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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Bisher
ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt gewesen, die einen
Akkumulator zum Ansammeln von Kraftstoff mit hohem Druck hat und Kraftstoff
von dem Akkumulator durch ein Kraftstoffeinspritzventil einspritzt,
das für
jeden der Zylinder angeordnet ist, um Kraftstoff mit einem hohen
Druck direkt in den Zylinder einzuspritzen. In einer derartigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung
wird im Allgemeinen Kraftstoff periodisch durch eine Hochdruckpumpe
mit hohem Druck in den Akkumulator, die durch den Motor angetrieben
wird, geschickt und Kraftstoff in dem Akkumulator behält nahezu
einen vorgegebenen hohen Druck bei Ferner ist eine elektrisch angetriebene Niedrigdruckpumpe
zwischen der Hochdruckpumpe und einem Kraftstoffbehälter angeordnet,
so dass der Druck von Kraftstoff, der durch die Hochdruckpumpe anzusaugen
ist, auf einen vorgegebenen niedrigen Kraftstoffdruck gehoben wird,
der höher
als der atmosphärische
Druck ist, um eine Erzeugung von Dampf in dem Kraftstoff, der von
der Hochdruckpumpe ausgegeben wird, zu verhindern.
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In
der Kraftstoffeinspritzvorrichtung muss der Druck von Kraftstoff
in dem Akkumulator schnell gehoben werden, um zum Einspritzen von
Kraftstoff beim Start des Motors geeignet zu sein. Bei der Hochdruckpumpe,
die mit einer sehr niedrigen Drehzahl durch Anlassen gedreht wird,
ist jedoch der Ausgabewirkungsgrad der Hochdruckpumpe so niedrig, dass
ein verhältnismäßig langer
Zeitraum erforderlich ist, bevor der Druck von Kraftstoff in dem
Akkumulator auf einen Druck gehoben ist, der zum Einspritzen von
Kraftstoff geeignet ist.
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Um
dieses Problem zu lösen,
offenbart die japanische ungeprüfte
Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 9-250426 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung,
in der ein normal geschlossener Umgehungsdurchgang zum Umgehen der
Hochdruckpumpe vorgesehen ist, um die Niedrigdruckpumpe mit dem
Akkumulator zu verbinden, und der Umgehungsdurchgang ist bei dem
Start des Motors geöffnet,
so dass Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe ausgegeben wird,
direkt in den Akkumulator eingeführt
wird. Die Niedrigdruckpumpe wird elektrisch angetrieben und stellt
daher einen hohen Ausgabewirkungsgrad ab dem Start des Motors bereit.
Hierdurch ermöglicht diese
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, dass der Druck von Kraftstoff in
dem Akkumulator schnell auf einen vorgegebenen niedrigen Kraftstoffdruck
gehoben wird, so dass der Kraftstoff mit diesem Kraftstoffdruck eingespritzt
werden kann.
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Ein
Vorsehen des Umgehungsdurchgangs macht den Aufbau der Kraftstoffeinspritzvorrichtung jedoch
komplex und verursacht Kosten. Daher offenbart der vorstehend genannte
nächstliegende
Stand der Technik ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, in
der ein Rückschlagventil
in einem Ansaugdurchgang angeordnet ist, der die Ausgabeseite der
Niedrigdruckpumpe mit der Saugseite der Hochdruckpumpe verbindet,
um nur den Fluss von Kraftstoff von der Niedrigdruckpumpe in die
Hochdruckpumpe zu erlauben, und der Umgehungsdurchgang ist weggelassen.
In dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist es beabsichtigt, den
Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe durch eine Pumpenkammer
in der Hochdruckpumpe in den Akkumulator ausgegeben wird, wenn der
Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators niedriger als ein vorgegebener
Druck bei dem Start des Motors ist, direkt einzuführen.
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In
der vorstehend genannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung, in der
der Umgehungsdurchgang weggelassen ist, kann Kraftstoff, der von
der Niedrigdruckpumpe ausgegeben wird, im Wesentlichen direkt in
den Akkumulator eingeführt
werden, wenn die Drücke
innerhalb des Akkumulators und innerhalb der Pumpenkammer der Hochdruckpumpe
niedriger als ein vorgegebener niedriger Druck sind. Andererseits
steigt, wenn die Hochdruckpumpe den Ausgabehub durch das Anlassen
bei dem Start des Motors startet, der Kraftstoffdruck innerhalb
der Pumpenkammer der Hochdruckpumpe über den vorgegebenen niedrigen
Kraftstoffdruck. Während
diesem Zeitraum ist daher das Rückschlagventil
in dem Ansaugdurchgang geschlossen und der Kraftstoff, der von der
Niedrigdruckpumpe ausgegeben wird, kann nicht zu dem Akkumulator
zugeführt
werden. Dementsprechend ist der Zeitraum, bevor der Druck innerhalb des
Akkumulators auf nahezu einen vorgegebenen niedrigen Kraftstoffdruck
erhöht
ist, mit dem der Kraftstoff eingespritzt werden kann, verlängert und die
Startleistung des Motors kann nicht wie beabsichtigt verbessert
werden.
