist einen Ventilkopf 31 und eine Rückstellfeder 32 auf. Die Rückstellfeder 32 drückt den Ventilkopf 31 in eine geschlossene Position. Wenn der unter Druck gesetzte Kraftstoff in der Druckkammer 23 einen vorgegebenen Pegel überschreitet, bewegt dieser den Ventilkopf 31 entgegen einer Federspannung der Rückstellfeder 32, um zwischen der Druckkammer 22 und einem Auslaßpfad 33 Fluidverbindung herzustellen.
Ein Rückschlagventil 4 befindet sich oberhalb der Druckkammer 23 im Pumpenhäuse 1 und weist ein Gehäuse 42 und einen Ventilkopf 44, der eine Kugel hatt, auf. Im Gehäuse 42 ist ein Fluidpfad 43, der durch den Ventilkopf 44 geöffnet und geschlossen wird, definiert. Der Fluidpfad 43 hat einen konischen Ventilsitz 45, der sich zur Druckkammer 23 hin erstreckt und auf dem der Ventilkopf 44 sitzt, und steht über eine Sperre 41 mit der Druckkammer 23 in Verbindung.
Die Sperre 41 weist ein scheibenförmiges Element auf, in dem Löcher 41a und 41b ausgebildet sind. Der Ventilkopf 44 befindet sich auf dem mittleren Loch 41b der Sperre 41, so daß dieser dem dynamischen Druck des Kraftstoffs in der Druckkammer 23 ausgesetzt sein kann. Ein Festklemmverbindungsstück 5 ist in einen Endabschnitt des Pumpengehäuses 1 eingeschraubt, um die Sperre 41, das Rückschlagventil 4 und den Zylinder 2 im Pumpengehäuse 1 zurückzuhalten.
Im Festklemmverbindungsstück 5 ist ein Förderpfad 52 ausgebildet, der zwischen einem Kraftstoffsumpf 51a und einem Kraftstoffsumpf 51b Verbindung herstellt. Der Kraftstoffsumpf 51a ist zwischen dem Festklemmverbindungsstück 5 und dem Pumpengehäuse 1 ausgebildet. Der Kraftstoffsumpf 51b ist zwischen dem Festklemmverbindungsstück 5 und dem Gehäuse 42 des Rückschlagventils 4 ausgebildet. Der Niederdruckkraftstoff wird von einem Einlaßrohr 14, das in der Seitenwand des Pumpengehäuses 1 installiert ist, über den Kraftstoffsumpf 51a in den Förderpfad 52 eingeführt. Der Kraftstoff strömt dann über einen Fluidpfad 46, der im Rückschlagventil 4 ausgebildet ist, und mit dem Kraftstoffsumpf 51b in Verbindung steht, und einen Fluidpfad, der in einem Magnetventil 6, wie es nachstehend detailliert beschrieben ist, ausgebildet ist, in den Fluidpfad 43. Eine Leitung vom Fluidpfad 43 zum Einlaßrohr 14 definiert einen Niederdruckpfad.
Das Magnetventil 6 befindet sich am Rückschlagventil 4 und weist, wie es in den 4(a) und 4(b) gezeigt ist, ein Gehäuse 61 und einen Ventilkörper 71, der in den Boden des Gehäuses 61 eingepaßt ist, auf. Im Gehäuse 61 befindet sich eine Spule 62. Das Magnetventil 6 ist, wie es in 3 gezeigt ist, mit einer oberen Fläche des Festklemmverbindungsstücks 5 über einen Flansch 63, der am Umfang des Gehäuses 61 installiert ist, verschraubt. Der Ventilkörper 71 ist in das Rückschlagventil 4 in einem mittleren Loch des Festklemmverbindungsstücks 5 teilweise eingeführt.
Im Ventilkörper 71 ist, wie es in 4(a) gezeigt ist, eine zylindrische Kammer 72 ausgebildet, in der sich ein Nadelventil 73 gleitfähig befindet. Ein ringförmiger Pfad 74a ist um den oberen Teil des Nadelventils 73 herum ausgebildet. Ein Fluidpfad 74b, wie dieser in 3 gezeigt ist, öffnet sich zur Seitenwand des ringförmigen Pfades 74a. Ein Fluidpfad 74c, der mit dem Fluidpfad 73 des Rückschlagventils 4 in Verbindung steht, öffnet sich zum Boden des ringförmigen Pfades 74a. Im Ventilkörper 71 ist ein konischer Ventilsitz 75 ausgebildet, auf dem das Nadelventil 73 aufsitzt, um die Fluidverbindung zwischen dem Fluidpfad 74c und dem ringförmigen Pfad 74a zu blockieren.
Das Nadelventil 73, wie es in 4(b) gezeigt ist, weist einen zylindrischen Schaft 73a und einen Ventilkopf 73b auf. Der zylindrische Schaft 73a hat den Durchmesser d1, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser d2 des Ventilkopfes 73b ist (d.h. dem Durchmesser eines Endabschnitts des Ventilkopfes 73b, der mit dem Ventilsitz 75 in Berührung steht), so daß die hydraulischen Drücke, die durch den Kraftstoff im ringförmigen Pfad 74a erzeugt werden, und das Nadelventil 73 nach oben und nach unten drücken, miteinander ausgeglichen sind. Ein Filter 76 ist im Fluidpfad 74b angebracht, um zu verhindern, daß das Nadelventil 73 durch die Aufnahme von Fremdmaterialien zwischen dem Nadelventil 73 und dem Ventilsitz 75 in einer geöffneten Position gehalten wird. Der Filter 76 kann aus einer Metallmasche mit einer Maschenweite sein, die kleiner als ein Querschnittsbereich eines Pfades ist, der zwischen dem ringförmigen Pfad 74a und dem Fluidpfad 74c Verbindung herstellt und der ausgebildet ist, wenn die Nadel 73 nach oben angehoben ist und eine obere Grenze erreicht. Der Filter 76 kann alternativ dazu an einer beliebigen Stelle des Niederdruckpfades montiert sein, der sich vom Kraftstofftank T und dem Magnetventil 6 her erstreckt.
Der Ventilkopf 73b des Nadelventils 73 ist, wie es in 4(b) gezeigt ist, mit einem Winkel θ₁ abgeschrägt, der 1° größer als ein Winkel θ₂ des Ventilsitzes 75 des Ventilkörpers 71 ist, um die flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Ventilkopf 73b und dem Ventilsitz 75 zu verbessern, wenn der Ventilkopf 73b auf dem Ventilsitz 75 aufsitzt.
Ein Magnetanker 64 ist auf das obere Ende des Nadelventils 73 in Ausrichtung mit einem Stator mit einem vorgegebenen Luftzwischenraum (1₂ ) preßgepaßt, wie es in 4(a) gezeigt ist. Die Spule 62 ist auf den Umfang des Stators 65 gewickelt. Eine Feder 67 befindet sich in einer Federkammer, die im Stator 65 ausgebildet ist, um den Magnetanker 64 nach unten zu drücken, wie es den Zeichnungen entnehmbar ist.
Wenn die Spule 62 entregt ist, wie es in 4(a) gezeigt ist, wird der Magnetanker 64 zusammen mit dem Nadelventil 73 durch die Feder 67 nach unten gedrückt, so daß der Ventilkopf 73b auf dem Ventilsitz 75 aufsitzt, um die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 23 und dem Fluidpfad 74c zu blockieren, wie es in 3 gezeigt ist. Das verhindert, daß der Kraftstoff unerwünscht zugeführt wird, wenn die Spule 62 abgeschaltet ist.
Wenn die Spule 62 erregt ist, wie es in 4(b) gezeigt ist, wird der Magnetanker 64 entgegen einem Federdruck der Feder 67 angezogen, so daß der Ventilkopf 73b des Nadelventils 73 mit dem Ventilsitz 75 außer Eingriff bewegt wird, um zwischen der Druckkammer 23 und dem Fluidpfad 74c Fluidverbindung herzustellen. Die Aufwärtsbewegung (l₁) des Nadelventils 73 wird durch den Abstand zwischen einem Schulterabschnitt 73c und einer Unterlegscheibe 68 bestimmt. Der Abstand (l₂) zwischen dem Magnetanker 64 und dem Stator 65 ist die Summe von 1₁ + 0,05, wenn das Magnetventil 6 geschlossen ist, während dieser 0,05 beträgt, wenn das Magnetventil 6 geöffnet ist.
Wenn das Magnetventil 6 geöffnet wird, wird bewirkt, daß das Volumen der Federkammer 66 durch die Aufwärtsbewegung des Magnetankers 64 verringert wird. Es ist somit notwendig, daß der Kraftstoff in der Federkammer 66 nach außen entweicht. Zu diesem Zweck sind Fluidpfade 77 und 69 im Ventilkörper 71 und in der Unterlegscheibe 68 ausgebildet, die sich vertikal durch diese hindurch erstrecken, um durch einen Zwischenraum, wie es in 3 gezeigt ist, zwischen der unteren Fläche des Ventilkörpers 71 und der oberen Fläche des Rückschlagventils 4 zwischen der Federkammer 66 und dem Fluidpfad 74c unterhalb des Nadelventils 73 Fluidverbindung herzustellen. Das obere Ende des Nadelventils 73 hat, wie es in 4(c) gezeigt ist, einen rechteckigen Querschnitt, um zwischen diesem und dem Magnetanker 74 Zwischenräume auszubilden, die zwischen der Federkammer 66 und dem Fluidpfad 69 der Unterlegscheibe 68 Fluidverbindung herstellen. Daher wird der Druck in der Federkammer 66 gleich dem Druck zum Fluidpfad 74c, selbst wenn der Druck im Fluidpfad 74c bei Erregung oder Öffnung des Magnetventils 6 steigt, so daß kein hydraulischer Druck auf das Nadelventil 73 wirkt, wodurch eine Fehlfunktion des Nadelventils 73 verhindert wird.
