DE69925783T2

DE69925783T2 - Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69925783T2
Application number: DE69925783T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Kariya-city Aichi-pref. Igashira; Shigeiku Nishio-city Enomoto; Tadaaki Nishio-city Makino; Yutaka Nishio-city Miyamoto; Yasuhiro Kariya-city Aichi-pref. Horiuchi; Nobuhiko Kariya-city Aichi-pref. Shima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: EP0964150A3; EP0964150A2; US6311674B1; DE69925783D1; EP0964150B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbergriff nach Anspruch 1.
STAND DER TECHNIK
In dem Dokument US-A-4,492,534 (JP-59-65523) wird ein Kraftstoffeinspritzsystem offenbart, das ein Dosierventil in der Kraftstoffleitung zwischen der Kraftstoffpumpe und der Kraftstoffeinspritzpumpe aufweist, und die Ein-Aus-Zeit steuert, in der das Dosierventil zyklisch geschlossen und geöffnet wird, um die Menge des in die Kraftstoffeinspritzpumpe angesaugten Kraftstoffes zu steuern. Das Dosierventil wird zwischen der völlig geöffneten und der völlig geschlossenen Stellung umgeschaltet. Das Änderungsverhältnis der angesaugten Kraftstoffmenge zur Änderung der Ein-Zeit, in der das Dosierventil geöffnet ist, wird daher erhöht, wenn die Ein-Zeit verlängert wird, was zu Schwierigkeiten führt die Kraftstoffmenge, die der Kraftstoffeinspritzpumpe zugeführt wird, genau zu steuern, indem die Ein-Zeit des Dosierventils verändert wird.
Normalerweise saugt die Kraftstoffeinspritzpumpe den Kraftstoff synchron mit der Rotation der Maschine an. Eine Erhöhung der Maschinendrehzahl verkleinert daher den Zeitraum, in der die Kraftstoffeinspritzpumpe Kraftstoff ansaugt. Das Umschalten zwischen der völlig geöffneten und der völlig ge schlossenen Stellung des Dosierventils verbraucht die dem Dosierventil eigene Reaktionszeit. Daher wird die Umschaltung des Dosierventils zwischen der völlig geöffneten und der völlig geschlossenen Stellung sehr schnell, wenn, z.B. die Maschine bei hoher Geschwindigkeit und hoher Last arbeitet, und eine erhöhte Menge Kraftstoff von der Kraftstoffeinspritzpumpe erforderlich ist, wodurch sich Schwierigkeiten bei der Steuerung der Kraftstoffmenge, die in die Kraftstoffeinspritzpumpe gesaugt wird, ergeben, wenn das Reaktionsverhältnis des Dosierventils niedrig ist.
Das Problem kann gemindert werden, indem die Steuerspannung für das Dosierventil erhöht wird, um dessen Reaktionsverhälnis zu erhöhen. Das ist jedoch unpraktisch wegen der erhöhten Herstellungskosten.
Die Einstellung der an die Kraftstoffeinspritzpumpe gelieferten Kraftstoffmenge kann andererseits auch erreicht werden, indem der Öffnungsquerschnitt des Dosierventils verändert wird. In typischen Kraftstoffeinspritzpumpen vom Verteilertyp wird der an das Zeitsteuerventil gelieferte Strom gesteuert, um den Öffnungsquerschnitt des Zeitsteuerventils und so die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung zu steuern. Diese Technik kann angewendet werden, um die Kraftstoffmenge, die in die Kraftstoffeinspritzpumpe angesaugt wird, zu steuern.
Wenn jedoch die Maschine mit geringer Drehzahl läuft, wird dadurch der Zeitraum, in dem die Kraftstoffeinspritzpumpe Kraftstoff ansaugt vergrößert. Daher erhöht sich das Verhältnis Δq/ΔL der vom Dosierventil ausgegebenen Kraftstoffmenge zur Änderung des Öffnungsquerschnittes des Dosierventils, wie in 16 gezeigt, wenn sich die Maschinendrehzahl verringert. Zum Beispiel wird es während des Leerlauf zustandes der Maschine schwierig, die Kraftstoffmenge, die der Kraftstoffeinspritzpumpe zugeführt wird, genau zu steuern.
Das Dokument EP-0 816 672 A offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die eine Kraftstoffeinspritzpumpe, die Kraftstoff von einer Speisepumpe synchron mit der Rotation der Maschine ansaugt, den Kraftstoff unter Druck setzt und den Kraftstoff zur Kraftstoffeinspritzung in die Maschine ausstößt, ein Dosierventil, das zwischen der Speisepumpe und er Kraftstoffeinspritzpumpe angeordnet ist, um die Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzpumpe aufgenommen wird, zu steuern, wobei das Dosierventil dabei einen Flüssigkeitskanal ausbildet, der an einem Ende mit der Speisepumpe und am anderen Ende mit der Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden ist, und ein Ventilelement, das den Flüssigkeitskanal selektiv öffnen und schließen und den Querschnitt des vom Ventilelement geöffneten Flüssigkeitskanals verändern soll, und ein Steuergerät, welches das Dosierventil betätigt, so daß der von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgegebene Druck einen Zieldruck erreicht, wobei das Steuergerät die Ein-Aus-Dauer steuert, in der das Ventilelement des Dosierventils den Flüssigkeitskanal in einem Zyklus öffnet und schließt, um eine Gesamt-Flüssigkeitsverbindung zwischen der Speisepumpe und der Kraftstoffeinspritzpumpe herzustellen, aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, die an die Kraftstoffeinspritzpumpe gelieferte Kraftstoffmenge über einen weiten Bereich der Maschinendrehzahl genau zu steuern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Die Erfindung wird gemäß der abhängigen Ansprüche weiterentwickelt.
In der bevorzugten Betriebsweise der Erfindung betätigt das Steuergerät das Dosierventil in einem ersten Steuermodus, in dem die Ein-Aus-Zeit und auch der geöffnete Querschnitt des Flüssigkeitskanals des Dosierventils gesteuert werden, wenn die Maschine bei niedriger Drehzahl läuft und in einem zweiten Steuermodus, in dem nur der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Dosierventils gesteuert wird, wenn die die Maschine bei hoher Drehzahl läuft.
Das Steuergerät weist

(a) einen gesteuerten variablen Voreinstellungskreis, der eine erste Basis-Steuervariable zur Festlegung der Ein-Aus-Zeit des Dosierventils und eine zweite Basis-Steuervariable zur Festlegung des geöffneten Querschnittes des Flüssigkeitskanals des Dosierventils entsprechend der Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgestoßen werden soll, auf,
(b) eine Korrekturschaltung, die, wenn der Druck des von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgestoßenen Kraftstoffs sich vom Zieldruck unterscheidet, die erste Basis-Steuervariable korrigiert, so daß der Druck des von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgestoßenen Kraftstoffs den Zieldruck erreicht,
(c) eine Entscheidungsschaltung, die entscheidet, ob die korrigierte erste Steuervariable innerhalb des vorgewählten Steuerbereiches liegt oder nicht,
(d) eine erste zielgesteuerte Entscheidungsschaltung, die die korrigierte erste Steuervariable als erste Zielsteuervariable festlegt, das heißt eine Ziel-Ein-Aus-Zeit des Ventils, wenn festgestellt wurde, daß die korrigierte erste Steuervariable innerhalb des vorgewählten Steuerbereiches Steuervariable innerhalb des vorgewählten Steuerbereiches liegt und die eine obere und untere Grenze, die den Steuerbereich darstellt, nahe der korrigierten ersten Steuervariablen als erste Zielsteuervariable festlegt, wenn festgestellt wurde, daß die korrigierte erste Steuervariable außerhalb des vorgewählten Steuerbereiches liegt,
(e) eine Schaltung zur Bestimmung der zweiten Zielsteuervariablen, die die zweite Steuervariable als zweite Zielsteuervariable festlegt, das heißt einen Zielöffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Dosierventils, wenn festgestellt wurde, daß die korrigierte erste Steuervariable innerhalb des vorgewählten Steuerbereiches liegt und die die zweite Steuervariable korrigiert, um eine zweite Zielsteuervariable zu erhalten, so daß der Druck des von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgestoßenen Kraftstoffs den Zieldruck erreicht, wenn festgestellt wurde, daß die korrigierte erste Steuervariable außerhalb des vorgewählten Bereiches liegt.