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Ferner
zeigt die Druckschrift
JP 9250426 ein Kraftstoffeinspritzsystem
mit einer Hochdruckpumpe, die durch einen Motor angetrieben wird,
und einer Förderpumpe,
die durch eine andere Quelle angetrieben wird. Eine Leitung mit
einem elektromagnetischen Öffnungs-/Schließventil,
das die Hochdruckpumpe umgeht, ist vorgesehen. Bei dem Start des Motors
ist das elektromagnetische Öffnungs-/Schließventil
zum schnellen Steigern des Drucks in einer Zufuhrleitung geöffnet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor
zu schaffen, der eine gute Startleistung hat, während von einer vereinfachten
Kraftstoffeinspritzvorrichtung gebraucht gemacht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale von Anspruch 1 bzw.
Anspruch 3 gelöst.
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Ferner
sind vorteilhafte Entwicklungen in den Unteransprüchen beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die eine Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung
in einen Verbrennungsmotor gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen Verbrennungsmotor der Bauart mit
Zylinderdirekteinspritzung darstellt, in dem die Vorrichtung zum
Steuern einer Kraftstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung
montiert werden kann;
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3 ist
eine Schnittansicht, die einen Dieselmotor darstellt, in dem die
Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden
Erfindung montiert werden kann;
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4 ist
eine erste Routine zum Steuern des Betriebs einer Niedrigdruckpumpe
und zum Steuern des Betriebs eines elektromagnetischen Ventils;
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5 ist
eine Ansicht, die eine Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung
in einen Verbrennungsmotor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt;
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6 ist
eine zweite Routine zum Steuern des Betriebs der Niedrigdruckpumpe,
zum Steuern des Betriebs des elektromagnetischen Ventils und zum
Steuern des Betriebs einer elektromagnetischen Kupplung; und
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7 ist
eine Schnittansicht, die eine Hydraulikkupplung darstellt, die anstelle
der elektromagnetischen Kupplung des zweiten Ausführungsbeispiels
verwendet werden kann.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 ist
eine Ansicht, die eine Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung
in einen Verbrennungsmotor schematisch darstellt. Das nachstehend
beschriebene Ausführungsbeispiel
behandelt einen Verbrennungsmotor, der vier Zylinder hat, der jedoch
die vorliegende Erfindung nicht beschränken soll. In 1 bezeichnet
ein Bezugszeichen 1 vier Kraftstoffeinspritzventile, die
für die
Zylinder angeordnet sind, und 2 einen Akkumulator zum Zuführen von
Kraftstoff mit einem hohen Druck zu den Kraftstoffeinspritzventilen 1.
Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Kraftstoffbehälter, in
dem eine Niedrigdruckpumpe 4 angeordnet ist. Die Niedrigdruckpumpe 4 ist
eine Elektropumpe, die durch eine Batterie angetrieben wird und
einen Nennausgabedruck (PL) von z.B. 0,3 MPa hat. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet
einen Filter zum Entfernen von Fremdstoffen aus dem Kraftstoff,
der durch die Niedrigdruckpumpe 4 eingesaugt wird.
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Das
Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Hochdruckpumpe zum Erhöhen des
Drucks innerhalb des Akkumulators 2 auf nahezu einen vorgegebenen
hohen Kraftstoffdruck (PH) von z.B. 10 MPa. Die Hochdruckpumpe 7 hat
einen Kolben 7a, der in dem Zylinder verschoben werden
kann. Eine Pumpenkammer ist durch einen Raum 7d in dem
Zylinder der Hochdruckpumpe 7 ausgebildet, die eine saugseitige Öffnung 7b und
eine ausgabeseitige Öffnung 7c hat. Der
Verschiebebetrieb des Kolbens 7a zum Verringern der Größe der Pumpenkammer 7d,
d. h. der Ausgabehubbetrieb des Kolbens 7a, wird durch
einen Nocken 7e, der mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelt
ist, erzeugt. Der Verschiebebetrieb des Kolbens 7a zum
Erhöhen
der Größe der Pumpenkammer 7d,
d. h. der Saughubbetrieb des Kolbens 7a, wird durch eine
Druckfeder 7f erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel erzeugt der
Nocken 7e zwei Ausgabehübe,
wenn er einmal dreht. Hier ist der Nocken 7e durch ein
Untersetzungsgetriebe und dergleichen mit der Kurbelwelle verbunden,
so dass eine Drehung des Nockens 7e zwei Drehungen der
Kurbelwelle entspricht; d. h., dass der Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 für jede Kraftstoffeinspritzung
in die zwei Zylinder erzeugt wird.
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Die
saugseitige Öffnung 7b der
Pumpenkammer 7d ist mit einer Steuerkammer 7g verbunden.
Die Steuerkammer 7g ist durch eine Saugleitung 8 mit
der Ausgabeseite der Niedrigdruckpumpe 4 verbunden und
ist ferner durch eine Rückführleitung 9 mit
dem Kraftstoffbehälter 3 verbunden.
Die Saugleitung 8 ist mit einem Filter 10 zum
Entfernen von Fremdstoffen aus dem Kraftstoff, der von der Niedrigpumpe 4 ausgegeben
wird, vorgesehen.
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Die
saugseitige Öffnung 7c der
Pumpenkammer 7d ist durch eine Ausgabeleitung 11 mit
dem Akkumulator 2 verbunden. Die Ausgabeleitung 11 ist
mit einem Rückschlagventil 12 versehen,
das nur den Durchfluss von Kraftstoff in den Akkumulator 2 erlaubt.