Statt des Fluidpfades 77 kann ein Fluidpfad 78, wie dieser in den 5(a) und 5(b) gezeigt ist, im Nadelventil 73 in Längsrichtung ausgebildet werden, um zwischen der Federkammer 66 und dem Fluidpfad 74c Fluidverbindung herzustellen. Genauer gesagt hat der zylindrische Körper 73a des Nadelventils 73, wie es in 5(b) gezeigt ist, einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, um zwischen diesem und der Innenwand des Ventilkörpers 71 eine ringförmige Kammer 78b zu definieren. Der Fluidpfad 78 steht mit der ringförmigen Kammer 78b über einen sich horizontal erstreckenden Pfad 78a in Verbindung. Die ringförmige Kammer 78b steht über einen Polygonalabschnitt 73c des zylindrischen Körpers 73a des Nadelventils 73 mit einer Kammer 79, die unterhalb der Unterlegscheibe 68 definiert ist, in Verbindung.
Die 6(a) und 6(b) zeigen einen Kraftstoffansaugvorgang der Hochdruckpumpe P. Der Kraftstoffansaugvorgang beginnt nach dem Vollenden des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs, d.h. bei Erregung des Strömungsmengensteuer-Magnetventils 6, nachdem der Plungerkolben 21 durch Drehung der Nockenwelle 12 nach oben bewegt wurde und die obere Begrenzung erreicht hat. Wenn das Nadelventil 73 durch Erregung des Strömungsmengensteuer-Magnetventils 6 geöffnet ist, bewirkt dieses, daß der Niederdruckkraftstoff von der Förderpumpe P1, wie es in 2 gezeigt ist, über das Einlaßrohr 14, den Kraftstoffsumpf 51a, den Förderpfad 52, den Kraftstoffsumpf 51b und die Fluidpfade 46, 74b, 74a und 74c in den Fluidpfad 43 im Rückschlagventil 4 strömt. Das Rückschlagventil wird, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist, normal geöffnet, so daß der Kraftstoff, der in den Fluidpfad 43 eintritt, über den Zwischenraum zwischen dem Ventilkopf 44 und dem Ventilsitz 45 und die Löcher 41a der Sperre 41 in die Druckkammer 23 strömt und den Plungerkolben 21 nach unten drückt. Während dieses Kraftstoffansaughubes steht die Nockenrolle 22 mit dem Nocken 13 in Eingriff.
Wenn das Strömungsmengensteuerungs-Magnetventil 6 im Ansprechen auf ein Steuersignal von der ECU 100 entregt wird, wird das Nadelventil 73, wie es in 6(b) gezeigt ist, in die geschlossene Position gebracht, um die Fluidverbindung zwischen der Druckkammer 23 und dem Einlaßrohr 14 zu blockieren. Bei Beendigung des Kraftstoffansaugvorgangs wird der Plungerkolben 21 von der Abwärtsbewegung abgehalten, wodurch bewirkt wird, daß der Nocken 13 mit der Nockenrolle 22 außer Eingriff bewegt wird.
Die 7(a) und 7(b) zeigen einen Kraftstoffdruck/ausgabe-Vorgang der Hochdruckpumpe P, die sich an den Kraftstoffansaugvorgang gemäß Vorbeschreibung anschließt. Im Kraftstoffdruck/ausgabevorgang wird der Plungerkolben 21 entsprechend der Drehung des Nockens 13 nach oben bewegt; gleichzeitig wird der Ventilkopf 44 des Rückschlagventils 4 durch den Druck, der durch die Rückströmung des Kraftstoffs aus den Löchern 41a und 41b der Sperre 41 ausgeübt wird, angehoben, so daß dieser auf dem Ventilsitz 45 aufsitzt, damit der Fluidpfad 43 geschlossen wird. Das bewirkt, daß der Druck des Kraftstoffes in der Druckkammer 23 entsprechend der Aufwärtsbewegung des Plungerkolbens 21 erhöht wird. Wenn der Kraftstoffdruck in der Druckkammer 23 einen vorgegebenen Pegel überschreitet, hebt dieser den Ventilkopf 31 des Zuführventils 3 entgegen dem Federdruck der Rückstellfeder 32 nach oben an, wodurch der unter Druck gesetzte Kraftstoff in der Druckkammer 23 vom Auslaßpfad 33 zum Common-rail R gefördert wird.
Wenn der gesamte unter Druck stehende Kraftstoff in der Druckkammer 23 aus dem Zuführventil 33 ausgegeben ist, ist der Kraftstoffdruck/ausgabevorgang beendet. Das Zuführventil 3 wird durch die Rückstellfeder 32 geschlossen, wie es in 7(b) gezeigt ist. Während dieses Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs wirkt der Druck in der Druckkammer 23 auf den Ventilkopf 44 des Rückschlagventils 4, um dieses die gesamte Zeit zu schließen.
Bei der vorstehenden Pumpenstruktur wird die Menge an Kraftstoff, die in die Druckkammer 23 angesaugt wird, durch das Strömungsmengensteuer-Magnetventil 6 gesteuert. Das Rückschlagventil 4 ist in einer Leitung installiert, die zur Druckkammer 23 führt, um den gesamten Kraftstoff, der in die Druckkkammer 23 eintritt, unter Druck zu setzen, um diesen dem Common-rail R zuzuführen. Genauer gesagt werden die Einstellung der Menge an Kraftstoff, die in die Druckkammer 23 gesaugt wird, und das Öffnen und Schließen der Leitung, die zur Druckkammer 23 führt, durch unterschiedliche Ventile erreicht. Das beseitigt die Notwendigkeit, daß ein Fluidpfad nach dem Aufwärtsheben des Plungerkolbens wie bei der herkömmlichen Vorhubsteuerung geöffnet wird, und mindert das Problem, das bei der herkömmlichen Pumpenstruktur angetroffen wird, daß sich ein Ventil selbst schließt, sogar wenn ein Magnetventil nicht erregt wird. Der Hochdruck wirkt nicht auf das Strömungsmengensteuer-Magnetventil 6, wodurch gestattet wird, daß der Federdruck der Rückstellfeder 67 verringert ist, woraus sich eine verringerte Größe der Feder 62 ergibt.
Der Ventilkopf 44 des Rückschlagventils 4 weist eine Kugel auf, kann jedoch alternativ dazu eine beliebige andere Form haben, wie zum Beispiel einen Kegel oder Halbkreis, solange dieser den Fluidpfad 43 schließen kann. Der Ventilkopf 44 des Rückschlagventils 4 wird durch sein Eigengewicht geöffnet, kann jedoch so gestaltet sein, daß dieser durch sein Eigengewicht geschlossen wird, so daß der Ventilkopf 44 nur geöffnet werden kann, wenn der Kraftstoff in die Druckkammer 23 angesaugt wird. Diese Struktur hat den Vorteil, daß das Rückschlagventil 4 ohne Versagen vom Start des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs bis zu seinem Ende offengehalten wird.
Die 8 bis 11(b) zeigen die Hochdruckpumpe P entsprechend dem zweiten Aspekt.
Die Hochdruckpumpe P weist die Förderpumpe P1 auf, wie es in 2 gezeigt ist, und setzt Kraftstoff unter Druck, der durch die Förderpumpe P1 aus dem Kraftstofftank T angesaugt wird, um diesen einem Commonrail R zuzuführen. Eine ECU 100 spricht auf ein Sensorsignal von einem Drucksensor S1 an, der den Kraftstoffdruck im Common-rail R anzeigt, um ein Steuersignal zu einer Auslaßsteuereinheit P2 zu führen, damit der Kraftstoffdruck im Common-rail R auf einem vorgewählten Pegel gehalten wird. Die ECU 100 nimmt ebenfalls Sensorsignale von einem Motordrehzahlsensor S2, einem TDC-Sensor S4, einem Drosselsensor S5 und einem Temperatursensor S6 auf. Der Motordrehzahlsensor S2 überwacht NE-Impulse, wie es später in 12(a) erläutert wird, über eine Kupplung K, die mit einer Nockenwelle verbunden ist. Der TDC-Sensor S4 erfaßt den oberen Totpunkt (TDC) der Kolben des Motors E. Der Drosselsensor S5 erfaßt den Öffnungsgrad eines Drosselventils. Der Temperatursensor S6 überwacht die Temperatur eines Kühlmittels für den Motor E. Die ECU 100 bestimmt einen Motorbetriebszustand unter Verwendung solcher Informationen, um Steuersignale an Kraftstoffeinspritzsteuermagnetventilen B1 vorzusehen, von denen jedes mit einer der Einspritzeinrichtungen I verbunden ist.
Die Hochdruckpumpe P, wie diese in den 9 und 10 gezeigt ist, weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem eine Antriebswelle D durch Lager D1 und D2 drehbar gelagert ist. Mit der Antriebswelle D ist eine Zellenförderpumpe P1 (d.h. eine Niederdruckpumpe) verbunden, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank T herauspumpt, um diesen einem Förderpfad 15 zuzuführen. Ein Nocken 13 ist einstückig an einem Ende der Antriebswelle D ausgebildet und dreht sich mit der Hälfte der Motordrehzahl. Die Drehung des Nocken 13 bewirkt, daß sich ein Rotor P12 der Förderpumpe P1 über eine Scheibenfederplatte bzw. Woodruff-Scheibe P11 dreht, um den Kraftstoff vom Kraftstofftank über ein Einlaßventil B3 in eine Kammer in der Förderpumpe P1, die durch den Rotor P12, ein Gehäuse P13 und Abdeckungen P14 und P15 definiert ist, anzusaugen. Der in die Förderpumpe P1 angesaugte Kraftstoff wird über eine nicht gezeigte Leitung durch einen Schieber P16, der am Rotor P12 installiert ist, entsprechend der Drehung des Rotors P12 in den Förderpfad 15 gefördert.