Das Dosierventil umfaßt ein Hubmagnetventil, das das Ventilelement bewegt. Das Steuergerät steuert den Ein-Aus-Betrieb des Hubmagnetventils und das Verhältnis des dem Hubmagnetventil zugeführten Stromes, um die Ein-Aus-Zeit des Dosierventils und den Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals zu steuern.
Die Kraftstoffeinspritzpumpe liefert den Kraftstoff an eine Sammelkammer und speichert darin den Kraftstoff unter hohem Druck, um den Kraftstoff an die in den Zylindern der Maschine eingebauten Einspritzmodule zu liefern. Das Steuergerät legt die Ein-Aus-Zeit des Dosierventils und den Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals auf der Basis des aktuellen Kraftstoffdruckes in der Sammelkammer, der Zieleinspritzmenge des Kraftstoffs und des Zieldrucks des von den Einspritzmodulen in die Maschine eingespritzten Kraftstoffs und der Drehzahl der Maschine fest, so daß der aktuelle Kraftstoffdruck in der Sammelkammer den Zieldruck des Kraftstoffs erreicht.
Die vorliegende Erfindung ist aus den nachfolgenden detaillierten Beschreibungen völlig verständlich, sowie aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen, die jedoch nicht dazu dienen sollen, die Erfindung auf die speziellen Ausführungsformen zu beschränken, sondern dienen nur der Erklärung und dem Verständnis.
In den Zeichnungen ist:
1 ein Block Diagramm, das das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 zeigt den inneren Aufbau einer Kreiselpumpe und einer Speisepumpe, die in dem Kraftstoffeinspritzsystem von 1 verwendet werden.
3 ist ein Flußdiagramm, eines Programms, zur Steuerung des Kraftstoffdruckes in einer gemeinsamen Leitung.
4(a) zeigt ein grundsätzliches Stromdiagramm zur Bestimmung des dem Dosierventil zugeführten Stromes.
4(b) zeigt ein Stromkorrekturdiagramm zur Korrektur des nach dem Diagramm in 4(a) bestimmten Stromes.
4(c) zeigt ein Pulsleistungsdiagramm, zur Bestimmung des Impulstastverhältnisses zur Erzeugung des dem Dosierventil zugeführten Stromes.
4(d) zeigt ein grundsätzliches Schließdauerdiagramm zur Bestimmung der Basis-Schließdauer, während der das Dosierventil geschlossen ist.
5(a) zeigt die Beziehung zwischen den Tauchpulsen und dem Strom des Hubmagneten im Niedrigdrehzahlbetrieb der Maschine.
5(b) zeigt den Betrieb des Dosierventils im Niedrigdrehzahlbetrieb der Maschine.
5(c) zeigt die Beziehung zwischen den Tauchpulsen und dem Strom des Hubmagneten im Hochdrehzahlbetrieb der Maschine.
6 ist ein Blockdiagramm, das das Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist eine Teilschnittansicht, die eine Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß zeigt.
8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 7.
9 ist ein Längsschnitt, der ein Hubmagnetventil zeigt.
10 ist eine vergrößerte Teilansicht, die eine Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß zeigt.
11 zeigt den Aufbau eines Drehwinkelsensors.
12(a) zeigt das Ausgangssignal des Drehwinkelsensors von 11.
12(b) zeigt die Impulse nach der Formung des Ausgangssignals des Drehwinkelsensors in 12(a).
13 ist ein Blockdiagramm, das den Schaltungsaufbau der elektronischen Steuereinheit (ECU) des Kraftstoffeinspritzsystems von 1 zeigt.
14 ist eine Schaltung, die den Aufbau des Steuerkreises des Hubmagnetventils zeigt.
15 ist ein Zeitdiagramm, das den Zusammenhang zwischen dem ersten, zweiten und dritten Steuersignal, das an den Steuerkreis für das Hubmagnetventil angelegt wird, den Transistoren der Steuerschaltung und dem an das Hubmagnetventil gelieferten Strom zeigt.
16 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen der ausgestoßenen Menge Kraftstoff und der Verschiebung der im Hubmagnet verwendeten Spule zeigt.
17 ist das Flußdiagramm eines Programms, das ausgeführt wird, um die an die gemeinsame Leitung gelieferte Kraftstoffmenge zu steuern.
18 zeigt die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl und dem Modus der Kraftstoffausstoßsteuerung.
19 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen dem ersten Ansteuerungssignal und dem Anheben der flachen Abschnitte der exzentrischen Nockenwelle und der Tauchkolben einer Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß im Niedrigdrehzahlsteuermodus zeigt.
20 ist ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen dem ersten Ansteuerungssignal und dem Anheben der flachen Abschnitte der exzentrischen Nockenwelle und der Tauchkolben einer Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß im Hochdrehzahlsteuermodus zeigt.
21 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten Ansteuerungssignal und dem Anheben der flachen Abschnitte der exzentrischen Nockenwelle und der Tauchkolben einer Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß, wenn nur die Ventil-Ein-Zeit T1 gesteuert wird.
22 zeigt das Flußdiagramm eines Programms, das eine Modifikation des in 17 Gezeigten darstellt.
23 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Ventil-Ein-Zeit des Hubmagnetventils und er Maschinendrehzahl als Differenz zwischen dem aktuellen Druck in der gemeinsamen Leitung und dem Zieldruck der gemeinsamen Leitung betrachtet zeigt.
24 ist eine Schaltung, die eine Modifikation des in 14 gezeigten Schaltungsaufbaus darstellt.
25 zeigt die Wellenformen des ersten Ansteuerungssignals und des der Spule des Hubmagnetventils in 24 zugeführten Stromes.
26 ist eine Schaltung, die eine zweite Modifikation des in 14 gezeigten Schaltungsaufbaus darstellt.
27 zeigt die Wellenformen des ersten Ansteuersignals und des der Spule des Hubmagnetventils in 26 zugeführten Stromes.
28 ist ein Blockdiagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
29 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß zeigt.
30 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 29.
31(a) ist ein Längsschnitt, der ein Drosselventil zeigt.
31(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 31(a).
32 ist eine vergrößerte Teilansicht, die den Kopf des in dem Drosselventil eingebauten Nadelventils zeigt.
33(a) zeigt NE Impulse, die als Ausgangssignale des Drehwinkelsensors entstehen.
33(b) zeigt den gesteuerten Strom, der dem Antrieb des Drosselventils im Hochgeschwindigkeitsbereich zugeführt wird.
33(c) zeigt das Anheben des Nadelventils.
33(d) zeigt die Anhebekurve der Nocken.
33(e) zeigt den Betrieb des Förderventils im Niedrigdrehzahlbereich der Maschine.
34(a) zeigt NE Impulse, die als Ausgangssignale des Drehwinkelsensors entstehen.
34(b) zeigt den gesteuerten Strom, der dem Antrieb des Drosselventils im Niedriggeschwindigkeitsbereich zugeführt wird.
34(c) zeigt das Anheben des Nadelventils.
34(d) zeigt die Anhebekurve des Nockens.
34(e) zeigt den Betrieb des Förderventils im Niedrigdrehzahlbereich der Maschine.
35 ist ein Flußdiagramm, das ein Programm zeigt, das in der dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
36 ist eine Schnittansicht, die eine Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
37(a) ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie C-C in 36.
37(b) ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie D-D in 37(a)
38(a) zeigt NE Impulse, die als Ausgangssignale des Drehwinkelsensors entstehen.
38(b) zeigt den gesteuerten Strom, der dem Antrieb des Drosselventils im Hochgeschwindigkeitsbereich der Maschine zugeführt wird.
38(c) zeigt das Anheben des Nadelventils.
38(d) zeigt die Anhebekurve der Nocken und die Höhe des Anhebens der Tauchkolben in den Druckkammern #1 und #3.
38(e) zeigt die Anhebekurve der Nocken und die Höhe des Anhebens der Tauchkolben in den Druckkammern #2 und #4.
38(f) zeigt die Arbeitsweise des Förderventils im Hochgeschwindigkeitsbereich der Maschine.
39(a) zeigt NE Impulse, die als Ausgangssignale des Drehwinkelsensors entstehen.
39(b) zeigt den gesteuerten Strom, der dem Antrieb des Drosselventils im Niedriggeschwindigkeitsbereich der Maschine zugeführt wird.