Das Rückschlagventil 12 öffnet sogar
unter einem sehr kleinen Differenzdruck.
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Die
Rückführleitung 9 ist
mit einem ersten Überströmventil 13 versehen,
das nur den Fluss von Kraftstoff zu dem Kraftstoffbehälter 3 erlaubt.
Die Rückführleitung 9 auf
der stromabwärtigen
Seite des ersten Überströmventils 13 ist
durch eine Verbindungsleitung 14 mit dem Akkumulator 2 verbunden. Die
Verbindungsleitung 14 ist mit einem zweiten Überströmventil 15 versehen,
das nur den Fluss von Kraftstoff von dem Akkumulator 2 erlaubt.
Das erste Überströmventil 13 wird
durch einen etwas größeren Druck
als der Nennausgabedruck (PL) der Niedrigdruckpumpe 4 geöffnet. Das
zweite Überströmventil 15 wird
geöffnet,
wenn der Druck innerhalb des Akkumulators 2 einen höheren vorgegebenen
Druck als der vorgegebene hohe Kraftstoffdruck (PH) annimmt und
verhindert somit eine anormale Steigerung eines Kraftstoffdrucks
innerhalb des Akkumulators 2.
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Das
Bezugszeichen 16 bezeichnet ein elektromagnetisches Ventil
zum Öffnen
oder Schließen der
saugseitigen Öffnung 7b der
Hochdruckpumpe 7. Das elektromagnetische Ventil 16 ist
bei Anregen eines elektrischen Solenoids 16a geschlossen
und wird durch eine Feder 16b bei Nicht-Anregen des elektrischen Solenoids 16a geöffnet. Das
elektromagnetische Ventil 16 ist in dem Ansaughub der Hochdruckpumpe 7 geöffnet und
ist nur für
einen erforderlichen Zeitraum während
dem Ausgabehub geschlossen. Während
dem Ansaughub der Hochdruckpumpe 7 saugt daher die Pumpenkammer 7d den
Kraftstoff, der aus der Niedrigdruckpumpe 4 ausgegeben
wird, ein. Wenn das elektromagnetische Ventil 16 während dem
Ausgabehub geschlossen ist, wird der Kraftstoff in der Pumpenkammer 7d durch die
Ausgabeleitung 11 in den Akkumulator 2 geschickt.
Andererseits wird, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 höher als
der Druck zum Öffnen
des ersten Überströmventils 13 ist,
während
das elektromagnetische Ventil 16 in dem Ausgabehub geöffnet ist,
Kraftstoff in die Pumpenkammer 7d durch die Rückführleitung 9 zu
dem Kraftstoffbehälter 3 zurückgeführt. Wenn
der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 niedriger
als der Druck zum Öffnen
des ersten Überströmventils 13 ist,
wird der Kraftstoff in der Pumpenkammer 7 durch die Ausgabeleitung 11 in
den Akkumulator 2 geschickt.
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Das
Bezugszeichen 20 bezeichnet eine elektronische Steuereinheit
(ECU) zum Steuern einer Menge an eingespritzten Kraftstoff durch
jedes Kraftstoffeinspritzventil 1 zum Steuern des Betriebs
des elektromagnetischen Ventils 16 durch den elektrischen
Solenoid 16a und zum Steuern des Betriebs der Niedrigdruckpumpe 4.
Die ECU 20 ist als ein digitaler Computer konstruiert und
hat eine ROM (nur Lesespeicher), eine RAM (Direktzugriffspeicher), eine
CPU (Mikroprozessor usw.), einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss
(die nicht gezeigt sind). Die ROM, die RAM, die CPU, der Eingangsanschluss
und der Ausgangsanschluss sind durch einen bidirektionalen Bus miteinander
verbunden. Die Kraftstoffeinspritzventile 1, der elektrische Solenoid 16a und
die Niedrigdruckpumpe 4 sind über jeden Antriebssteuerkreis
mit dem Ausgangsanschluss der ECU 20 verbunden. Ein Drucksensor 21 zum
Erfassen eines Kraftstoffdrucks mit dem Akkumulator 2 und
ein Spannungsmesser 22 zum Erfassen einer Spannung einer
Batterie zum Betreiben der Niedrigdruckpumpe 4 sind über jeden
AD-Wandler mit dem Eingangsanschluss der ECU 20 verbunden. Verschiedene
Sensoren zum Bestimmen eines gegenwärtigen Motorbetriebszustands,
z. B. ein Luftdurchflussmesser, ein Motordrehzahlsensor, ein Kühlwassertemperatursensor
und dergleichen (nicht gezeigt) sind mit dem Eingangsanschluss der
ECU 20 verbunden.
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor der
Bauart mit Zylinderdirekteinspritzung darstellt, in dem die Vorrichtung
zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung
montiert werden kann. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen
Einlassanschluss und 32 bezeichnet einen Auslassanschluss.
Das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Kolben und 34 bezeichnet
eine Zündkerze.
Eine konkave Mulde 35 ist an der oberen Fläche des
Kolbens 33 ausgebildet.