Der Kraftstoff im Förderpfad 15 wird, wie es später detailliert beschrieben wird, nicht nur dem Common-rail R zugeführt, sondern strömt ebenfalls über eine Blende 30 zum Schmieren der inneren Bauteile der Pumpe P in die Pumpe P. Nach dem Schmieren wird der Kraftstoff aus einem Ventil V ausgegeben und zum Kraftstofftank T zurückgeführt. Das Ventil V dient ebenfalls dazu, den Innendruck der Pumpe P im wesentlichen auf Atmosphärendruck zu halten.
Ein Pumpenkopf 84 ist in einem Endabschnitt des Pumpengehäuses 1 installiert. Am Mittelpunkt einer Seitenfläche des Pumpenkopfes 84 ist ein Vorsprung vorgesehen, der in den Nocken 13 eingeführt ist und in dem eine Vielzahl von Gleitnuten 2a, wie diese in 10 gezeigt ist, ausgebildet ist. In den Gleitnuten 2a sind Plungerkolben 21 gleitfähig angeordnet. Am Ende von jedem Plungerkolben 21 befindet sich ein Gleitstück 21a, das eine Nockenrolle 22 drehbar hält.
Im Nocken 13 ist, wie es in 10 deutlich gezeigt ist, eine Innennockenfläche 13a ausgebildet, die im wesentlichen Rechteckform hat. Die Drehung des Nocken 13 bewirkt, daß die Nockenrollen 22 in Radialrichtung des Nockens 13 entlang der Wellenform der Nockenfläche 13a (auf die sich im folgenden als Hubkurve bezogen wird) bewegt oder angehoben wird, um das Volumen der Druckkammer 23, die durch die inneren Endabschnitte der Plungerkolben 21 in den Gleitnuten 2a definiert ist, zu ändern, wodurch der Kraftstoff in die Druckkammer 23 angesaugt und der Kraftstoff, der in die Druckkammer 23 angesaugt wird, zyklisch unter Druck gesetzt wird. Die Mittelpunkte 13b zwischen benachbarten zwei Ecken der Nockenfläche 13a entsprechen oberen Enden eines abgewinkelten Profils (d.h. der Hubkurve) der Nockenfläche 13a. Wenn die Nockenrollen 22 mit den oberen Enden 13b der Nockenfläche 13a in Eingriff gelangen, wie es in 10 gezeigt ist, erreichen die Plungerkolben 23 eine innere Begrenzung, um das Volumen der Druckkammer 23 zu minimieren.
Ein Festklemmverbindungsstück 5 ist, wie es in 9 gezeigt ist, in einen Endabschnitt des Pumpenkopfes 84 eingeschraubt. Zwischen dem Festklemmverbindungsstück 5 und dem Pumpengehäuse 1 ist ein Kraftstoffsumpf 53 ausgebildet. Ein Strömungsmengensteuer-Magnetventil 6 ist im Festklemmverbindungsstück 5 installiert, um die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der in die Druckkammer 23 gesaugt wird, zu steuern. Genauer gesagt strömt, wenn das Magnetventil 6 geöffnet ist, der Kraftstoff, wie es 11(a) deutlich entnommen werden kann, vom Förderpfad 15 über den Kraftstoffsumpf 53, einen Fluidpfad 54, der im Festklemmverbindungsstück 5 ausgebildet ist, einen Ventilsitz 75 des Magnetventils 6, einen Ventilsitz 45 eines Rückschlagventils 4, einen Fluidpfad 41c einer Sperre 41 und einen Fluidpfad 23a, der im Pumpenkopf 84 ausgebildet ist, in die Druckkammer 23. Das Magnetventil 6 und das Rückschlagventil 4 bilden die Ausgabesteuereinheit P2, wie es in 8 gezeigt ist.
Das Rückschlagventil 4 weist ein Gehäuse 42 und ein Nadelventil 44 auf. Im Gehäuse 42 ist ein Fluidpfad 43 ausgebildet, der durch das Nadelventil 44 geöffnet und geschlossen wird. Der Fluidpfad 43 erstreckt sich horizontal, wie es 11(a) entnehmbar, und führt zu einem konischem Ventilsitz 45. Das Nadelventil 44 wird durch eine Feder 47, die in der Sperre 41 gehalten wird, mit dem Ventilsitz 45 in konstanten Eingriff gespannt. Genauer gesagt ist das Rückschlagventil 4 normalerweise geschlossen und spricht auf den Kraftstoffstrom an, wenn das Magnetventil geöffnet ist. Im Umfang des Nadelventils 44 sind, wie es in 11(b) gezeigt ist, Nuten 44a ausgebildet, durch die Kraftstoff verläuft.
Die Struktur und der Betrieb des Magnetventils 6 und des Zuführventils 3 sind die gleichen wie im vorstehenden ersten Aspekt. Die gleichen Bezugszeichen wie beim ersten Aspekt beziehen sich auf die gleichen Bauteile; ihre detaillierte Erläuterung wird hier unterlassen.
Die Hochdruckpumpe P führt vier Kraftstoffansaug- und Kraftstoffördervorgänge bei jeder Drehung des Nockens 13 aus. Die Menge des Kraftstoffes, die von der Hochdruckpumpe P ausgegeben wird, wird durch Einstellen der Menge des Kraftstoffes, die in die Druckkammer 23 eintritt, gesteuert, d.h. den Grad, auf den das Magnetventil 6 geöffnet wird, oder die Länge der Zeit, in der das Magnetventil 6 geöffnet ist. Während eines Zeitraumes, in dem das Magnetventil 6 geöffnet ist, wird das Rückschlagventil 4 durch den Förderdruck des Kraftstoffes geöffnet und werden die Plungerkolben 21 in Radialrichtung nach außen bewegt, um den Kraftstoff in die Druckkammer 23 anzusaugen. Der Kraftstoff, der in die Druckkammer 23 angesaugt ist, wird durch Einwärtsbewegung der Plungerkolben 21 unter Druck gesetzt und wird dann über das Zuführventil 3 dem Common-rail R zugeführt.
Die Steuerung der Hochdruckpumpe P wird unter Bezugnahme auf die 12(a) bis 12(g) nachstehend erläutert.
Der Motordrehzahlsensor S2 erfaßt NE-Impulssignale, wie es in 12(a) gezeigt ist, über die Kupplung K, die mit der Nockenwelle 13 der Pumpe P verbunden ist. Die Stelle des Fehlens des Impulssignales hat eine vorgegebene Winkelbeziehung zu den oberen Enden 13b der Nockenfläche 13a. Die ECU 100 überwacht den Winkel (oder die Zeit) vom Fehlen des Impulssignals aus, um den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem das Magnetventil 6 eingeschaltet werden soll.
Gewöhnlich verstreichen die Zeitdauern T1 und T2 zwischen der Erregung des Magnetventils 6 und Zeitpunkten, zu denen das Nadelventil 73 des Magnetventils 6 damit beginnt, sich in eine geöffnete Position zu bewegen, und zu denen das Nadelventil die geöffnete Position erreicht. Die Zeitverzögerungen T1 und T2 werden zuvor bestimmt oder zu allen Zeitpunkten zum Beispiel unter Verwendung eines Hubsensors überwacht; der Zeitpunkt, zu dem das Magnetventil ausgeschaltet wird, wird entsprechend der Drehzahl des Nockens 13 eingestellt, so daß die Zeit, zu der das Magnetventil 6 geöffnet ist, tatsächlich mit der Zeit übereinstimmen kann, zu der die Nockenrollen 22 die oberen Enden der Nockenfläche 13a erreichen.
Bei den vorstehenden Anordnungen wird der Kraftstoff unmittelbar dann angesaugt, wenn der Kraftstoffansaugvorgang der Hochdruckpumpe P beginnt. Genauer gesagt werden die Plungerkolben 21 mit einem Winkel θ nach außen bewegt, der der Differenz zwischen der Erregungsdauer des Magnetventils 6 und der Zeitverzögerung T1 entspricht, bis das Magnetventil 6 mit dem Geöffnetsein beginnt, um den Kraftstoff in die Druckkammer 23 anzusaugen. Der Kraftstoff in der Druckkammer 23 wird durch die Einwärtsbewegung der Plungerkolben 21 in einem folgenden Kraftstoffdruck/ausgabevorgang unter Druck gesetzt und dann zum Common-rail R ausgegeben. Während des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs wirkt der Kraftstoffdruck auf das Rückschlagventil 4, um die Nadel 44 zu schließen, so daß die Menge an Kraftstoff, die in die Hochdruckpumpe P (d.h. die Druckkammer 23) gesaugt wurde, insgesamt zum Common-rail R ausgegeben wird.
Die Kraftstoffmenge, die in die Hochdruckpumpe P gesaugt wird, wird durch die Zeitlänge gesteuert (d.h. die Erregungsdauer), in der das Magnetventil 6 erregt ist. Eine Erhöhung der Erregungsdauer bewirkt eine Erhöhung der angesaugten Menge an Kraftstoff. Die gepunkteten Linien in den 12(c) bis 12(g) zeigen Parameter bei der Auswärtsbewegung der Plungerkolben 21 bis zur äußeren Begrenzung, um eine maximale Kraftstoffmenge in die Druckkammer 23 anzusaugen und diese dem Common-rail R zuzuführen. Vollinien zeigen Parameter, unter denen die Plungerkolben 21 zu Positionen bewegt werden, die durch eine gewünschte anzusaugende Kraftstoffmenge bestimmt werden. Wenn es erforderlich ist, eine geringe Kraftstoffmenge in die Pumpe P anzusaugen, gleiten die Nockenrollen 22 entlang der Nockenfläche 13a, wenn die Plungerkolben 21 mit der Auswärtsbewegung beginnen; diese verlassen die Nockenfläche 13a, nachdem das Magnetventil 6 ausgeschaltet wurde, da die Plungerkolben 21 von der Weiterbewegung abgehalten werden.