39(c) zeigt das Anheben des Nadelventils.
39(d) zeigt die Anhebekurve der Nocken und die Höhe des Anhebens der Tauchkolben in den Druckkammern #1 und #3.
39(e) zeigt die Anhebekurve der Nocken und die Höhe des Anhebens der Tauchkolben in den Druckkammern #2 und #4.
39(f) zeigt die Arbeitsweise des Förderventils im Niedriggeschwindigkeitsbereich der Maschine.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es wird nun ein Speicher-Kraftstoffeinspritzsystem 1 zur Verwendung an einer 6-Zylinder-Dieselmaschine 2 eines Kraftfahrzeuges als Beispiel gezeigt, wobei bezüglich der Zeichnungen, besonders 1, gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten, sich auf gleiche Teile beziehen.
Das Speicher-Kraftstoffeinspritzsystem 1 weist im allgemeinen Kraftstoffeinspritzmodule 3 auf, jeweils für einen der Zylinder der Maschine 2, eine gemeinsame Speicherleitung 4, die den hochkomprimierten Kraftstoff, der den Einspritzventilen 3 zugeführt wird, speichert, eine Kraftstoffzuführungseinrichtung 5, die den hochkomprimierten Kraftstoff der gemeinsamen Leitung 4 zuführt, und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 6.
Die ECU 6 besteht aus einem Mikrocomputer, der aus einer CPU, einem ROM und einem RAM aufgebaut ist und die Betriebsbedingungen der Maschine überwacht, wie z.B. die Maschinendrehzahl NE, die durch den Drehzahlsensor 7 gemessen wird und die Gasventilöffnung Acc, die die Belastung der Maschine, gemessen durch einen Beschleunigungssensor 8, um den Zielkraftstoffdruck zu bestimmen (d.h. den Zieldruck der gemeinsamen Leitung P_FIN), der die Verbrennung des Kraftstoffs in der Maschine 2 als Funktion der Betriebsbedingungen der Maschine optimiert. Die ECU 6 steuert die Kraftstoffzufuhrvorrichtung 5, um den aktuellen Kraftstoffdruck (d.h. den aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung Pc) zu steuern, der durch einen Drucksensor 9 der gemeinsamen Leitung gemessen wird, so daß er mit dem Zieldruck der gemeinsamen Leitung P_FIN übereinstimmt.
Die Kraftstoffzufuhrvorrichtung 5 reagiert auf die Steuerkommandos der ECU 6, um Kraftstoff mit niedrigem Druck aus dem Kraftstofftank 10 über eine Speisepumpe 11 anzusaugen, ihn unter Druck zu setzen und über ein Zuführungsrohr 12 an die gemeinsame Leitung 4 zu liefern.
Jede der Einspritzmodule 3 ist mit der gemeinsamen Leitung 4 über ein Rohr 13 verbunden und öffnet und schließt ein eingebautes Steuerventil 14, um den auf Zieldruck gehaltenen Kraftstoff in die Verbrennungskammer eines der Zylinder der Maschine 2 einzuspritzen.
Die Betätigung des Steuerventils 14 jedes der Einspritzmodule 3 wird als Reaktion auf ein von der ECU 6 ausgegebenes Einspritzsteuerkommando gesteuert. Das Einspritzsteuerkommando dient der Regulierung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge und des Zeitablaufs der Einspritzung unter Verwendung der Ausgangswerte des Drehzahlsensors 7 und des Beschleunigungssensors 8. Das Einspritzsteuerkommando wird von der ECU 6 nach einem bestimmten Zeitablauf ausgegeben, der auf der Basis der Ausgangswerte des Drehzahlsensors 7 und eines Zylinderidentifikationssensors (nicht gezeigt) bestimmt wird.
Die Kraftstoffzuführungsvorrichtung 5 beinhaltet eine Rotationspumpe 20, die als Kraftstoffeinspritzpumpe arbeitet und ein Dosierventil 40, das eine gesteuerte Menge Kraftstoff an die Rotationspumpe 20 liefert.
Die Rotationspumpe 20 besteht aus einer Antriebswelle 22, die mit einer Ausgangswelle (z.B. Kurbelwelle) der Maschine 2 verbunden ist, drei Zylindern 24a, 24b und 24c, die in regelmäßigen Abständen von 120° um die Antriebswelle 22 angeordnet sind und drei Tauchkolben 26a, 26b und 26c, die verschiebbar in dem Zylindern 24a bis 24c angeordnet sind.
Die Tauchkolben 26a bis 26c weisen Stäbe 28a, 28b und 28c auf, die zur Antriebswelle 22 hin gehen. Die Stäbe 28a bis 28c weisen Nockenstößel 32a, 32b und 32c auf, die sich in Kontakt mit der exzentrischen Nockenwelle 30 befinden, die exzentrisch auf der Antriebswelle 22 angeordnet sind. Zwischen den Nockenstößeln 32a bis 32c und den Enden der Zylinder 24a bis 24c sind Spiralfedern 34a, 34b und 34c angeordnet, die die Tauchkolben 26a bis 26c über die Nockenstößel 32a bis 32c in eine ständige Verbindung mit der Antriebswelle 22 bringen.
Bei diesen Anordnungen der Rotationspumpe 20 macht die Antriebswelle, d.h. der Nocken 30, eine vollständige Umdrehung bei jeder Umdrehung der Maschine 2, so daß jeder der drei Tauchkolben 26a bis 26c eine Hin-und-Herbewegung in einem der Zylinder 24a bis 24c durchläuft. Die radiale Anordnung der Zylinder 24a bis 24c in regelmäßigen Abständen von 120° läßt die Bewegungen der Tauchkolben 24a bis 24c sich 120° aus der Phase zueinander verschieben, was gleich dem 120° CA (Nockenwinkel) der Maschine 2 entspricht.
Jeder der Zylinder 24a bis 24c weist an seiner Unterseite eine Einlaßöffnung H1 und eine Auslaßöffnung H2 auf. Die Einlaßöffnung H1 steht mit dem Dosierventil 40 in Verbindung und gestattet es, Kraftstoff in die Zylinder (24a, 24b oder 24c) anzusaugen, wenn die Tauchkolben (26a, 26b oder 26c) in Richtung der Antriebswelle 22 verschoben sind. Die Ausgangsöffnung H2 gestattet es, Kraftstoff auszustoßen, wenn die Tauchkolben (26a, 26b oder 26c) von der Antriebswelle 22 weg verschoben sind.
Die Auslaßöffnungen H2 der Zylinder 24a, bis 24c stehen mit dem Kraftstoffzuführungsrohr 12 über die Rückschlagventile 36a, 36b, und 36c in Verbindung, die einem Rückfluß des Kraftstoffs von den Zylindern 24a bis 24c verhindern. Auf diese Weise wird von der Kraftstoffzuführungseinrichtung 5 hochkomprimierter Kraftstoff der gemeinsamen Leitung 4 dreimal bei jeder Umdrehung der Maschine 2 zugeführt.
Das Dosierventil 40 dient dazu, die Kraftstoffmenge, die in die Zylinder 24a bis 24c fließt, zu steuern, wenn die Tauchkolben 26a bis 26c sich nach außen verschieben, d.h. zur Antriebswelle 22 hin. Das Dosierventil 40 umfaßt einen Zylinder 42, in dem eine Kammer ausgebildet ist, einen Ventilkörper 44, der gleitend in der Kammer des Zylinders 42 angeordnet ist und eine Zylinderspule 46, die die Lage des Ventilkörpers 44 steuert, um so die Kraftstoffmenge zu verändern, die das Dosierventil 40 passiert.
Der Zylinder 42 des Dosierventils 40 weist eine Einlaßöffnung 42a in einer Seitenwand und eine Auslaßöffnung in der Endwand auf. Die Einlaßöffnung 42a steht mit der Zuführpumpe 11 in Verbindung, damit der Kraftstoff in die Kammer des Zylinders 42 angesaugt werden kann. Die Auslaßöffnung 42b steht mit der Eingangsöffnung H1 des Zylinders 24a bis 24c der Rotationspumpe 20 in Verbindung, um den Kraftstoff zur Rotationspumpe 20 auszugeben. Zwischen der Auslaßöffnung 42b und der Einlaßöffnung H1 der Zylinder 24a bis 24c sind Rückschlagventile 48a, 48b und 48c angeordnet, um einen Rückfluß des Kraftstoffs in das Dosierventil 40 zu vermeiden.