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In
einem homogenen Verbrennungsbereich, in dem eine hohe Motorleistung
erforderlich ist, spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 1 eine
erforderliche Menge an Kraftstoff in dem Einlasshub ein, wodurch
zum Zündzeitpunkt
ein homogenes Gemisch in dem Zylinder ausgebildet wird. Andererseits
spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 1 in einem geschichteten
Ladungsverbrennungsbereich eine erforderliche Menge an Kraftstoff
in der letzten Hälfte
des Kompressionshubs ein. Der eingespritzte Kraftstoff schreitet
in den Hohlraum 35 vor und wird zu der Zündkerze 34 durch die
Gestalt des Hohlraums 35 abgelenkt und bildet zum Zündzeitpunkt
nur nahe der Zündkerze 34 ein brennbares
Gemisch aus.
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3 ist
eine Schnittansicht, die einen Dieselmotor darstellt, in dem die
Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden
Erfindung montiert werden kann. In 3 bezeichnet
das Bezugszeichen 41 einen Einlassanschluss und 42 bezeichnet
einen Auslassanschluss. Das Bezugszeichen 43 bezeichnet
einen Kolben. Eine Verbrennungskammer 44 ist an der oberen
Fläche
des Kolbens 43 ausgebildet.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 1 spritzt eine erforderliche
Menge an Kraftstoff in der letzten Hälfte des Kompressionshubs ein.
Der eingespritzte Kraftstoff schreitet in der Verbrennungskammer 44 fort, wird
ausreichend mit dem hochverdichteten Gas mit hoher Temperatur in
der Verbrennungskammer vermischt und verbrannt.
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Die
Vorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzung kann in der
anderen Bauart eines Verbrennungsmotors montiert werden, z. B. in
einem fremdgezündeten
Verbrennungsmotor der Bauart mit Einlassanschlusseinspritzung und
dergleichen.
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4 ist
eine erste Routine zum Steuern des Betriebs des elektromagnetischen
Ventils 16 und zum Steuern des Betriebs der Niedrigdruckpumpe 4 durch
die ECU 20. Die erste Routine wird ausgeführt, wenn
der Startschalter eingeschaltet ist und bei jedem vorgegebenen Zeitraum
wiederholt. Bei Schritt 101 wird zunächst die Niedrigdruckpumpe 4 betrieben.
Dann wird bei Schritt 102 bestimmt, ob ein Merker (f)(1)
ist. Der Merker (f) wird auf (0) zurückgesetzt, wenn der Motor in
einen Ruhezustand gebracht ist. Daher ist das Ergebnis anfangs negativ
und die Routine geht zu Schritt 103, in dem eine gegenwärtige Spannung
(V) der Batterie durch den Spannungsmesser 22 gemessen
wird.
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Die
Kraftstoffausgabefähigkeit
der Niedrigdruckpumpe 4 wird abhängig von der Spannung (V) der
Batterie bestimmt, die eine Antriebsquelle ist. Wenn die Batterie
verschlechtert wird oder wenn andere Vorrichtungen zusätzlich zu
dem Startermotor verwendet werden, sinkt die Spannung (V) der Batterie
und daher sinkt die Kraftstoffausgabefähigkeit der Niedrigdruckpumpe 4.
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Als
nächstes
schreitet die Routine zu Schritt 104, in dem ein Zeitraum
(T) zum Heben des Kraftstoffdrucks innerhalb des Akkumulators 2 von
dem atmosphärischen
Druck auf einen Kraftstoffdruck, der zum Einspritzen von Kraftstoff
geeignet ist, auf der Basis der Kraftstoffausgabefähigkeit
der Niedrigdruckpumpe 4 berechnet wird, der abhängig von
der Spannung (V) der Batterie variiert, und das elektromagnetische
Ventil 16 wird nur für
diesen Zeitraum (T) offen gehalten. Die Hochdruckpumpe (7)
wird durch den Motor angetrieben. Während dem Anlassen bei sehr
niedriger Drehzahl beim Start des Motors ist daher, sogar wenn das
elektromagnetische Ventil 16 über dem gesamten Ausgabehub
geschlossen ist, der Ausgabewirkungsgrad niedrig, d. h. eine Menge
an ausgegebenen Kraftstoff ist je Zeiteinheit verhältnismäßig niedrig,
so dass ein verhältnismäßig langer
Zeitraum zum Heben des Kraftstoffdrucks innerhalb des Akkumulators 2 auf
einen Kraftstoffdruck, der zum Einspritzen von Kraftstoff geeignet
ist, erforderlich ist.
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In
der vorliegenden Routine wird zu diesem Zeitpunkt das elektromagnetische
Ventil 16 unabhängig
von dem Ansaughub und dem Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 offen
gehalten und Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe 4 ausgegeben
wird, wird im Wesentlichen direkt durch die Pumpenkammer 7d der
Hochdruckpumpe 7 in den Akkumulator 2 eingeführt. Hier
ist das Überströmventil 13,
das in der Rückführleitung 9 angeordnet
ist, nicht geöffnet
und daher wird Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe 4 ausgegeben
wird, nicht zu dem Kraftstoffbehälter 3 zurückgeführt.