13 zeigt die Beziehung zwischen der Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe P ausgegeben wird, und dem Winkel θ, den das Magnetventil geöffnet wird und der der Differenz zwischen der Erregungsdauer des Magnetventils 6 und der Zeitverzögerung T1 entspricht. Die graphische Darstellung zeigt, daß die Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe P ausgegeben wird, im Verhältnis zu einer Erhöhung des Winkels θ ansteigt.
Die 14(a) bis 14(f) zeigen Pumpenvorgänge und den Common-rail-Druck, wenn die Erregung des Druckventils 6 verzögert wird. Die in 14(a) gezeigte Kurve ist die Hubkurve der Nockenfläche 13a, die dem Abstand zwischen der Nockenfläche 13a und dem Mittelpunkt des Nockens entspricht, als Kurve ausgedrückt.
Zum Beispiel wird der Startzeitpunkt, zu dem das Magnetventil 6 erregt wird, auf die oberen Abschnitte 13b der Nockenfläche 13a eingestellt; das Nadelventil 73 des Magnetventils 6 wird geöffnet, nachdem die Nockenrollen 22 die oberen Abschnitt 13b der Nockenfläche 13a verlassen haben. Somit sind zu Beginn des Kraftstoffansaugvorgangs, d.h., wenn die Plungerkolben 21 mit der Auswärtsbewegung beginnen, die Nockenrollen 22 mit der Nockenfläche 13a außer Eingriff; der Förderdruck variiert gewöhnlich, so daß die Auswärtsbewegung der Plungerkolben 21 jeden Zyklus variiert, wodurch bewirkt wird, daß die von der Pumpe P ausgegebene Kraftstoffmenge instabil wird, wie es durch a in 14(d) gezeigt ist. Die Instabilität der ausgegebenen Kraftstoffmenge bewirkt eine Erhöhung der Durckänderung im Common-rail R, wie es durch b in 14(f) gezeigt ist.
Die 15(a) bis 15(f) zeigen Pumpenvorgänge und den Common-rail-Druck, wenn die Erregung des Magnetventils 6 vorverlegt ist. Somit ist, wenn es erforderlich ist, daß die Hochdruckpumpe P eine kleine Menge an Kraftstoff ansaugt, die Auswärtsbewegung der Plungerkolben 21 gering; die Nockenrollen 22 werden von der Nockenfläche 13a entfernt gehalten, bis ein folgender Kraftstoffansaugvorgang ausgeführt wird. Wenn die Erregung des Magnetventils 6 zu früh eintritt, ist das Nadelventil 73 während der ersten Hälfte des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs geöffnet, so daß der Kraftstoff das Nadelventil 44 des Rückschlagventils 4 öffnet und unerwünschterweise in die Druckkammer 23 eintritt. Das gestaltet es schwierig, die Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe P ausgegeben werden soll, zu steuern.
Dementsprechend wird die Verbesserung der Steuerfähigkeit der Kraftstoffmenge, die angesaugt oder ausgegeben werden soll, erreicht, indem das Zeitverhalten gesteuert wird, mit dem das Magnetventil 6 erregt wird, so daß das Nadelventil 73 geöffnet werden kann, wie es in den 12(b) und 12(d) gezeigt ist, unmittelbar nachdem die Nockenrollen 22 die oberen Abschnitte 13b der Nockenfläche 13a passieren, und so daß die Nockenrollen 22 mit der Nockenfläche 13a während des Kraftstoffansaugvorgangs in konstantem Eingriff bewegt werden können.
16 ist ein Fließbild eines Programms oder einer Folge von logischen Schritten, die durch die ECU 100 ausgeführt wird, um die Hochdruckpumpe P zu steuern.
Nach dem Eintritt in das Programm geht die Routine zu Schritt 100, in der die Pumpendrehzahl auf der Grundlage der NE-Impulssignale, die durch den Motordrehzahlsensor S2 erfaßt werden, bestimmt wird. Die Routine geht dann zu Schritt 120, in dem ein Soll-Common-rail-Druck CPTRG und die Kraftstoffmenge, die in den Motor E eingespritzt werden soll, auf der Grundlage des Öffnungsgrades des Drosselventils, der durch den Drosselsensor S5 erfaßt wird, durch Nachschauen in einem Steuerverzeichnis bestimmt werden. Die Routine geht dann zur Schritt 130, in dem der Startzeitpunkt, zu dem das Magnetventil 6 erregt wird, und die Erregungsdauer des Magnetventils 6 auf der Grundlage der Pumpendrehzahl und einer gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge, die dem Common-rail R zugeführt werden soll, bestimmt werden und das Magnetventil 6 eingeschaltet wird.
Die Routine geht zu Schritt 140, in der bestimmt wird, ob ein Common-rail-Druck CPTRT, der durch den Drucksensor S1 überwacht wird, gleich dem Soll-Commonrail-Druck CPTRG ist oder nicht ist. Wenn die Antwort "JA" erhalten wird, ist die Routine beendet. Alternativ dazu geht, wenn die Antwort "NEIN" erhalten wird, die Routine zu Schritt 150, in der ein gewünschtes Erhöhen der Kraftstoffmenge, die dem Common-rail R zugeführt werden soll, auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Common-rail-Druck CPTRT und dem Soll-Common-rail-Druck CPTRG bestimmt wird. Die Routine geht zu Schritt 160, in der die Erregungsdauer des Magnetventils 6 bestimmt wird, die der gewünschten Kraftstoffmenge, die in Schritt 150 bestimmt wird, entspricht, und das Magnetventil 6 für die bestimmte Erregungszeit eingeschaltet wird. Die Routine geht zu Schritt 170, in der bestimmt wird, ob der Commonrail-Druck CPTRT, der durch den Drucksensor S1 überwacht wird, gleich dem Soll-Common-rail-Druck CPTRG oder nicht ist. Wenn die Antwort "NEIN" erhalten wird, geht die Routine zu Schritt 150 zurück. Alternativ dazu wird die Routine beendet, wenn die Antwort "JA" erhalten wird.
Das Pumpensteuerprogramm gemäß Vorbeschreibung kann im ersten Aspekt verwendet werden.
17 zeigt die Hochdruckpumpe P entsprechend dem dritten Aspekt der Erfindung, die eine Abwandlung des ersten Aspekts ist und ein Drosselventil 8 statt des Strömungsmengensteuer-Magnetventils 6 verwendet. Die gleichen Bezugszeichen wie im ersten Aspekt beziehen sich auf gleiche Bauteile.
Das Drosselventil 8 weist ein Nadelventil 81 mit einem konischen Ventilkopf auf, der dem Fluidpfad 43 des Rückschlagventils 4 ausgesetzt ist. Ein Öffnungsbereich des Fluidpfades 43, der dem Niederdruckfluideinlaßpfad 25 ausgesetzt ist, ist einstellbar, indem das Nadelventil 81 durch einen Hebemechanismus 83 nach oben und nach unten verschoben wird, um die Strömungsmenge des Kraftstoffs, der in die Druckkammer 23 vom Niederdruckfluideinlaßpfad 25 tritt, zu steuern.
18 zeigt die Hochdruckpumpe P entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des zweiten in 9 gezeigten Aspekts ist, die beim Kraftstoffeinspritzsystem, wie dieses in 2 gezeigt ist, verwendet wird. Die gleichen Bezugszeichen, wie diese in den vorstehenden Ausführungsbeispielen und Aspekten verwendet werden, beziehen sich auf gleiche Teile; ihre detaillierte Erläuterung wird hier unterlassen.
Die Hochdruckpumpe P weist die Förderpumpe P1 auf, die in 2 gezeigt ist. Die Förderpumpe P1 dreht sich zusammen mit der Förderwelle D, um den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank T durch das Einlaßventil B3 anzusaugen, um diesen dem Kraftstoffsumpf 52 bei ungefähr 15 atm über die Fluidpfade 11, 12, 15 und 54 zuzuführen. Ein Einlaßanschluß und ein Auslaßanschluß der Förderpumpe P1 sind über ein Drucksteuerventil (nicht gezeigt) miteinander verbunden, um den Förderdruck von dieser zu steuern.
Das Magnetventil 6, wie dieses in 19 gezeigt ist, weist ein Gehäuse 61 und einen Ventilkörper 71, der in den Boden des Gehäuses 61 eingepaßt ist, auf. Im Gehäuse 61 befindet sich eine Spule 62. Das Magnetventil 6 ist mit einer oberen Fläche des Festklemmverbindungsstücks 5 über einen Flansch 63, der am Umfang des Gehäuses 61 installiert ist, verschraubt. Im Ventilkörper 71 ist eine Zylinderkammer 72 ausgebildet, in der sich ein Nadelventil 73 gleitfähig befindet. Ein ringförmiger Pfad 74a ist um den oberen Teil des Nadelventils 73 herum ausgebildet und steht über einen Fluidpfad 74b mit einem Kraftstoffsumpf 52 und über einen Fluidpfad 74c mit einem Fluidpfad 43 des Rückschlagventils 4 in Verbindung.
Ein Magnetanker 64 ist auf den rechten Endabschnitt des Nadelventils 73 in Ausrichtung mit einem Stator 65 mit einem vorgegebenen Luftzwischenraum preßgepaßt. Die Spule 62 ist um den Umfang des Stators 65 gewickelt. Eine Feder 67 befindet sich in einer Federkammer 66, die im Stator 65 ausgebildet ist, um den Magnetanker 64 nach links zu drücken, wie es in der Zeichnung zu sehen ist.
An einem Endabschnitt des Fluidpfades 74c ist ein konischer Ventilsitz 75 ausgebildet, auf den das Nadelventil 73 aufsitzt, wenn die Spule 62 entregt ist, um die Fluidverbindung zwischen den Fluidpfaden 74a und 74c zu blockieren. Wenn die Spule erregt ist, erzeugt diese eine Anziehungskraft, um den Magnetanker 64 anzuziehen, so daß das Nadelventil 73 den Ventilsitz 75 verläßt, um zwischen den Fluidpfaden 74a und 74c Fluidverbindung herzustellen.