Der Ventilkörper 44 besteht aus einem Paar Gleitabschnitte 44a und 44b und einem Verbindungsstab 44c, der die Gleitabschnitte 44a und 44b verbindet. Die Gleitabschnitte 44a und 44b gleiten innerhalb des Zylinders 42 flüssigkeitsdicht zur inneren Wand des Zylinders 42. Der Verbindungsstab 44c verbindet die Gleitabschnitte 44a und 44b mit einem Abstand, der gleich dem Durchmesser der Einlaßöffnung 42a ist. In an deren Worten, der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Endflächen der Gleitabschnitte 44a und 44b ist dem Durchmesser der Einlaßöffnung 42a gleichgesetzt. Wenn der Gleitabschnitt 44a sich in Kontakt mit der Endwand des Zylinders 42 befindet und die Auslaßöffnung 42b schließt, schließt der Gleitabschnitt 44b die Einlaßöffnung 42a, um den Kraftstoffzufuhrkanal, der von der Speisepumpe 11 zur Rotationspumpe 20 verläuft, zu blockieren.
Der Ventilkörper bildet im Inneren einen Flüssigkeitskanal 44d aus, der sich von der Außenfläche des Verbindungsstabes 44c bis zum Ende des Gleitabschnittes 44a erstreckt und eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Auslaßöffnung 42b und der Einlaßöffnung 42a herstellt, wenn der Gleitabschnitt 44a sich in einer von der Auslaßöffnung entfernten Position befindet, wodurch der Kraftstoff von der Speisepumpe 11 zur Rotationspumpe 20 geliefert werden kann.
Der Öffnungsquerschnitt der Einlaßöffnung 42a verändert sich als Funktion der Position des Ventilkörpers 44 im Zylinder 42. Die an die Zylinder 24a bis 24c der Rotationspumpe 30 über das Dosierventil 40 gelieferte Kraftstoffmenge kann daher durch Steuerung der Position des Ventilkörpers 44 im Zylinder 42 mit Hilfe der Zylinderspule 46 gesteuert werden.
Das Dosierventil 40 weist ebenfalls einen Tauchkolben 44e und eine Spiralfeder 44f auf. Der Tauchkolben 44e ist mit dem Ende des Ventilkörpers 44 verbunden. Die Feder 44f ist zwischen der Wand des Ventilgehäuses und einem Ende des Tauchkolbens 44e angeordnet, um den Ventilkörper 44 in Richtung der Ausgangsöffnung 42b zu drücken. Die Position des Ventilkolbens 44 wird durch Einstellen der durch die Zylinderspule 46 erzeugten magnetischen Kraft gesteuert, d.h. durch den der Zylinderspule 46 zugeführten Strom. Genauer, je mehr Strom der Zylinderspule 46 zugeführt wird, desto größer wird die Querschnittsöffnung der Einlaßöffnung 42a, woraus eine Vergrößerung der Kraftstoffmenge resultiert, die in die Rotationspumpe 20 eingebracht wird. Der Abbruch des Stromflusses in der Zylinderspule 46 hat zur Folge, daß die Feder 44f den Ventilkörper 44 die Eingangsöffnung 42a schließen läßt.
3 zeigt ein Programm oder eine Abfolge logischer Schritte, die durch die ECU 6 ausgeführt werden, um den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung 4 mit Hilfe der Kraftstoffzuführungseinrichtung 5 zu steuern. Das Programm wird alle 120° CA (Nockenwinkel) der Maschine 2 synchron mit dem Kraftstoffausstoßzyklus der Rotationspumpe 20 ausgeführt.
Nach dem Start des Programms geht die Routine zu Schritt 110, worin der Basisstrom I_BAS, der der Zylinderspule 46 des Dosierventils 40 zugeführt wird, bestimmt wird, indem er einer Basisstromtabelle, wie in 4(a) gezeigt, entnommen wird, die im ROM in Form der Zieleinspritzmenge Q_FIN, die der Maschine 2 durch die Kraftstoffeinspritzventile 3 zugeführt wird, und des Zieldruckes der gemeinsamen Leitung P_FIN gespeichert ist. Die Zieleinspritzmenge Q_FIN und der Zieldruck in der gemeinsamen Leitung P_FIN sind Zielsteuervariablen, die nach einem Rechenverfahren auf der Basis der Drehzahl NE der Maschine 2 und der Öffnung des Beschleunigungsreglers Acc berechnet werden. Die Basisstromtabelle ist so ausgeführt, daß der Basisstrom I_BAS sich mit der Vergrößerung der Zieleinspritzmenge Q_FIN und des Zieldruckes in der gemeinsamen Leitung P_FIN erhöht. Das geschieht weil die Kraftstoffmenge (d.h. die Zieleinspritzmenge Q_FIN), die an jeden Zylinder der Maschine 2 geliefert werden soll oder die Erhöhung des Druckes des Kraftstoffs in der gemeinsamen Leitung 4 (d.h. des Zieldruckes der gemeinsamen Leitung P_FIN) eine Erhöhung der Kraftstoffmenge erfordert, die der gemeinsamen Leitung 4 zugeführt wird, d.h. die Vergrößerung des Querschnittes der Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40.
Die Routine geht zu Schritt 120 weiter, worin ein Korrekturstrom I_NP auf der Basis der Drehzahl NE der Maschine 2 bestimmt wird, indem er aus der aktuellen Tafel, wie in 4(b) gezeigt, entnommen wird. Der Korrekturstrom I_NP soll den Basisstrom I_BAS, wie er in Schritt 110 bestimmt wurde, als Funktion der Drehzahl NE der Maschine 2 korrigieren, da sich die der gemeinsamen Leitung 4 zugeführte Kraftstoffmenge mit der Drehzahl NE der Maschine 2 ändert, selbst wenn der durch die Zylinderspule 46 fließende Strom konstant ist. Die Stromkorrekturtafel stellt positive Werte dar, die sich bei Erhöhung der Maschinendrehzahl NE erhöhen in einem Bereich, wo die Maschinendrehzahl NE höher ist als eine Bezugsmaschinendrehzahl NE0, das ist die Drehzahl der Maschine 2, wenn der Basisstrom I_BAS aus der Basisstromtabelle in 4(a) ermittelt wird, während negative Werte dargestellt werden, die sich mit der Verringerung der Maschinendrehzahl NE verringern, in einem Bereich, wo die Maschinendrehzahl NE niedriger ist, als die Bezugsmaschinendrehzahl NE0.
Die Routine geht weiter zu Schritt 130, worin der Zielstrom I_FIN der an die Zylinderspule 46 geliefert werden soll bestimmt wird, indem der Korrekturstrom I_NE zum Basisstrom I_BAS hinzuaddiert wird. Die Routine geht weiter zu Schritt 140, worin auf der Basis des Zielstroms I_FIN ein Tastverhältnis I_DUTY eines pulsbreitenmodulierten Signals (PWM) bestimmt wird, das verwendet wird, den der Zylinderspule 46 zugeführten Strom unter Steuerung des Impulsverhältnisses zu verändern, um die elektromagnetische Kraft, die von der Zylinderspule erzeugt wird, einzustellen. Die Tastverhältnissteue rung des der Zylinderspule 46 zugeführten Stroms (d.h. der Öffnungsquerschnitt der Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40) wird erreicht, indem ein Schaltelement (nicht gezeigt) in den elektrischen Kreis von der im Fahrzeug eingebauten Batterie (nicht gezeigt) zur Zylinderspule 46 eingebaut wird und das Schaltelement mit Hilfe des PWM Signals (impulsbreitenmoduliertes Signal) angesteuert wird. Der Leistungsfaktor I_DUTY des impulsweitenmodulierten Signals (PWM) wird bestimmt, indem er aus der Impulsverhältnistabelle, wie in 4(c) gezeigt, auf der Basis des in Schritt 130 Zielstroms I_FIN und der Batteriespannung VB entnommen wird, und erhöht sich mit der Erhöhung des Zielstroms I_FIN und der Batteriespannung VB.