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Die
Niedrigdruckpumpe 4 wird durch die Batterie, die eine andere
Antriebsquelle als die des Motors ist, angetrieben und kann mit
einer hohen Drehzahl angetrieben werden, sogar während dem Anlassen und kann
somit eine verhältnismäßig große Menge
an Kraftstoff je Zeiteinheit ausgeben. Durch im Wesentlichen direktes
Einführen
von Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe 4 in den
Akkumulator 2 ausgegeben wird, kann daher Kraftstoffdruck
innerhalb des Akkumulators 2 für einen sehr kurzen Zeitraum
auf einen Kraftstoffdruck nahe des Nennausgabedrucks (PL), bei dem
der Kraftstoff eingespritzt werden kann, gehoben werden.
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Somit
wird, wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 auf
einen Druck, der zum Einspritzen von Kraftstoff geeignet ist, bei
Schritt 104 gehoben ist, der Merker (f) auf (1) bei Schritt 105 gesetzt
und die Routine schreitet zu Schritt 106. Nachdem der Merker
(f) auf (1) gesetzt ist, ist das Ergebnis bei Schritt 102 positiv
und die Routine schreitet direkt zu Schritt 106.
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Bei
Schritt 106 wird eine erforderliche Menge an eingespritzten
Kraftstoff (Q), der in der Steuerung der Menge an eingespritzten
Kraftstoff zum Setzen eines Zeitraums zum Öffnen des Kraftstoffeinspritzventils
berechnet wird, gelesen und bei Schritt 107 wird bestimmt,
ob die erforderliche Menge an eingespritztem Kraftstoff (Q) größer als
eine maximale Menge von ausgegebenen Kraftstoff (Q1) der Hochdruckpumpe 7 für einen
Zylinder ist. In diesem Ausführungsbeispiel
entspricht die Menge an ausgegebenen Kraftstoff je Zeit durch die
Hochdruckpumpe 7 der Menge an eingespritzten Kraftstoff
für zwei
Zylinder. Daher entspricht die maximale Menge an ausgegebenen Kraftstoff
(Q1) der Hälfte
der Menge an ausgegebenen Kraftstoff, wenn das elektromagnetische Ventil 16 über dem
gesamten Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 geschlossen ist.
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In
einem gewöhnlichen
Motorbetriebszustand nach dem Start des Motors überschreitet die erforderliche
Menge an Kraftstoff (Q) in hohen Motorlast- und hohen Motordrehzahlbetriebszuständen nicht
die maximale Menge an ausgegebenen Kraftstoff (Q1). Insbesondere
wird bei dem Kaltstart des Motors der eingespritzte Kraftstoff schlecht
zerstäubt und
trägt nur
in kleinen Mengen zu der Verbrennung bei. Daher wird die erforderliche
Menge an Kraftstoff (Q) sehr groß und überschreitet die maximale Menge an
ausgegebenen Kraftstoff (Q1). Zu diesem Zeitpunkt ist, wenn Kraftstoff
von der Hochdruckpumpe 7 durch die Steuerung des elektromagnetischen
Ventils 16 ausgegeben wird, eine Menge an Kraftstoff, der
von dem Akkumulator 2 eingespritzt wird, größer als
eine Menge an Kraftstoff, der in den Akkumulator 2 ausgegeben
wird und somit sinkt der Druck innerhalb des Akkumulators 2 schnell
auf nahe dem atmosphärischen
Druck und es wird nicht länger
eine gewünschte
Menge an Kraftstoff eingespritzt.
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In
der vorliegenden Routine schreitet daher, wenn das Ergebnis bei
Schritt 107 positiv ist, die Routine zu Schritt 108,
in dem das elektromagnetische Ventil 16 offen gehalten
wird, so dass eine verhältnismäßig große Menge
an Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe 4 je Zeiteinheit
ausgegeben wird, im Wesentlichen direkt in den Akkumulator 2 eingeführt wird.
Somit kann, sogar wenn eine große Menge
an Kraftstoff von dem Akkumulator 2 eingespritzt wird,
der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 auf einem
Druck gehalten werden, der zum Einspritzen von Kraftstoff geeignet
ist, was es möglich
macht, eine gewünschte
Menge an Kraftstoff einzuspritzen.
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Andererseits
schreitet, wenn das Ergebnis bei Schritt 107 negativ ist,
die Routine zu Schritt 109, bei dem die Steuerung des elektromagnetischen Ventils 16 ausgeführt wird.
Die Steuerung dient zum Aufrechterhalten des Kraftstoffdrucks innerhalb
des Akkumulators 2, der durch den Drucksensor 21 erfasst
wird, nahe dem vorgegebenen hohen Kraftstoffdruck (PH). Nachdem
der Druck innerhalb des Akkumulators 2 auf nahe dem vorgegebenen
hohen Kraftstoffdruck (PH) gehoben ist, wird das elektromagnetische
Ventil 16 in dem Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 nur
für einen
erforderlichen Zeitraum geschlossen, so dass eine Menge an Kraftstoff
gleich der an Kraftstoff, der in die zwei Zylinder eingespritzt wird,
von der Hochdruckpumpe 7 in den Akkumulator 2 zugeführt wird.