Wie es den 20(a) und 20(b) entnommen werden kann, hat der Nocken 13 im wesentlichen die gleiche Struktur wie der in 10 gezeigte mit Ausnahme des Profils (d.h. der Hubkurve) der Nockenfläche 13a, wie es nachstehend detailliert erläutert wird. 20(a) zeigt die Plungerkolben 21, die eine innere Begrenzung am Ende des Kraftstoffdruck/ausgabebetriebes erreichen. 20(b) zeigt die Plungerkolben 21, die eine äußere Begrenzung am Ende des Kraftstoffansaugbetriebes erreichen.
Die Nockenfläche 13a hat Aussparungen 82, die an mittleren Abschnitten zwischen Ecken (entsprechend den oberen Abschnitten 13b in 10) ausgebildet sind. Jede der Aussparungen 82 hat, wie es in 21 gezeigt ist, eine Fläche, die entlang eines Abschnitts eines Kreises über einen Winkel θ, deren Mittelpunkt am Mittelpunkt O des Nockens 13 liegt, nach außen gekrümmt ist, um die Nockenrollen 22 von der Bewegung in Radialrichtung des Nockens 13 für eine gegebene Zeitdauer abzuhalten, so daß die Plungerkolben 21 an der inneren Begrenzung, wie es in 20(a) gezeigt ist, für den Zeitraum stoppen, der erforderlich ist, daß sich der Nocken 13 um den Winkel θ dreht. Gewöhnlich tritt eine Zeitverzögerung gemäß Vorbeschreibung zwischen der Erregung des Magnetventils 6 und einem Zeitpunkt auf, zu dem das Nadelventil 73 bewegt wird, um zwischen den Fluidpfaden 74b und 74c eine Fluidverbindung vollständig herzustellen. In diesem Ausführungsbeispiel kann eine solche Zeitverzögerung ausgeglichen werden, indem ein Ventilöffnungsvorgang des Magnetventils 6 während der Zeit, zu der die Plungerkolben 21 an der inneren Begrenzung stoppen, abgeschlossen wird. Das ermöglicht es, daß die Strömungsmenge des Kraftstoffes, der von der Hochdruckpumpe P ausgegeben werden soll, mit hoher Genauigkeit eingestellt wird. Der Winkel θ wird auf der Grundlage der Maximaldrehzahl des Motors E von 5° bis 20° ausgewählt.
Der Kraftstoff, der in der Druckkammer 23 unter Druck gesetzt wird, wird dem Common-rail R vom Fluidpfad 24 über das Zuführventil 3 und das Zuführrohr R1 bei 200 bis 1500 atm entsprechend dem Betriebszustand des Motors E zugeführt.
Der Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung der Hochdruckpumpe P des vierten Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die 22(a) bis 23(b) beschrieben.
Die ECU 100 steuert die Erregung des Magnetventils 6 auf der Grundlage der NE-Impulssignale, wie es in 22(a) gezeigt ist, vom Motordrehzahlsensor 52 und von Sensorsignalen vom Lastsensor D3, dem Drucksensor S1, einem Kühlmitteltemperatursensor und einem Atmosphärendrucksensor (nicht gezeigt).
Zum Zeitpunkt t1 ist das Magnetventil 6 abgeschaltet. Das Nadelventil 73 ist durch die Feder 67 gespannt, um die Fluidverbindung zwischen dem Fluidpfad 74c und dem Kraftstoffsumpf 52 zu blockieren. Das Rückschlagventil 4 ist durch die Feder 46 geschlossen. Die Nockenrollen 22 stehen mit der Nockenfläche 13a des Nockens 13 außer Eingriff.
Wenn in den Kraftstoffdruck/ausgabebetrieb eingetreten wird und die sich drehende Nockenfläche 13a mit den Nockenrollen 22 zum Zeitpunkt t2 in Eingriff gelangt, wird bewirkt, daß die Plungerkolben 21 durch die Gleitstücke 24 nach innen bewegt werden. Während des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs wirkt der Kraftstoffdruck auf das Nadelventil 44 des Rückschlagventils 4, um dieses zu schließen. Wenn der Druck des Kraftstoffes in der Druckkammer 23 durch die Einwärtsbewegung der Plungerkolben 21 erhöht wird und einen gegebenen Pegel überschreitet, öffnet dieser das Zuführventil 3, um den unter Druck stehenden Kraftstoff dem Common-rail R über das Zuführrohr R1 zuzuführen. Wenn die Plungerkolben 21 die innere Begrenzung zum Zeitpunkt t3 erreichen, ist der Kraftstoffdruck/ausgabebetrieb beendet.
Bei Beendigung des Kraftstoffdruck-Ausgabebetriebes sind die Plungerkolben 21, wie es vorstehend beschrieben ist, von der Auswärtsbewegung vom Nocken 13 abgehalten, bis der Nocken 13 eine Drehung mit einem Winkel von 5° beschreibt (d.h. bis zum Zeitpunkt t4).
Die ECU 100 steuert die Erregung des Magnetventils 6, so daß dieses zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4 vollständig geöffnet werden kann.
Genauer gesagt wird das Nadelventil 73 des Magnetventils 6 vollständig bewegt, um zwischen den Fluidpfaden 74b und 74c Fluidverbindung herzustellen, bevor die Plungerkolben 21 nach außen bewegt werden, damit der Kraftstoff in die Druckkammer 23 gesaugt wird. Das bietet eine genaue Einstellung der Kraftstoffmenge, die in die Druckkammer 23 angesaugt werden soll.
Nach dem Zeitpunkt t4 treten die Plungerkolben 21 in den Kraftstoffansaughub. Der Niederdruckkraftstoff, der vom Kraftstoffsumpf 52 in den Fluidpfad 74c strömt, wirkt auf das Nadelventil 44 des Rückschlagventils 4, um dieses entgegen dem Federdruck der Feder 47 zu öffnen, und tritt in die Druckkammer 23 ein. Der Kraftstoff, der in die Druckkammer 23 eintritt, drückt die Plungerkolben 21 nach außen und führt das Ansaugen fort, bis das Magnetventil 6 geschlossen wird.
Wenn die ECU 100 die Spule 62 entregt, sitzt das Nadelventil 73 des Magnetventils 6 auf dem Ventilsitz 75, um die Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffsumpf 52 und dem Fluidpfad 74c (d.h. der Druckkammer 23) zum Zeitpunkt t5 zu blockieren. Wenn der Kraftstoff den Eintritt in die Druckkammer 23 stoppt, wird das Nadelventil 44 des Rückschlagventils 4 durch die Feder 46 geschlossen. Der Nocken 13 führt die Drehung weiter, selbst nachdem der Kraftstoffansaugvorgang abgeschlossen ist; die Plungerkolben 21 werden jedoch von der Bewegung abgehalten, so daß die Nockenrollen 22 mit der Nockenfläche 13a außer Eingriff gebracht werden.
Die Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffsumpf 52 zur Druckkammer 23 strömt, wird durch die Zeitlänge gesteuert, während der das Magnetventil 6 erregt ist. Die gestrichelten Linien in den 22(c) bis 22(e) zeigen Pumpenvorgänge, bei denen die Plungerkolben 21 nach außen bis zur oberen Begrenzung bewegt sind, um eine Maximalkraftstoffmenge in die Druckkammer 23 anzusaugen und diese dem Common-rail R zuzuführen. Vollinien zeigen die Pumpenvorgänge, bei denen die Plungerkolben 21 in Positionen bewegt werden, die durch eine gewünschte anzusaugende Kraftstoffmenge bestimmt sind. Genauer gesagt werden, wenn das Magnetventil 6 früh abgeschaltet wird, die Plungerkolben 21 dazu gebracht, zu stoppen, wie es durch die Vollinie in 22(c) gezeigt ist, bevor die äußere Begrenzung erreicht wird, so daß die Kraftstoffmenge, die in die Druckkammer 23 angesaugt wird, verringert wird.
23(a) zeigt die Hubkurve der Nockenfläche 13a. 23(b) stellt die Geschwindigkeit der Plungerkolben 21 in einem Zyklus vom Ende des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs bis zum Beginn des Kraftstoffansaugvorgangs dar. Wie es deutlich in den Zeichnungen gezeigt ist, wird die Geschwindigkeit der Plungerkolben 21 während eines Winkelintervalls von 5° zwischen dem Ende des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs und dem Start des Kraftstoffansaugvorgangs Null.
24 zeigt die Hochdruckpumpe P entsprechend dem fünften Aspekt der Erfindung, die sich vom vierten Ausführungsbeispiel darin unterscheidet, daß das Rückschlagventil 4 keine Feder 46 hat, die das Nadelventil 44 in die geschlossene Position drückt. Andere Anordnungen sind mit denen des vierten Ausführungsbeispiels identisch.
Bei der herkömmlichen Pumpenstruktur, die so gestaltet ist, daß diese den Kraftstoffansaugvorgang unmittelbar nach Beendigung des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs startet, besteht ein Problem darin, daß eine geringe Kraftstoffmenge aus der Pumpe leckt, selbst nachdem die Pumpe gestoppt ist, wenn die Feder 46 im Rückschlagventil 4 nicht vorgesehen ist; bei der Pumpenstruktur entsprechend dem vierten Ausführungsbeispiel, in der die Hubkurve des Nockens 13 flache Abschnitte über einen Rotationswinkel von 5° des Nockens 13 hat, ist jedoch die Verwendung der Feder 46 beseitigt. Der Grund dafür wird nachstehend erläutert.
Die 25(a) bis 25(e) sind Zeitdarstellungen, die NE-Impulssignale, eine Hubkurve des Nockens 13, eine Bewegung des Nadelventils 73 des Magnetventils 6, einen Hub von jedem Plungerkolben 21 und den Betrieb von dem Rückschlagventil 4 in der herkömmlichen Pumpenstruktur, bei der keine Feder 46 verwendet wird, zeigen.