Die Routine geht weiter zu Schritt 150, worin festgestellt wird, ob das Steuermoduskennzeichen F auf eins (1) gesetzt ist oder nicht. Das Steuermoduskennzeichen F zeigt an, ob die Steuerung des Druckes in der gemeinsamen Leitung sich im Niedrigdrehzahlsteuermodus oder im Hochdrehzahlsteuermodus befindet. Wenn NO ausgegeben wird (F = 1) bedeutet das, daß der Druck auf der gemeinsamen Leitung im Niedrigdrehzahlsteuermodus erfolgt und die Routine geht weiter zu Schritt 160, worin bestimmt wird, ob die Maschinendrehzahl NE höher ist als die Bezugsdrehzahl NH oder nicht. Wenn NO ausgegeben wird, geht die Routine direkt weiter zu Schritt 180. Andernfalls, wenn YES ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 170 weiter, worin das Steuermoduskennzeichen F auf null (0) gesetzt wird, um die Steuerung des Druckes auf der gemeinsamen Leitung vom Niedrigdrehzahlsteuermodus in den Hochdrehzahlsteuermodus umzuschalten und geht weiter zu Schritt 310.
In Schritt 180 wird eine Basisventilschließdauer T_CVBAS bestimmt, das ist die Zeitdauer, in der das Dosierventil 40 während einer 120°-Rotation der Maschine 2 geschlossen blei ben soll, wobei diese aus einer Basisventilschließdauertabelle, basierend auf der Maschinendrehzahl NE und dem Zieldruck der gemeinsamen Leitung P_FIN, wie in 4(d) gezeigt, entnommen wird, um das Dosierventil in einem Zeitintervall, das einer 120°-Rotation der Maschine 2 im Niedrigdrehzahlsteuermodus entspricht, zyklisch zu öffnen und zu schließen und auch den Öffnungsquerschnitt der Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40 durch Steuerung des Impulstastverhältnisses zu steuern. Die Basisventilschließdauer T_CVBAS verlängert sich, wenn sich die Maschinendrehzahl NE erhöht und wenn sich der Druck P_FIN in der gemeinsamen Leitung verringert.
Die Routine geht zu Schritt 190, worin eine Ventilschließdauerkorrekturzeit T_FBK bestimmt, um die Abfall Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck in der gemeinsamen Leitung P_FIN und dem aktuellen Druck in der gemeinsamen Leitung Pc, gemessen durch den Drucksensor 9 der gemeinsamen Leitung auf null (0) zu verkleinern. Die Ventilschließdauerkorrekturzeit T_FBK ist eine Rückgabevariable zur Korrektur der Ventilschließdauer T_CVBAS, die in Schritt 180 unter Rückgabekontrolle bestimmt wird, und wird z.B. als Funktion der Summe des Produktes der Druckdifferenz ΔP und einer Proportionalitätskonstante Kp, dem Produkt des Integralwertes der Druckdifferenz ΔP und einer Integrationskonstanten Ki, und dem Produkt eines Differentialwertes der Druckdifferenz ΔP und einer Differentialkonstanten Kd bestimmt.
Die Routine geht weiter zu Schritt 200, worin die Zielventilschließdauer T_CVFIN d.h. die Zieldauer, die das Dosierventil in jeder 120°-Rotation der Maschine 2 geschlossen ist, bestimmt wird, indem die Basisventilschließdauer T_CVBAS, die in Schritt 180 abgeleitet wird, und die Ventilschließkorrekturzeit TFBK, die in Schritt 190 abgeleitet wird, zueinander addiert werden.
Die Routine geht zu Schritt 210, worin bestimmt wird, ob die Zielventilschließzeit T_CVFIN kleiner ist als eine niedrigere Zeitgrenze Tmin oder nicht. Wenn NO ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 220 weiter, worin bestimmt wird, ob die Zielventilschließdauer T_CVFIN größer ist als eine obere Zeitgrenze Tmax oder nicht. Wenn sich NO ergibt (T_CVFIN < Tmax), dann geht die Routine zu Schritt 230.
In Schritt 230 wird das in Schritt 140 abgeleitete Tastverhältnis I_DUTY als Zieltastverhältnis I_DUTYF zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts der Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40 unter Impulsleistungssteuerung definiert. Die Routine geht weiter zu Schritt 240, worin die Zielventilschließdauer T_CVFIN in einen Impulsausgabeblockierungstimer eingegeben wird und beendet sich dann.
Der Impulsausgabeblockierungstimer ist in der ECU 6 angeordnet, um zu verhindern, daß das PWM-Signal, das zur Erregung der Zylinderspule 46 verwendet wird, während der Zielventilschließdauer T_CVFIN ausgegeben wird, nachdem diese in Schritt 240 bestimmt wurde. Nach der Festlegung des Zieltastverhältnisses I_DUTYF in Schritt 230 oder 280, wie später beschrieben wird, gibt die ECU 6 das PWM-Signal mit hohem Pegel über einen Zeitraum, entsprechend dem Zieltastverhältnis I_DUTYF jede 1 msec aus, um das Verhältnis des in der Zylinderspule 46 fließenden Stroms zu steuern.
Wenn in Schritt 210 (T_CVFIN < Tmin) YES ausgegeben wird, geht die Routine weiter zu Schritt 250, worin die untere Zeitgrenze Tmin als Zielventilschließdauer T_CVFIN bestimmt wird. Wenn in Schritt 220 (T_CVFIN > Tmax) die Antwort YES ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 260 weiter, worin die obere Zeitgrenze Tmax als Zielventilschließdauer T_CVFIN festgelegt wird.
Die unteren und oberen Grenzen Tmin und Tmax sind die entsprechenden maximalen und minimalen Steuergrenzen, in denen das Dosierventil 40 völlig geöffnet und geschlossen werden kann, unabhängig von der Drehzahl NE der Maschine 2. Die Schritte 250 und 260 stellen die Zielventilschließdauer T_CVFIN so ein, daß sie innerhalb der oberen und unteren Grenze Tmin und Tmax liegen.
Wenn die Zielventilschließdauer T_CVFIN in Schritt 250 und 260 zwischen den oberen und unteren Grenzen Tmin und Tmax beschränkt ist, wird es unmöglich, die an die Rotationspumpe 20 gelieferte Kraftstoffmenge zu steuern, um so die Druckdifferenz unter Rückflußsteuerung zu eliminieren. Daher geht die Routine nach dem Schritt 250 oder 260 zu Schritt 270, worin ein Tastverhältniskorrekturwert I_DFBK bestimmt wird, der verwendet wird, damit die Druckdifferenz ΔP zwischen den Zieldruck in der gemeinsamen Leitung P_FIN und den aktuellen Druck in der gemeinsamen Leitung Pc bis zu null gehen kann. Insbesondere dient der Tastverhältniskorrekturwert I_DFBK dazu, die rückflußgesteuerte Variable zur Steuerung des Öffnungsquerschnitts der Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40 zu korrigieren und wird auf die gleiche Weise festgelegt, wie bei der Bestimmung der Ventilschließdauerkorrekturzeit T_FBK.
Nach Schritt 270 geht die Routine zu Schritt 280, worin das Zieltastverhältnis I_DUTYF durch Addition des in Schritt 140 abgeleiteten Tastverhältnisses I_DUTY und des Tastverhältniskorrekturwertes I_DFBK bestimmt wird und geht dann, wie vorstehend beschrieben, zu Schritt 240 weiter.
Wenn in Schritt 150 NO ausgegeben wird, was bedeutet, daß das Steuermoduskennzeichen F zurückgesetzt wird und das die Steuerung des Druckes in der gemeinsamen Schiene sich im Hochdrehzahlsteuermodus befindet, dann geht die Routine zu Schritt 290 weiter, worin bestimmt wird, ob die Maschinendrehzahl NE niedriger als die Bezugsdrehzahl NL ist oder nicht. Wenn YES ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 300, worin das Steuermoduskennzeichen F auf eins (1) gesetzt wird, um die Steuerung des Druckes der gemeinsamen Leitung vom Hochdrehzahlsteuermodus in den Niedrigdrehzahlsteuermodus umzuschalten und geht zu Schritt 180 weiter.
Wenn in Schritt 290 NO ausgegeben wird, geht die Routine direkt zu Schritt 310.
Die Bezugsdrehzahl NL, die benutzt wird, um festzustellen, ob die Steuerung des Druckes in der gemeinsamen Leitung in den Niedrigdrehzahlsteuermodus umgeschaltet werden soll oder nicht, wird kleiner gesetzt als die Bezugsdrehzahl NH, die in Schritt 160 verwendet wird, um zu bestimmen, ob die Steuerung des Druckes in der gemeinsamen Leitung in den Hochdrehzahlsteuermodus umgeschaltet werden soll oder nicht, und erzeugt dadurch eine Hysterese bei der Entscheidung der Betriebsartumschaltung, um ein Aufschaukeln des Steuersystems zu vermeiden.