Zum Beispiel ist unmittelbar nach dem Start der Kraftstoffeinspritzung
jedoch der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 zum Einspritzen
von Kraftstoff geeignet, aber ist immer noch nahe des Nennausgabedrucks
(PL) der Niedrigdruckpumpe 4, der beträchtlich niedriger als der vorgegebene
hohe Kraftstoffdruck (PH) ist. Daher ist das elektromagnetische
Ventil 16 über
dem gesamten Ausgabehub der Hochdruckpumpe geschlossen, so dass
eine Menge an Kraftstoff, die größer als
die in die zwei Zylinder eingespritzte ist, zu dem Akkumulator 2 zugeführt und
der Druck innerhalb des Akkumulators 2 wird schnell nahe
dem vorgegebenen hohen Kraftstoffdruck (PH) gehoben. Somit wird,
wenn der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2,
der durch den Drucksensor 21 erfasst wird, niedriger als der
vorgegebene hohe Kraftstoffdruck (PH) ist, das elektromagnetische
Ventil 16 in dem Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 nur
für einen
erforderlichen Zeitraum geschlossen gehalten, so dass eine Menge an
Kraftstoff, die größer als
die in die zwei Zylinder eingespritzte ist, in den Akkumulator 2 zugeführt wird.
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Dann
wird bei Schritt 110 die Spannung, die an der Niedrigdruckpumpe 4 angelegt
ist, gesenkt und die Drehzahl der Niedrigdruckpumpe 4 wird
auf niedriger als den Ausgabedruck gesenkt. Wenn die Hochdruckpumpe 7 normalerweise
bei Schritt 109 betätigt
wird, trägt
der Ausgabedruck der Niedrigdruckpumpe 4 nicht zu dem Kraftstoffdruck
innerhalb des Akkumulators 2 bei. In diesem Schritt wird
daher der Ausgabedruck der Niedrigdruckpumpe 4 auf ein derartiges
Maß gesenkt,
dass kein Dampf in dem Kraftstoff, der durch die Hochdruckpumpe 7 angesaugt
wird, erzeugt wird, um einen Austritt von Kraftstoff an den Dichtabschnitten
der Saugleitung 8 zu unterdrücken.
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5 ist
ein Diagramm, das die Vorrichtung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung
in einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt. Nachstehend sind nur die Unterschiede zu dem
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Verbindungsleitung 81,
die von der stromabwärtigen
Seite des Filter 10 in der Saugleitung 8 abzweigt,
mit der Pumpenkammer 7d der Hochdruckpumpe 7 verbunden
und ein Rückschlagventil 82 ist
in der Verbindungsleitung 81 angeordnet, um nur den Fluss
von Kraftstoff in die Pumpenkammer 7d zu erlauben. Das Rückschlagventil 82 wird
sogar durch einen kleinen Druckunterschied geöffnet. Die Drehwelle des Nocken 7e (schematisch
um 90° Grad
gedreht verglichen mit dem von 1 dargestellt)
ist mit einer elektromagnetischen Kupplung 83 versehen.
Die elektromagnetische Kupplung 83 ist so konstruiert,
dass, wenn sie verbunden ist, der Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 nicht
von dem Kurbelwinkel abweicht, der anfangs gesetzt worden ist.
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Das
Bezugszeichen 20' bezeichnet
eine elektronische Steuereinheit (ECU) zum Steuern einer Menge an
eingespritzten Kraftstoff durch jedes Kraftstoffeinspritzventil 1,
zum Steuern des Betriebs des elektromagnetischen Ventils 16 durch
den elektrischen Solenoid 16a, zum Steuern des Betriebs
der Niedrigdruckpumpe 4 und zum Steuern des Betriebs der
elektromagnetischen Kupplung 83. Die ECU 20' ist gleichermaßen zu der
ECU 20 in dem ersten Ausführungsbeispiel konstruiert.
Die Kraftstoffeinspritzventile 1, der elektrische Solenoid 16a,
die Niedrigdruckpumpe 9 und die elektromagnetische Kupplung 83 sind über jeden
Antriebssteuerkreis mit dem Ausgangsanschluss der ECU 20' verbunden.
Die Sensoren sind ähnlich
zu denen in dem ersten Ausführungsbeispiel
mit dem Eingangsanschluss der ECU 20' verbunden.
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6 ist
eine zweite Routine zum Steuern des Betriebs des elektromagnetischen
Ventils 16, zum Steuern des Betriebs der Niedrigdruckpumpe 4 und
zum Steuern des Betriebs der elektromagnetischen Kupplung 83 durch
die Steuereinheit 20'.
Die zweite Routine wird ausgeführt,
wenn der Starterschalter eingeschalten ist, und wird jeden vorgegebenen
Zeitraum wiederholt. Nachstehend sind nur die Unterschiede von der
ersten Routine beschrieben.
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In
der vorliegenden Routine wird, nachdem die Niedrigdruckpumpe 4 bei
Schritt 201 betrieben wird, die Steuerung des elektromagnetischen
Ventils 16 bei Schritt 202 auf die gleiche Weise
wie vorstehend beschrieben ausgeführt. Nachdem eine Ist-Spannung
(V) der Batterie durch den Spannungsmesser 22 bei Schritt 204 gemessen
ist, wird bei Schritt 205 ein Zeitraum (T) zum Erhöhen des
Kraftstoffdrucks innerhalb des Akkumulators 2 von dem atmosphärischen
Druck auf einen Kraftstoffdruck, der zum Einspritzen von Kraftstoff
geeignet ist, auf der Basis der Kraftstoffausgabefähigkeit
der Niedrigdruckpumpe 4 berechnet, die abhängig von
der Spannung (V) der Batterie variiert, und die elektromagnetische
Kupplung 83 wird nur für
diesen Zeitraum (T) getrennt.