Zum Zeitpunkt t1 befindet sich das Magnetventil 6 in einer Aus-Position; das Rückschlagventil 4 ist geöffnet, da die Feder 46 nicht verwendet wird. Zum Zeitpunkt t2 beginnen die Plungerkolben 21 mit der Bewegung nach innen, um den Kraftstoff in der Druckkammer 23 unter Druck zu setzen, wodurch das Rückschlagventil 4 geschlossen wird. Die Bewegung des Nadelventils 44 des Rückschlagventils 4 nach rechts, wie es in 24 gezeigt ist, bewirkt, daß das Volumen des Fluidpfades 74c verringert wird, so daß der Innendruck von diesem erhöht wird, wodurch das Nadelventil 73 zeitweise geöffnet wird, wie es in 25(c) gezeigt ist. Somit strömt der Kraftstoff im Fluidpfad 74c in den Kraftstoffsumpf 52. Wenn die Plungerkolben 21 unmittelbar im Anschluß an den Kraftstoffdruck/ausgabevorgang in den Kraftstoffansaughub eintreten, bevor das Nadelventil 73 vollständig geschlossen ist, strömt der Kraftstoff im Kraftstoffsumpf 52 in die Druckkammer 23, die in unerwünschter Weise aus dem Zuführventil 3 leckt, wenn das Magnetventil 6 abgeschaltet wird, um die Pumpe nach dem Kraftstoffdruck/ausgabevorgang zu stoppen.
Die 26(a) bis 26(e) sind Zeitdarstellungen, die NE-Impulssignale, eine Hubkurve des Nockens 13, die Bewegung des Nadelventils 73 des Magnetventils 6, einen Hub der Plungerkolben 21 und einen Betrieb des Rückschlagventils 4 im fünften Aspekt, wie es in 24 gezeigt ist, zeigen.
Wie es aus den Zeichnungen hervorgeht, beginnt der Kraftstoffansaugvorgang nachdem das Nadelventil 73 des Magnetventils 6 vollständig geschlossen ist. Das vorstehende Problem tritt somit nicht auf.
27 zeigt die Hochdruckpumpe P entsprechend dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich vom vierten Ausführungbeispiel, das in 18 gezeigt ist, nur in der inneren Struktur des Magnetventils 6 unterscheidet. Andere Anordnungen sind identisch; eine detaillierte Erläuterung von diesen wird unterlassen.
Im Nadelventil 73 des Magnetventils 6 sind ein Fluidpfad 76a mit großem Durchmesser und ein Fluidpfad 76b mit kleinem Durchmesser vorgesehen. Der Fluidpfad 76a mit großem Durchmesser steht mit dem Fluidpfad 74c in Verbindung. Der Fluidpfad 76b steht mit dem Inneren des Gehäuses 61, wie zum Beispiel der Federkammer 66, in Verbindung. Dieses gleicht dem Kraftstoffdruck, der das Nadelventil 73 in eine Ventilöffnungsrichtung drückt, mit dem Kraftstoffdruck, der das Nadelventil 73 in eine Ventilschließrichtung drückt, aus.
Wenn das Magnetventil 6 eingeschaltet wird und der Magnetanker 64 entgegen der Federkraft der Feder 67 in der Zeichnung nach rechts bewegt wird, strömt der Kraftstoff in der Federkammer 66 in die Fluidpfade 76a und 76b und den Fluidpfad 74c. Wenn die Bauteile im Magnetventil 6 aus elastischem Material, wie zum Beispiel Harz oder Gummi, gefertigt sind, werden diese durch den Kraftstoffdruck, der vom Fluidpfad 74c zum Inneren des Magnetventils 6 übertragen wird, wenn dieses eingeschaltet ist, nach außen verformt, so daß im Raum (auf den sich im folgenden als Stromabventilkammer bezogen wird), der sich vom Nadelventil 44 des Rückschlagventils 4 zum Inneren des Magnetventils 6 über das Nadelventil 73 erstreckt, der Kraftstoff mit einem größeren Volumen als dem Raum während des Einschaltens des Magnetventils 6 gespeichert wird. Genauer gesagt dient die Stromabventilkammer als ein Speicher. Wenn das Magnetventil 6 abgeschaltet wird und der Kraftstoffdruck/ausgabevorgang beginnt, strömt der Kraftstoff in der Stromabventilkammer in die Druckkammer 23, wodurch sich eine Änderung des Drucks des von der Pumpe P ausgegebenen Kraftstoffs ergibt.
Um dieses Problem zu vermeiden bedeckt ein zylindrisches Element 68, das aus nichtmagnetischem metallischem Material, wie zum Beispiel Aluminium, gefertigt ist und dem auf diesem wirkenden Kraftstoffdruck widersteht, den Stator 65, wobei beide Enden mit einer Innenwand des Gehäuses 61 in Eingriff stehen. Genauer gesagt dient das zylindrische Element 68 als eine Trennwand, die den Innenraum des Gehäuses 61 in eine Außenkammer, in der der Spulenkörper 62a und die Spule 62 angeordnet sind, und eine Innenkammer, die zu den Fluidpfaden 76a und 76b führt, unterteilt, um zu verhindern, daß der Kraftstoffdruck zum aus Harz gefertigtem Spulenkörper 62a übertragen wird. Das zylindrische Element 68 dient ebenfalls als Dichtelement, das flüssigkeitsdichte Abdichtungen zwischen dem Gehäuse 61 und dem Stator 65 herstellt. Das beseitigt die Verwendung von O-Ringen, wie zum Beispiel solchen, die zwischen dem Stator 65 und dem Gehäuse 61 im vierten Ausführungsbeispiel, wie es in den 18 und 19 gezeigt ist, installiert sind.
28 zeigt die Beziehung zwischen der Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe P ausgegeben werden soll, und einem Ventilöffnungswinkel θ, d.h. einem Rotationswinkel des Nockens 13 über den Intervall zwischen dem Zeitpunkt t3 und dem Zeitpunkt t4, wie es in 22(b) gezeigt ist, d.h. den Zeitraum zwischen der Beendigung des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs und einem Zeitpunkt, zu dem das Nadelventil 73 des Magnetventils 6 vollständig geschlossen ist. In 22(c) ist der Intervall zwischen dem Ende des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs und Start des Kraftstoffansaugvorgangs 5°; in diesem Ausführungsbeispiel ist dieser jedoch auf 10° eingestellt. L1 zeigt dieses Ausführungsbeispiel an, während L2 eine Hochdruckpumpe P anzeigt, in der das Zylinderelement 68 nicht installiert ist.
Wie es der graphischen Darstellung entnommen werden kann, wird in der Hochdruckpumpe P dieses Ausführungsbeispiels, selbst wenn das Magnetventil 6 eingeschaltet wird, um das Nadelventil 73 unterhalb eines Ventilöffnungswinkels von 10° zu öffnen, der Kraftstoff nicht in der Stromabventilkammer gespeichert, da die Stromabventilkammer nicht als Speicher arbeitet. Die Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe P ausgegeben wird, ist somit Null. Oberhalb eines Ventilöffnungswinkels von 10° wird die ausgegebene Kraftstoffmenge im Verhältnis zum Ventilöffnungswinkel θ erhöht. Insbesondere wird die ausgegebene Kraftstoffmenge genau gesteuert, indem der Ventilöffnungswinkel θ eingestellt wird.
In der Hochdruckpumpe P, bei der das zylindrische Element 68 nicht vorgesehen ist, wird selbst unterhalb eines Ventilöffnungswinkels von 10° eine geringe Kraftstoffmenge von der Pumpe P ausgegeben. Das ist dadurch bedingt, daß unterhalb eines Ventilöffnungswinkels von 10° das Nadelventil 73 geöffnet wird, wenn die Nockenrollen 22 mit den Aussparungen 82 der Nockenfläche 13a in Eingriff gelangen, so daß kein Kraftstoff in die Druckkammer 23 angesaugt wird; jedoch strömt der Kraftstoff, der im Stromabventil, das als Speicher arbeitet, gespeichert ist, in die Druckkammer 23, wenn der Kraftstoffansaugvorgang im Anschluß an das Abschalten des Magnetventils 6 gestartet wird, wobei dieser jedoch während des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs von der Pumpe P unerwünschterweise ausgegeben wird.
Die 29(A) bis 30 zeigen die Hochdruckpumpe P entsprechend dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Abwandlung des vorstehenden sechsten Ausführungsbeispiel ist.
Im Gehäuse 61 ist ein Fluidpfad 61a ausgebildet, der zwischen dem Kraftstoffsumpf 52 und dem Inneren des Gehäuses 61 Verbindung herstellt. In einer Seitenwand des Nadelventils 73 ist ein Fluidpfad 73a ausgebildet, wie es in 29(b) gezeigt ist, damit gestattet wird, daß der Kraftstoff im Kraftstoffsumpf 52 in den Fluidpfad 76 im Nadelventil 73 strömt. Der Ventilkörper 71 weist ein geschlossenes linkes Ende auf und hat einen Außendurchmesser, der geringer als der des Fluidpfades 74c ist. Wenn das Nadelventil 73 geöffnet ist, strömt das Fluid, wie es durch den Pfeil in 30 angezeigt ist, vom Fluidpfad 76 zum Fluidpfad 74c stromab vom Nadelventil 73 durch den Ventilsitz 75 und die Fluidpfade 74a und 74b und öffnet das Nadelventil 74 des Rückschlagventils 4.