In Schritt 310 wird, ähnlich wie in Schritt 270, der Tastverhältniskorrekturwert I_DFBK bestimmt, der verwendet wird, damit die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck in der gemeinsamen Leitung P_FIN und dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung Pc gegen null gehen kann.
Die Routine geht zu Schritt 320, worin das Zieltastverhältnis I_DUTYF bestimmt wird, indem der in Schritt 140 abgeleitete Tastverhältnis I_DUTY und der in Schritt 310 abgeleitete Leistungsfaktorkorrekturwert I_DFBK addiert werden, Die Routine geht weiter zu Schritt 330, worin die Zielventilschließ dauer T_CVFIN auf null (0) gesetzt wird, um eine zyklische Ein-Aus-Steuerung des Dosierventils 40 zu verhindern und beendet sich.
Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, steuert das Speicherkraftstoffeinspritzsystem 1 den Druck auf der gemeinsamen Leitung, während des Zeitraumes bis die Maschinendrehzahl NE nach dem Start der Maschine die Bezugsdrehzahl NH überschreitet und wenn die Maschinendrehzahl NE unter den Bezugswert NL (< NH) fällt, nachdem die Bezugsdrehzahl NH überschritten wurde, im Niedrigdrehzahlsteuermodus. Im Niedrigdrehzahlsteuermodus wird der Strom, der, wie in 5(a) gezeigt, als Funktion des Tastverhältnisses des PWM-Signals erzeugt wird, an die Zylinderspule 46 des Dosierventils 40 geliefert, um den Öffnungsquerschnitt der Einlaßöffnung 42a zu steuern, d.h. die Flußrate des der Rotationspumpe 20 zugeführten Kraftstoffs, und seine Zufuhr zur Zylinderspule 46 wird während der Zielventilschließdauer T_CVFIN in jeder 120°-Rotation der Maschine 2 verhindert. Daher wird die Kraftstoffmenge, die an die Rotationspumpe 20 in jeder 120°-Rotation der Maschine 2 geliefert wird, selbst wenn die Maschine 2 mit niedriger Drehzahl läuft, so daß nur eine geringe Menge Kraftstoff in die Maschine 2 eingespritzt werden muß, mit hoher Genauigkeit als Funktion einer Kombination des Öffnungsquerschnitts der Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40 und der Zeitdauer, in der das Dosierventil 40 geöffnet ist, gesteuert, wie in 5(b) gezeigt.
Wenn die Maschinendrehzahl NE erst die Bezugsdrehzahl NH übersteigt, führt das Speicherkraftstoffeinspritzsystem 1 die Steuerung des Druckes auf der gemeinsamen Leitung im Hochdrehzahlsteuermodus durch, bis die Maschinendrehzahl NE unter die Bezugsdrehzahl NL fällt. Im Hochdrehzahlsteuermodus wird die Zielventilschließdauer T_CVFIN in Schritt 330 von 3 auf null gesetzt, um das Dosierventil 40 geöffnet zu halten. Insbesondere die Einlaßöffnung 42a des Dosierventils 40 wird offen gehalten und der Öffnungsquerschnitt der Einlaßöffnung 42a wird als Funktion der der Zylinderspule 46 zugeführten Strommenge gesteuert, die, wie in 5(c) gezeigt, durch ein PWM-Signal erzeugt wird. Daher wird die der Rotationspumpe 20 zugeführte Kraftstoffmenge, selbst wenn die Maschine 2 bei hoher Drehzahl arbeitet und daher sich das Zeitintervall, in der Kraftstoff in einen der Zylinder 25a bis 24c angesaugt wird, verkleinert, was zu Schwierigkeiten in der genauen Steuerung des Ein-Aus-Betriebes des Dosierventils 40 führt, mit hoher Genauigkeit gesteuert.
Im Niedrigdrehzahlsteuermodus, bei dem die Zeitdauer, in der das Dosierventil 40 geöffnet ist, und der Öffnungsquerschnitt der Einlaßöffnung 42a gleichzeitig gesteuert werden, wird die Zielventilschließdauer T_CVFIN zuerst auf der Basis der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zieldruck der gemeinsamen Leitung P_FIN und dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung Pc (siehe Schritt 200 in 3) berechnet, wonach das Zieltastverhältnis I_DUTYF auf der Basis der Druckdifferenz ΔP, nur wenn die Zielventilschließdauer T_CVFIN außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, korrigiert wird. Das vermeidet eine Wechselwirkung der Steuerung der Zeitdauer, in der das Dosierventil 40 geöffnet ist mit der Steuerung des Öffnungsquerschnitts der Einlaßöffnung 42a und sichert dabei die Stabilität der Kraftstoffzufuhrsteuerung.
Die vorgenannte Ausführungsform bezieht sich auf ein Sammlerkraftstoffeinspritzsystem für Dieselmaschinen, dennoch kann die vorliegende Erfindung auch bei einem Kraftstoffeinspritzsystem verwendet werden, das ausgelegt ist, die Kraftstoffmenge zu steuern, die von einer Einspritzpumpe vom Verteilertyp angesaugt wird, die den Kraftstoff direkt auf Ein spritzventile verteilt, die direkt auf jedem der Zylinder angeordnet sind, oder bei einem Benzineinspritzsystem, das ausgelegt ist, um Hochdruckkraftstoff direkt oder über einen Sammler (z.B. gemeinsame Leitung) an Einspritzventile zu liefern, die in eine Direkteinspritzmaschine eingebaut sind.
Der Ein-Aus-Vorgang des Dosierventils 40 wird bei jeder 120°-Rotation der Maschine 2 ausgeführt, er kann jedoch auch asynchron zur Rotation der Maschine 2 ausgeführt werden. Zum Beispiel ist die Ventilöffnungsdauer ein vordefinierter Zyklus, der festgelegt wird, um die Kraftstoffmenge, die vom Dosierventil 40 ausgestoßen wird, zu steuern. Andererseits werden die Ventilschließdauer und die Ventilöffnungsdauer in einem Zyklus getrennt festgelegt, um die Kraftstoffmenge zu steuern, die vom Dosierventil 40 ausgestoßen wird.
6 zeigt das Sammlerkraftstoffeinspritzsystem 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, das als ein Beispiel mit einer 4-Zylinder-Dieselmaschine verwendet wird. Die gleichen Bezugszeichen, wie sie in der ersten Ausführungsform verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile und deren Erklärung im Detail wird hier unterlassen.
Das Sammlerkraftstoffeinspritzsystem 1 beinhaltet eine Hochdruckpumpe 50 mit variablem Ausstoß. Die Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 saugt den Kraftstoff im Kraftstofftank 10 durch die Speisepumpe 11 an, komprimiert ihn und führt ihn über drei Rückschlagventile 51 und das Zuführungsrohr 12 der gemeinsamen Leitung 4 zu, wie später im Detail beschrieben wird. Der Kraftstoffdruck auf der gemeinsamen Leitung 4 hängt von den Betriebsbedingungen der Maschine 2 ab, normalerweise liegt er bei ungefähr 20 bis 160 MPa.
Die Hochdruckpumpe 50 mit variablem Ausstoß ist vom Dreiwegetyp und weist an ihrer Einlaßöffnung eine Ausstoßsteuereinrichtung 57 auf, um die Kraftstoffmenge zu steuern, die von der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 ausgestoßen wird. Die Ausstoßsteuereinrichtung 57 weist ein Einzelzylinderspulenventil auf, das aus einer linearen Zylinderspule zur Einstellung der Kraftstoffmenge, die aus den drei Auslässen ausgestoßen wird, besteht.
Die ECU 6 überwacht den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung 4 durch den Drucksensor 9 der gemeinsamen Leitung und liefert ein Drucksteuersignal an die Ausstoßsteuereinrichtung 57. Die Ausstoßsteuereinrichtung 57 steuert die Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe 50 ausgestoßen wird, damit der aktuelle Druck auf der gemeinsamen Leitung den Zieldruck erreicht, der als Funktion der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl bestimmt wird.