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Während diesem
Zeitraum wird daher der Betrieb des Kolbens 7a angehalten,
sogar wenn die Steuerung des elektromagnetischen Ventils 16 ausgeführt wird.
Daher steigt der Kraftstoffdruck innerhalb der Pumpenkammer 7d nicht,
um das Rückschlagventil 82 in
der Verbindungsleitung 81 zu schließen, und Kraftstoff, der von
der Niedrigdruckpumpe 4 ausgegeben wird, wird im Wesentlichen
immer direkt durch die Pumpenkammer 7d der Hochdruckpumpe 7 in
den Akkumulator eingeführt.
Somit kann ein Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 für einen
sehr kurzen Zeitraum auf einen Kraftstoffdruck nahe dem Nennausgabedruck
(PL) angehoben werden, bei dem der Kraftstoff einspritzt werden kann.
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Nachdem
der Druck innerhalb des Akkumulators 2 auf einen Kraftstoffdruck,
der zum Einspritzen von Kraftstoff geeignet ist, angehoben ist,
wird bestimmt, ob die erforderliche Menge an eingespritzten Kraftstoff
(Q) größer als
die maximale Menge des eingespritzten Kraftstoff (Q1) der Hochdruckpumpe 7 für einen
Zylinder (bei Schritt 208) wie in der ersten Routine ist.
Wenn das Ergebnis positiv ist, schreitet die Routine zu Schritt 209,
bei dem die elektromagnetische Kupplung 83 getrennt wird,
und eine verhältnismäßig große Menge
an Kraftstoff, der von der Niedrigdruckpumpe 4 je Zeiteinheit
ausgegeben wird, wird im Wesentlichen direkt in den Akkumulator 2 eingeführt. Somit
kann, sogar wenn eine große Menge
an Kraftstoff von dem Akkumulator 2 eingespritzt wird,
der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 nahezu
bei einem Kraftstoffdruck, der zum Einspritzen von Kraftstoff geeignet
ist, gehalten werden, was es möglich
macht, eine gewünschte
Menge an Kraftstoff einzuspritzen.
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Andererseits
schreitet, wenn das Ergebnis bei Schritt 208 negativ ist,
die Routine zu Schritt 210, bei dem die elektromagnetische
Kupplung 83 getrennt wird und die Hochdruckpumpe 7 beginnt
zu arbeiten. Die Steuerung des elektromagnetischen Ventils 16 begleitend
wird der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 schnell
von nahe dem Nennausgabedruck der Niedrigdruckpumpe 4 zu
nahe dem vorgegebenen hohen Kraftstoffdruck angehoben. Danach wird
der Druck bei nahe dem vorgegebenen hohen Kraftstoffdruck gehalten.
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7 ist
eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Hydraulikkupplung darstellt,
die anstelle der elektromagnetischen Kupplung 83 verwendet
wird. In 7 ist ein Nocken 7e' mit einem konischen
vertieften Abschnitt 91 versehen, der mit der Drehmitte
des Nockens 7e' konzentrisch
ist. Eine Passnut 92 ist in dem vertieften Abschnitt 91 bei
einer vorgegebenen Position ausgebildet. Das Bezugszeichen 93 ist
eine Drehwelle, die durch die Kurbelwelle gedreht wird und die einen
Innenraum 94 darin ausgebildet hat. Der Innenraum 94 wird
mit einem Schmieröl
von einer Hydraulikpumpe (nicht gezeigt) versorgt, die durch den
Motor angetrieben wird, um das Schmieröl in dem Motor zu zirkulieren.
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Ein
Kolben 95 ist in dem Innenraum 94 ausgebildet
und eine Kolbenstange 96, die an dem Kolben 95 befestigt
ist, erstreckt sich von dem Innenraum 94 zu dem Nocken 7e' auf eine öldichte
Weise, um durch das Ende der Drehwelle 94 zu dringen. Zu dem
Ende der Kolbenstange 96 ist ein Eingriffsabschnitt 97 befestigt,
der eine geeignete Gestalt hat, um in Eingriff mit dem vertieften
Abschnitt 91 des Nockens 7e' und mit der Passnut 92 zu
kommen. Eine Vielzahl von Nuten ist in dem Umfang des Kolbens 95 ausgebildet,
um in Eingriff mit einer Vielzahl von Keilen 98 zu kommen,
die in dem Innenraum 94 in die axiale Richtung ausgebildet
sind. Daher kann der Kolben 95 entlang des Innenraums 94 verschoben werden,
ohne relativ zu der Drehwelle 93 zu drehen.
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Ferner
ist eine Vielzahl von Durchgangslöchern (nicht gezeigt) in dem
Kolben 95 ausgebildet, so dass das Schmieröl in den
Raum an der vorderen Endseite des Kolbens 95 in dem Innenraum 94 fließen kann.
Eine Feder 99 ist in dem Raum an der vorderen Endseite
angeordnet, um den Kolben 95 zu der Seite entgegengesetzt
zu dem Nocken 7e' vorzuspannen.