Wenn das Magnetventil 6 abgeschaltet wird, wird die Fluidverbindung zwischen dem Fluidpfad 74c und dem Fluidpfad 76 im Nadelventil 73 blockiert, wie es in 29(a) gezeigt ist. Genauer gesagt sind der Fluidpfad 74c und der Innenraum des Nadelventils 73, der zum Inneren des Magnetventils 6 führt, blockiert. Das verhindert, daß übermäßiger Kraftstoff im Fluidpfad 74c durch die Verformung der O-Ringe 62b und 62c und des aus Harz gefertigten Spulenkörpers 62a gespeichert wird, wie es im vorstehenden sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben wird, ohne daß das zylindrische Metallelement 68 verwendet wird. Die konstante Verbindung zwischen dem Inneren des Magnetventils 6 und dem Fluidpfad 54 stromaufwärts vom Magnetventil 6 durch den Fluidpfad 61a gestattet, daß Kraftstoff vom Fluidpfad 54 in das Magnetventil 6 und aus dem Magnetventil 6 in den Fluidpfad 54 strömt, wenn das Nadelventil 73 bewegt wird, wodurch die Mühelosigkeit der Bewegung des Nadelventils 73 erleichtert wird, wenn das Magnetventil 6 ein- und ausgeschaltet wird.
Die 31(a) bis 31(c) zeigen die Hochdruckpumpe P entsprechend dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich vom siebten Ausführungsbeispielin der Struktur des Nadelkörpers 71 unterscheidet.
Im rechten Endabschnitt des Nadelkörpers 71 ist ein ringförmiger Fluidpfad 71b ausgebildet. An einer Innenwand des Ventilkörpers 71 zwischen dem Fluidpfad 71a und dem Fluidpfad 71b ist ein Ventilsitz 79 ausgebildet, der um den Umfang des Nadelventils 73 definiert ist. Das Nadelventil 73 sitzt auf einer konischen Fläche 73b am Ventilsitz 79 auf. Ein zylindrischer Fluidpfad 71c ist im Nadelventil 73 ausgebildet, der zwischen dem Fluidpfad 74c und dem Fluidpfad 71b Verbindung herstellt. Der Fluidpfad 71a steht mit dem Fluidpfad 61a, der im Gehäuse 61 ausgebildet ist, und dem Kraftstoffsumpf 52 über eine mittlere Öffnung 69a einer C-förmigen Unterlegscheibe 69 in Verbindung, wie es in 31(c) gezeigt ist, die sich zwischen dem Ventilkörper 71 und dem Gehäuse 61 befindet. Das linke Ende des Ventilkörpers 71 ist geschlossen. Wenn das Nadelventil 73 geschlossen ist, ist die Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Magnetventils 6 und dem Fluidpfad 74c blockiert.
Wenn das Nadelventil 73 nach rechts bewegt wird, um die Fluidverbindung zwischen den Fluidpfaden 71a und 71b herzustellen, wie es in 31(b) gezeigt ist, bewirkt dieses, daß der Kraftstoff, wie es durch einen Pfeil angezeigt ist, vom Fluidpfad 54 über den Kraftstoffsumpf 52, den Fluidpfad 61a, die mittlere Öffnung 69a der Unterlegscheibe 69 und die Fluidpfade 71a, 71b und 71c zum Fluidpfad 74c strömt. Wenn das Magnetventil ausgeschaltet wird, werden der Fluidpfad 74c und der Innenraum des Magnetventils 6 blockiert, wodurch ähnlich wie im vorstehenden siebten Ausführungsbeispiel verhindert wird, daß übermäßiger Kraftstoff im Fluidpfad 74c durch die Verformung der O-Ringe 62b und 62c und des Harzspulenkörpers 62a im Fluidpfad 74c gespeichert wird, ohne daß das zylindrische Metallelement 68 verwendet wird.
32 zeigt die Hochdruckpumpe P entsprechend dem neunten Aspekt, die so gestaltet ist, daß diese die Kraftstoffmenge, die bei Vorhubsteuerung ausgegeben werden soll, einstellt, wie es im einleitenden Teil dieser Anmeldung beschrieben ist. Zum Beispiel wird in der herkömmlichen, in 1 gezeigten Hochdruckpumpe das Ausgeben der gewünschten Kraftstoffmenge vorgenommen, indem der Ventilkopf 96, wie es in 33(d) gezeigt ist, während des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs geöffnet wird, um einen Teil des Kraftstoffs, der in die Druckkammer 93 angesaugt wurde, zum Niederdruckpfad 95 auszugeben, bis die Kraftstoffmenge in der Druckkammer 93 einen gewünschten Wert erreicht, ohne daß der Ventilkopf 96 geschlossen wird; unmittelbar im Anschluß beginnt der Plungerkolben mit einer Aufwärtsbewegung, wonach der Ventilkopf 96 geschlossen wird. Gewöhnlich tritt, zwischen der Erregung der Spule 97 und einem Zeitpunkt, zu dem der Ventilkopf 96 mit dem Schließen beginnt, eine Zeitverzögerung t0 auf, wie diese in 33(b) und 33(d) gezeigt ist. Als Ausgleich für eine unausweichliche Variation von Einheit zu Einheit bei den Magnetventilen und/oder eine Variation bei der Spannung einer Batterie, die in einem Kraftfahrzeug installiert ist, wird das Magnetventil 94 für eine vorgegebene Zeitdauer T (zum Beispiel 0,5 ms), die länger als die Zeitverzögerung t0 ist, eingeschaltet. Das Problem tritt jedoch, wenn es erforderlich ist, daß die Pumpe eine geringe Menge an Kraftstoff ausgibt, zum Beispiel in Leerlaufbetriebsmodi eines Motorbetriebes, darin auf, daß der Ventilkopf 96, wie es in 34(d) gezeigt ist, nach dem Beginn des Kraftstoffansaugvorgangs geöffnet wird. Genauer gesagt ist der Ventilkopf 96 des Magnetventils 94 unmittelbar nach dem Kraftstoffansaugvorgang noch geschlossen, so daß der Kraftstoff nicht in die Druckkammer 93 angesaugt wird, wodurch bewirkt wird, daß ein Nockenstößel (der mit dem Plungerkolben 92 verbunden ist) mit einem Nocken außer Eingriff gelangt, wie es in 34(f) gezeigt ist. Bei Beendigung der Erregung des Magnetventils 94 wird der Ventilkopf 96 geöffnet, um den Kraftstoff in die Druckkammer 93 anzusaugen; gleichzeitig trifft der Nockenstößel auf den Nocken, wodurch ein nicht gewolltes mechanisches Geräusch erzeugt wird. Mit dem neunten Aspekt, der nachstehend beschrieben wird, wird beabsichtigt, dieses Problem zu lösen.
In den 32 und 35 beziehen sich die gleichen Bezugszeichen, wie diese in den vorstehenden Ausführungsbeispielen und Aspekten verwendet werden, auf die gleichen Bauteile; eine detaillierte Erläuterung von diesen wird unterlassen.
Das Magnetventil 6, wie es in 35 gezeigt ist, weist ein zylindrisches Gehäuse 61 und einen Flanschventilkörper 71 auf. Das eine Ende des Gehäuses 61 ist durch eine Abdeckung 63 geschlossen; im Gehäuse befindet sich ein Stator 65. Im Ventilkörper 71 befindet sich eine Zylinderkammer 72, in der sich ein Nadelventil 73 gleitfähig befindet. Das Nadelventil 73 hat einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einen Ventilkopf 74, der mit einem Ende des Abschnitts mit kleinem Durchmesser verbunden ist. Zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser des Nadelventils 73 und einer Innenwand der Zylinderkammer 72 ist eine Kraftstoffkammer 59 definiert. Ein Fluidpfad 58 geht durch den Ventilkörper 71 und stellt zwischen der Kraftstoffkammer 59 und der Niederdruckpumpe P1 über die Fluidpfade 11, 12 und 15, wie es in 32 gezeigt ist, Verbindung her.
Ein Magnetanker 64, der aus einem Scheibenelement besteht, ist am Nadelventil 73 mit Preßpassung zwischen dem Ventilkörper 71 und dem Stator 65 installiert. Im Stator befindet sich eine Spule 62 und eine Feder 67, die das Nadelventil 73 mit einem Abstandhalter 41, der an einem Endabschnitt des Ventilkörpers 71 befestigt ist, in konstanten Eingriff drückt. Im Abstandhalter 41 ist eine Vielzahl von Löchern oder Blenden 42 ausgebildet, die zur Druckkammer 23 über den Fluidpfad 23a, der im Pumpenkopf 84 ausgebildet ist, führen. Der Ventilkörper 71 hat einen konischen Ventilsitz 75, der zu einer Öffnung der Zylinderkammer 72 freigelegt ist. Wenn das Magnetventil 6 eingeschaltet wird, bewirkt dieses, daß das Nadelventil 73 zum Stator 65 angezogen wird, damit der Ventilkopf 74 mit dem Ventilsitz 75 in Eingriff gebracht wird, wodurch die Fluidverbindung zwischen den Blenden 42 (d.h. der Druckkammer 23) und dem Fluidpfad 58 (d.h. der Niederdruckpumpe P1) blockiert wird.
Der Nocken 13 hat die gleiche Struktur wie ein in den 20(a) bis 21 gezeigter. Insbesondere weist der Nocken 13 die gleiche Nockenfläche 13a auf. Die Nockenfläche 13a hat die Hubkurve, die in 22(a) gezeigt ist, mit flachen Abschnitten (die den Aussparungen 82, die an mittleren Abschnitten zwischen den Ecken ausgebildet sind, entsprechen), die die Nockenrollen 22 davon abhalten, sich in Radialrichtung des Nockens 13 für eine vorgegebene Zeitdauer zu bewegen (die einem Rotationswinkel θ des Nockens 13, der von 5° bis 20° auf der Grundlage der Maximaldrehzahl des Motors E ausgewählt werden kann, entspricht), so daß die Plungerkolben 21 zwischen dem Kraftstoffdruck/ausgabevorgang und dem Kraftstoffansaugvorgang an der inneren Begrenzung stoppen.
Der Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung der Hochdruckpumpe P dieses Aspekts wird unter Bezugnahme auf die 2 und 36(a) bis 36(e) beschrieben.