Das Sammlerkraftstoffeinspritzsystem 1 weist ebenfalls einen Drehwinkelsensor 52, einen Maschinenlastsensor 53, einen Kühlmitteltemperatursensor 54, einen Einlaßlufttemperatursensor 55 und einen Einlaßluftdrucksensor 56 auf. Der Drehwinkelsensor 52 mißt die Drehzahl der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50. Der Maschinenlastsensor 53 mißt z.B. die Gashebellage (d.h. die Öffnung des Drosselventils). Der Kühlmitteltemperatursensor 54 mißt die Temperatur des Kühlmittels der Maschine. Der Einlaßlufttemperatursensor 55 mißt die Temperatur der in die Maschine 2 eingelassenen Luft. Der Einlaßluftdruckmesser 56 mißt den Druck der eingelassenen Luft. Die ECU 6 erhält die Ausgabewerte der Sensoren 52 bis 56 und bestimmt einen Zieleinspritzzeitpunkt und eine Zielkraftstoffmenge, die in die Maschine 2 eingespritzt wird, und liefert die Steuersignale dazu an die Einspritzmodule 3.
7 zeigt den inneren Aufbau der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50.
Die Pumpe 50 weist die Pumpengehäuse 140a und 140b auf, in denen die Gleitlager 111 beziehungsweise 112 angeordnet sind, um die Antriebswelle 110 drehbar zu lagern. Die Maschine 2 ist, wie zuvor beschrieben, eine 4-Zylindermaschine. Die Antriebswelle 110 dreht sich daher synchron mit der 4/3 Drehung der Maschine 2. Die Antriebswelle 110 weist zwischen den Gleitlagern einen exzentrischen Abschnitt 113 auf. Der exzentrische Abschnitt weist eine Mittellinie auf, die von der Mittellinie der Antriebswelle 110 um den Abstand u versetzt ist. Der exzentrische Abschnitt 113 weist an seiner Außenfläche ein Gleitlager 114 auf, auf dem ein exzentrischer Nocken 115 drehbar angeordnet ist.
Der exzentrische Nocken 115 weist, wie klar in 8 gezeigt, eine polygonale Form auf und besitzt drei flache Flächen 115a, 115b und 115c, die in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Zylindrische Blöcke 121a, 121b und 121c sind im Gehäuse 140 angeordnet und bilden darin die Zylinder 120a, 120b und 120c, in denen die Kolben 130a, 130b und 130c gleitend angeordnet sind, und so die Druckkammern 140a, 140b und 140c zwischen ihren Enden und den entsprechenden Böden der Zylinder 120a bis 120c bilden.
Zwei der benachbarten flachen Flächen 115a bis 115c bilden einen Winkel α von 60° miteinander. Die flachen Flächen 115a bis 115c sind rechtwinklig zu den Mittellinien der entsprechenden Zylinder 120a bis 120c ausgerichtet. Die Mittellinien der Zylinder 120a bis 120c verlaufen radial in Abständen von 120°.
Die Rotation des exzentrischen Nockens 115 als Folge der Rotation der Antriebswelle 110 läßt das Zentrum Q2 des exzentrischen Nockens 115 um das Zentrum Q1 der Antriebswelle entlang einer Kreisbahn rotieren, wie durch die gestrichelte Linie angegeben, die einen Radius u aufweist, wobei sich die flachen Flächen 115a bis 115c des exzentrischen Nockens 115 von Zentrum Q1 der Antriebswelle 110 nach außen bewegen und dadurch eine Hin-und-Herbewegung der Kolben 130a bis 130c in den Zylindern 120a bis 120c erzeugen. Dadurch wird der Kraftstoff in den Druckkammern 140a bis 140c aufeinander folgend komprimiert.
Zurück in 7 ist ein Magnetventil 16 im unteren Abschnitt des Pumpengehäuses 140b angeordnet und bildet einen Kraftstoffsammler um sein Ende herum 10 Der Kraftstoff im Kraftstofftank wird durch die Speisepumpe 11 angesaugt und bis zu ungefähr 10 atm komprimiert und dann in den Kraftstoffsammler 116 über einen Niedrigdruckkanal 195 eingespeist. Das Magnetventil 16 ist am Flansch 16b am Gehäuse 140b mittels Bolzen (nicht gezeigt) angeordnet.
Das Magnetventil 16 weist ein Gehäuse 16a mit einer darin angeordneten Spule 161 auf, wie in 9 gezeigt, und einen Ventilkörper 16c, der in einem Ende des Gehäuses 16a eingefügt ist. Der Ventilkörper 16c bildet darin eine zylindrische Kammer 162, in der ein Hohlzylinder 163 verschiebbar gehalten wird, aus. Der Ventilkörper 16c weist einen darin ausgebildeten Flüssigkeitskanal 164 und einen Flüssigkeitskanal 165 auf, der im Querschnitt kleiner ist als der Flüssigkeitskanal 164. Die Flüssigkeitskanäle 164 und 165 stellen eine Verbindung zwischen der zylindrischen Kammer 162 und dem Kraftstoffsammler 116 her. Der Flüssigkeitskanal 165 wird durch Schlitze gebildet, wobei jeder eine konstante Breite aufweist und in Richtung der Bewegung des Hohlzylinders 163 verläuft.
Der Hohlzylinder 163 weist in seinem Zentrum einen Flüssigkeitskanal 171, der in seiner Längsrichtung verläuft, die Bohrungen 167 und eine ringförmige Rille 166 auf. Die Bohrungen 167 stehen mit dem Flüssigkeitskanal 171 in Verbindung. Die ringförmige Rinne steht mit dem Flüssigkeitskanal 165 im Ventilkörper 16c in Verbindung, wenn der Hohlzylinder 163 sich im Inneren des Ventilkörpers bewegt. Der Hohlzylinder 163 weist ebenfalls einen Flansch 172 auf, der an seiner zentralen Außenfläche als Stopper ausgebildet ist, um einen zulässigen Bewegungsspielraum des Hohlzylinders zwischen dem Flansch 172 und einer Abstandsscheibe 173, die zwischen den Enden des Ventilkörpers 16c und des Gehäuses 16a angeordnet ist, zu bestimmen. Der Hohlzylinder 163 ist an seinen beiden Enden offen, um den Flüssigkeitsdruck zu minimieren, der auf den Hohlzylinder 163 in Längsrichtung wirkt.
Ein Anker 170 ist am inneren Ende des Hohlzylinders 163 und gegenüber einem Stator 168 angeordnet, der im Gehäuse 16a koaxial mit der Spule 161 eingebaut ist. Eine Feder 169 ist innerhalb der zylindrischen Kammer 16d angeordnet, um den Hohlzylinder 163 immer nach außen zu drücken. Wenn die Spule 161 sich im Aus-Zustand befindet, ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitskanal 171 und dem Flüssigkeitssammler 116 blockiert, wie klar aus 7 ersichtlich ist.
Der Stator weist ein verjüngtes Ende 168a auf. Die Position des Hohlzylinders 163 hängt von der Höhe des Stromes durch die Spule 161 ab. Speziell arbeitet das Magnetventil 16 als lineares Magnetventil. Wenn die Spule 161 erregt wird, bewegt sich dadurch der Hohlzylinder 163 nach innen (rechts in 9) und stellt die Verbindung zwischen dem Flüssigkeitskanal 171 und dem Kraftstoffsammler 116 her. Eine Erhöhung des der Spule 161 zugeführten Stromes führt zu einer Erhöhung der Größe der Bewegung des Hohlzylinders 163 in Richtung Stator 168 und als Ergebnis zu einer Vergrößerung der Querschnitte der Öffnungen zwischen den Bohrungen 165 und 166 und den Flüssigkeitskanälen 164. Die Größe der Bewegung des Hohlzylinders 163 wird durch die ECU 6 durch Impulstastverhältnissteuerung gesteuert. Das Magnetventil 16 ist vom normal geschlossenen Typ, was einen Kraftstoffauslauf vermeidet, wenn das Magnetventil 16 versagt.