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In
dem somit ausgebildeten Hydraulikkupplungsmechanismus wirkt ein
gleicher Druck von Schmieröl
an beiden Seiten des Kolbens 95. Hier wird jedoch der Druckaufnahmebereich
des Kolbens 95 an der Seite der Kolbenstange durch die
Schnittfläche
der Kolbenstange 96 kleiner. Daher wird der Kolben 95 durch
den Schmieröldruck
immer zu dem Nocken 7e' vorgespannt.
Beim Start des Motors dreht jedoch die Hydraulikpumpe, die durch
den Motor angetrieben wird, durch das Anlassen langsam und somit
steigt der Druck von Schmieröl
in dem Innenraum 94 nicht schnell von dem atmosphärischen Druck.
Zu diesem Zeitpunkt ist die Vorspannkraft durch die Feder 99 größer als
die Vorspannkraft durch den Schmieröldruck. Dementsprechend bewegt
sich der Kolben 95 in die Richtung entgegengesetzt zu dem
Nocken 7e' und
der Eingriffsabschnitt 97 wird von dem vertieften Abschnitt
des Nockens 7e' weg
getrennt.
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Somit
bleibt, sogar wenn der Betrieb zum Öffnen und Schließen des
elektromagnetischen Ventils 16 ausgeführt wird, der Betrieb des Kolbens 7a angehalten.
Daher steigt der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 7d nicht,
um das Rückschlagventil 82 in
der Verbindungsleitung 81 zu schließen, und Kraftstoff, der von
der Niedrigdruckpumpe 4 ausgegeben wird, wird im Wesentlichen
immer durch die Pumpenkammer 7d der Hochdruckpumpe 7 direkt
in den Akkumulator eingeführt.
Somit kann bei dem Start des Motors der Druck innerhalb des Akkumulators 2 für einen
sehr kurzen Zeitraum auf einen Kraftstoffdruck, der zum Einspritzen
von Kraftstoff geeignet ist, angehoben werden und Kraftstoff kann
mit diesem Kraftstoffdruck eingespritzt werden.
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Wenn
die Motordrehzahl nach dem Motorstart steigt, dreht die Hydraulikpumpe
mit einer verhältnismäßig hohen
Drehzahl und der Druck von Schmieröl in dem Innenraum 94 wird
angehoben. Daher wird die Vorspannkraft durch den Schmieröldruck größer als
die Vorspannkraft durch die Feder 99, wodurch der Kolben 95 zu
dem Nocken 7e' bewegt
wird, und der Eingriffsabschnitt 97 kommt in Eingriff mit dem
vertieften Abschnitt des Nockens 7e', so dass die Drehung der Drehwelle 93 auf
den Nocken 7e' übertragen
wird. Dann startet die Hochdruckpumpe 7 einen Betrieb,
der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 2 wird schnell
von nahe dem Nennausgabedruck der Niedrigdruckpumpe 4 auf
nahe dem vorgegebenen hohen Kraftstoffdruck die Steuerung des elektromagnetischen
Ventils 16 begleitend angehoben und daher wird der Kraftstoffdruck
bei nahezu dem vorgegebenen hohen Kraftstoffdruck gehalten.
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In
dem Hydraulikkupplungsmechanismus weicht der Ausgabehub der Hochdruckpumpe 7 nicht von
dem anfangs eingestellten Kurbelwinkel ab, wenn der Kupplungsmechanismus
infolge der Gestalt der Passnut 92 in dem Nocken 7e' und dem Eingriffsabschnitt 97 eingreift,
der mit der Passnut eingreift. Durch Verwenden der Kupplung der
Fluiddruckbauart, durch die die Hochdruckpumpe mit der Antriebsquelle
nur verbunden ist, wenn der Fluiddruck, der durch die Fluidpumpe
erzeugt wird, die durch den Motor angetrieben wird, größer als
ein vorgegebener Druck wird, ist es möglich, Kraftstoff, der von
der Niedrigdruckpumpe 4 ausgegeben wird, ohne den Steuerbetrieb
zum Offenhalten des elektromagnetischen Ventils 16 der
Hochdruckpumpe 7 oder ohne dem Steuerbetrieb zum Trennen
der Kupplung bei dem Start des Motors im Wesentlichen direkt in
den Akkumulator einzuführen.
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In
dem vorstehend genannten ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann die Rückführleitung 9 weggelassen
werden. In diesem Fall wird überschüssiger Kraftstoff
von der Hochdruckpumpe durch die Ansaugleitung 8 zu dem
Kraftstoffbehälter 3 während dem
normalen Motorbetrieb zurückgeführt. Das
erste Ausführungsbeispiel
hat das elektromagnetische Ventil 16 der Hochdruckpumpe 7 als
ein Öffnungs-
und Schließventil
verwendet, das geöffnet ist,
um die Verbindung zwischen der Ausgabeseite der Niedrigdruckpumpe 4 und
der Pumpenkammer 7d der Hochdruckpumpe 7 bei dem
Start des Motors zu gewährleisten.
Nicht hierdurch beschränkt,
ist es in der vorliegenden Erfindung jedoch ebenso zulässig, beispielsweise
eine Verbindungsleitung 82, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
vorzusehen, um einen Ansaugdurchgang zum Verbinden der Ausgabeseite
der Niedrigdruckpumpe mit der Ansaugseite der Hochdruckpumpe auszubilden,
und den Ansaugdurchgang mit einem anderen Öffnungs- und Schließventil
vorzusehen.