Die ECU 100 steuert die Erregung des Magnetventils 6 auf der Grundlage von NE-Impulssignalen, wie diese in 36(a) gezeigt sind, vom Motordrehzahlsensor S2 und von Sensorsignalen vom Lastsensor S3, dem Drucksensor S1, einem Kühlmitteltemperatursensor und einem Atmosphärendrucksensor (nicht gezeigt).
Zum Zeitpunkt t1 ist das Magnetventil 6 ausgeschaltet. Das Nadelventil 73 ist durch die Feder 67 gedrückt, um zwischen dem Fluidpfad 58 (d.h. der Niederdruckpumpe P1) und der Druckkammer 23 Fluidverbindung herzustellen. Wird in den Kraftstofförderhub gelangt, beginnen die Plungerkolben 21 mit einer Bewegung nach innen, um den Kraftstoff in der Druckkammer 23 unter Druck zu setzen; der Kraftstoff strömt jedoch aus der Druckkammer 23 und kehrt über die Kraftstoffkammer 52 zum Fluidpfad 15 zurück. Wenn die ECU 100 das Magnetventil 6 einschaltet, ist das Nadelventil 73 die Zeit t0 später vollständig geschlossen, um die Fluidverbindung zwischen dem Fluidpfad 58 und der Druckkammer 23 zum Zeitpunkt t2 zu blockieren.
Wenn das Nadelventil 73 vollständig geschlossen ist, wird der Kraftstoff in der Druckkammer 23 unter Druck gesetzt, so daß sich der Druck von diesem erhöht. Wenn ein bestimmter Druckpegel überschritten wird, wird der Kraftstoff in der Druckkammer 23 vom Zuführventil 3 über den Fluidpfad 24 ausgegeben. Wenn die Plungerkolben 21 die innere Begrenzung zum Zeitpunkt t3 erreichen, ist der Kraftstoffdruck/ausgabevorgang beendet.
Nach Beendigung des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs werden die Plungerkolben 21 gemäß Vorbeschreibung an der inneren Begrenzung gehalten, bis der Nocken 13 mit einem Winkel von 5° gedreht wird (d.h. bis zur Zeit t4), ohne daß unmittelbar in den Kraftstoffansaughub eingetreten wird.
Die ECU 100 schaltet das Magnetventil 6 zur Zeit T nach der Erregung ab. Die Zeit T beträgt ungefähr 0,5 ms länger als die Zeitverzögerung t0 zwischen der Erregung der Magnetspule 6 und der Zeit, zu der das Nadelventil 73 vollständig geöffnet ist, um eine unausweichliche Abweichung von Einheit zu Einheit bei den Magnetventilen und/oder eine Abweichung der Spannung einer Batterie, die in einem Kraftfahrzeug installiert ist, auszugleichen. Zwischen der Entregung der Spule 62 des Magnetventils 6 und dem Zeitpunkt, zu dem das Nadelventil 73 vollständig geöffnet ist, tritt ebenfalls eine Zeitverzögerung t01 auf. Genauer gesagt verbleibt, wenn der Kraftstoffdruck/ausgabevorgang abgeschlossen ist, das Nadelventil 73 verschlossen, so daß der Kraftstoff nicht in die Druckkammer 23 gesaugt wird, wodurch bewirkt wird, daß die Nockenrollen 22 mit der Nockenfläche 13a außer Eingriff gelangen. Das bewirkt gemäß Vorbeschreibung, daß ein mechanisches Geräusch erzeugt wird, wenn der Kraftstoff in die herkömmliche Hochdruckpumpe gesaugt wird; durch die Hochdruckpumpe P von diesem Aspekt, tritt jedoch eine Verzögerung des Kraftstoffansaugvorgangs auf, wie es den 36(b) bis 36(d) entnommen werden kann, bis das Nadelventil 73 vollständig geöffnet ist, wodurch verhindert wird, daß die Nockenrollen 22 mit der Nockenfläche 13a unmittelbar nach dem Beginn des Kraftstoffansaugvorgangs außer Eingriff gelangen, wodurch das vorstehende Problem verhindert wird, das bei der herkömmlichen Hochdruckpumpe P angetroffen wird.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel offenbart ist, um ein besseres Verständnis von dieser zu erleichtern, ist festzuhalten, daß die Erfindung auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, daß diese alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen bezüglich den gezeigten Ausführungsbeispielen einschließt, die ausgeführt werden können, ohne vom Prinzip der Erfindung, das in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.
Zum Beispiel kann das Rückschlagventil 4 durch einen beliebigen anderen Ventilmechanismus ersetzt werden, der dazu geeignet ist, geöffnet zu werden, wenn der Niederdruckkraftstoff in die Druckkammer 23 gesaugt wird, und nach dem Druckbeaufschlagen des Kraftstoffs, der in die Druckkammer 23 gesaugt wurde, bis zur Beendigung des Kraftstoffdruck/ausgabevorgangs geschlossen gehalten wird. Genauer gesagt kann ein Magnetventil verwendet werden, das so gestaltet ist, daß dieses während des Druckbeaufschlagens des Kraftstoffes, der in die Druckkammer 23 angesaugt wurde, auf der Grundlage einer Druckbeaufschlagungsdauer geschlossen ist, die durch einen Druckschätzsensor, wie zum Beispiel einen Drucksensor, der den Druck in der Druckkammer 23 mißt, einen Kurbelwinkelsensor oder einen Plungerkolben-Sensor, der die Bewegung eines Plungerkolbens 21 in eine Druckerhöhungsrichtung erfaßt, bestimmt wird, der dazu in der Lage ist, den Zeitpunkt zu erfassen, zu dem der Kraftstoff, der in die Druckkammer 23 angesaugt wird, beginnt, unter Druck gesetzt zu sein.
Beim zweiten bis neunten Ausführungsbeispiel bzw. Aspekt wird die Innennockenpumpe im Kraftstoffeinspritzsystem verwendet; eine Stirnflächennockenpumpe kann jedoch ebenfalls verwendet werden.

Claims

Eine Hochdruckpumpe (P), die aufweist einen Pumpenkörper (1), einen Einlassanschluss, der im Pumpenkörper (1) vorgesehen ist und in den Fluid gesaugt wird, einen Auslassanschluss, der im Pumpenkörper vorgesehen ist und aus dem Kraftstoff ausgelassen wird, eine Kammer (23), die im Pumpenkörper ausgebildet ist, einen Plungerkolben (21), der in der Kammer gleitfähig angeordnet ist, um eine Druckkammer zu definieren, deren Volumen entsprechend der Gleitbewegung des Plungerkolbens geändert wird, wobei die Druckkammer mit den Einlass- und Aulassanschlüssen in Verbindung steht und das vom Einlassanschluss angesaugte Fluid unter Druck setzt, einen Nocken (13), der eine Hubkurve hat, die den Plungerkolben (21) in eine erste Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer (23) zu verringern, damit das Fluid in der Druckkammer (23) unter Druck gesetzt wird, und in eine zweite Richtung bewegt, um das Volumen der Druckkammer (23) zu erhöhen, damit das Fluid vom Einlassanschluss während der vollständigen Drehung des Nockens angesaugt wird, wobei die Hubkurve einen Abschnitt aufweist, wo der Plungerkolben (21) von der Bewegung für eine gegebene Zeitdauer abgehalten wird, bis der Plungerkolben (21) im Anschluss an die Bewegung in die erste Richtung mit der Bewegung in die zweite Richtung beginnt, gekennzeichnet durch eine Ventileinrichtung (3) zum Auslassen des Fluids, das in der Druckkammer (23) auf einen gegebenen Pegel unter Druck gesetzt wurde, aus dem Aulassanschluss, wobei ein Rückschlagventil (4) und ein Magnetventil (6) vorgesehen sind und sich das Rückschlagventil (4) in der Fluideinlassleitung befindet, die sich vom Einlassanschluss zur Druckkammer (23) erstreckt, um zu ermögli chen, dass das Fluid vom Einlassanschluss zur Druckkammer (23) strömt, während das Fluid bezüglich des Ausströmens aus der Druckkammer (23) zum Einlassanschluss eingeschränkt wird, wobei das Magnetventil (6) einen Abschnitt der Fluideinlassleitung stromaufwärts vom Rückschlagventil (4) öffnet und schließt, um die Strömungsrate des Fluids, das in die Druckkammer (23) durch das Rückschlagventil (4) gesaugt wird, zu steuern, und dass die gegebene Zeitdauer, in der der Plungerkolben (21) von der Bewegung abgehalten wird, so bestimmt ist, dass das Magnetventil (6) den Abschnitt der Fluideinlassleitung vollständig öffnet, bevor der Plungerkolben (21) mit der Bewegung in die zweite Richtung beginnt.
Eine Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegebene Zeitdauer, während der Plungerkolben (21) von der Bewegung abgehalten wird, 5° bis 20° ausgedrückt als ein Rotationswinkel des Nockens (13) entspricht.
Eine Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (13) eine gekrümmte Innenwand hat, der der Plungerkolben (21) folgt, um sich in die erste und zweite Richtung zu bewegen, wobei die gekrümmte Innenwand einen Abschnitt hat, der entlang eines Teils eines Kreises gekrümmt ist, dessen Mitte im Rotationsmittelpunkt des Nockens (13) liegt, um den Plungerkolben von der Bewegung von der ersten Richtung in die zweite Richtung für die gegebene Zeitdauer abzuhalten.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, das aufweist Einspritzeinrichtungen (I) zum Einspritzen von Kraftstoff in Zylinder des Verbrennungsmotors, ein Hochdruckkkraftstoffspeicherrohr (R), das mit den Einspritzeinrichtungen verbunden ist, Magnetventile (B1), die das Kraftstoffeinspritzen der Einspritzeinrichtungen (I) steuern, und eine Hochdruckpumpe, die den Kraftstoff dem Hochdruckspeicherrohr zuführt, nach Anspruch 1.