Der Flüssigkeitskanal 171 im Hohlzylinder 163 steht, wie klar in 7 gezeigt, mit dem ringförmigen Niederdruckflüssigkeitskanal 118, der im Pumpengehäuse 140a angeordnet ist, über den Niederdruckflüssigkeitskanal 117, der im Pumpengehäuse 140b ausgebildet ist, in Verbindung. Der Flüssigkeitskanal 118 steht mit dem Flüssigkeitskanal 119 in Verbindung, der im Pumpengehäuse 140b ausgebildet ist. Der Flüssigkeitskanal 119 steht über die Kanäle 124 und 125 mit der Druckkammer 240a in Verbindung, die über dem oberen Ende des Kolbens 230a entsteht. Der Flüssigkeitskanal 171 im Hohlzylinder 163 steht ebenfalls mit den Druckkammern 240b und 240c in einem ähnlichen Kanalaufbau wie der vorstehend Beschriebene in Verbindung, wie in 8 gezeigt.
Drei Abdeckungen 122 und drei Flüssigkeitskanalblöcke 123 sind auf der oberen Wand des Pumpengehäuses 140b mittels Bolzen (nicht gezeigt) montiert, wie in 8 gezeigt. Jeder der Flüssigkeitskanalblöcke 123 befindet sich in Kontakt mit den oberen Flächen eines der zylindrischen Blöcke 121a bis 121c, wie klar in 10 dargestellt (nur der zylindrische Block 121a wird zur Vereinfachung der Darstellung gezeigt). Die Kanäle 124b und 124c sind in jeder der Abdeckun gen 122 und in jedem der zylindrischen Blöcke 121a bis 121c ausgebildet.
Innerhalb der einzelnen Druckkammern, z.B. die Druckkammer 240a, ist eine Platte 250a als Rückschlagventil angeordnet. Die Platte 250a weist eine Vielzahl von Löchern 151a auf, die darin außerhalb der Übereinstimmung mit dem Kanal 125 ausgebildet sind. Die Abdeckung 122 und der zylindrische Block 121a bilden in sich die Hochdruckflüssigkeitskanäle 127 und 128. Das Rückschlagventil 51 ist im Hochdruckflüssigkeitskanal 128 angeordnet.
Bei den vorgenannten Konstruktionen läßt eine Bewegung des Hohlzylinders 163 des Magnetventils 16 nach innen durch die elektromagnetische Kraft, die von der Spule 161 aus angelegt wird, den in den Kraftstoffsammler 116 angesaugten Kraftstoff in die einzelnen Druckkammern, wie z.B. in die Druckkammer 240a durch die Flüssigkeitskanäle 171, 117, 118, 119, 124 und 125 und durch die Löcher 151a der Platte 250a fließen. Durch die Rotation der Antriebswelle 110 bewegt sich der Kolben 230a in der zylindrischen Kammer 120a hin und her und komprimiert die Flüssigkeit in der Druckkammer 240a, wobei die Platte 250a in Kontakt mit dem Boden des Flüssigkeitskanalblockes 123 gebracht wird und die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Druckkammer 240a und dem Flüssigkeitskanal 125 blockiert. Wenn der Flüssigkeitsdruck in der Druckkammer 240a durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 230a bis zu einem Bezugspegel erhöht worden ist, wird das Rückschlagventil 51 von dem Flüssigkeitskanal 127 abgehoben, um einen Flüssigkeitsaustausch zwischen der Druckkammer 240a und dem Flüssigkeitskanal 128 herzustellen, so daß der komprimierte Kraftstoff aus der Druckkammer 240a ausgestoßen wird. Auf diese Weise wird der komprimierte Kraftstoff von den Druckkammern 204a bis 240c zyklisch und synchron mit der 120°-Rotation der Antriebswelle 110 in die gemeinsame Leitung 4 eingespeist.
Zwischen dem exzentrischen Nocken 115 und den Kolben 230a bis 230c sind, wie in 8 gezeigt, zylindrische Unterlagen 131a, 131b und 131c mit Seitenwänden, die im Inneren der zylindrischen Kammern 250 im Pumpengehäuse 140b gleiten können, angeordnet. Zwischen den Unterlagen 131a bis 131c und den zylindrischen Blöcken 121a bis 121c sind Spiralfedern 132a, 132b und 132c angeordnet, die die Unterlagen 131a bis 131c in ständigen Kontakt mit den entsprechenden flachen Flächen 115a bis 115c des exzentrischen Nockens 115 bringen.
Der Drehwinkelsensor 52 steht, wie in 11 gezeigt, einem Signalrotor 135 gegenüber, der sich synchron mit der Rotation der Antriebswelle 110 dreht. Der Signalrotor 135 weist insgesamt 54 Vorsprünge 136, die an seinem Umfang ausgebildet sind, und drei flache Abschnitte 137 in gleichmäßigen Abständen von 120° auf. Der Drehwinkelsensor 52 erzeugt ein Signal, das sich im Pegel bei jedem Vorbeigehen an einem Vorsprung 136 erhöht, wie in 12(a) gezeigt. Die ECU 6 formt das Ausgangssignal des Drehwinkelsensors 52 zu einem in 12(b) gezeigten Signal, das aus Impulsen B und einem Referenzimpuls A, der vom ersten Vorsprung 135 erzeugt wird, der jedem der flachen Abschnitte 37 folgt, und aus 18 Impulsen (17 Impulse B plus ein Referenzimpuls A) für jedes Anheben der Kolben 230a bis 230c besteht, um die Drehzahl und die Winkelposition der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 zu bestimmen.
Die ECU 6, wie in 13 gezeigt, besteht aus einem A/D-Wandler 141, einer Signalformungsschaltung 142, einer CPU 143, einem ROM 144, einem RAM 145 und den Ansteuerschaltungen 146 und 147. Der A/D-Wandler 141 wandelt die analogen Ausgangssignale der Sensoren 9 und 53 bis 56 in digitale Signale um und gibt sie an die CPU 143 aus. Die Signalformungsschaltung 142 formt, wie vorstehend beschrieben, die Wellenform der Ausgangssignale des Drehwinkelsensors 52 um, um Rechtecksignale zu erzeugen. Die CPU 143 erhält die Ausgangssignale von den Sensoren 52, 9 und 53 bis 56, um die von der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 ausgestoßene Kraftstoffmenge zu steuern. Die Ansteuerschaltungen 146 und 147 betätigen das Einspritzmodul 3 und das Magnetventil 16 als Reaktion auf die entsprechenden Steuersignale von der CPU 143. In der Praxis sind jedoch drei Ansteuerschaltungen 146 vorgesehen, je eine für die drei Einspritzmodule 3.
14 zeigt den Schaltungsaufbau der Ansteuerungsschaltung 147 für das Magnetventil 16.
Die Spule 161 des Magnetventils 16 besteht aus einer induktiven Komponente 61a und einer Widerstandskomponente 61b und ist an einem Ende mit der Batterie VB (nicht gezeigt) und mit dem anderen Ende mit dem Kollektor des npn-Transistors 180 verbunden. Der npn-Transistor 180 ist am Emitter einer geerdeten Klemme verbunden.
Ein Widerstand 181 ist zwischen einem UND-Gatter 189 und dem Transistor 180 angeordnet. In das UND-Gatter werden die ersten und dritten Ansteuersignale eingegeben. Ein Widerstand 182 ist an einem Ende mit der Verbindung des Widerstandes 181 und des Transistors 180 verbunden und mit dem anderen Ende an eine geerdete Klemme.
Eine Zenerdiode 183 ist mit der Kathode an die Verbindung von Widerstand 181 und Transistor 180 und mit der Anode an eine geerdete Klemme verbunden. Die Zenerspannung Vz der Zenerdiode 182 ist 4,7 V, was etwas niedriger ist als die Aus gangsspannung von 5,0 V des UND-Gatters 189. Eine Diode 184 ist mit der Kathode an die Verbindung von Widerstand 181 und der Basis des Transistors 180 und mit der Anode an die Anode der Zenerdiode 185 angeschlossen. Die Zenerdiode 185 ist mit der Kathode an den Kollektor des Transistors 180 verbunden.
An die Kathode der Zenerdiode 185 sind der Emitter des pnp-Transistors 186 und ein Ende der Spule 161 angeschlossen. Der pnp-Transistor 186 ist am Kollektor mit der Anode der Diode 187 verbunden. Die Diode 187 ist an der Kathode mit der Batterie VB verbunden. An die Basis des Transistors 186 ist das Ende des Widerstandes 188 angeschlossen. Am anderen Ende des Transistors 188 wird das zweite Ansteuerungssignal eingespeist.
Im Betrieb wird das erste Ansteuerungssignal von der ECU 6 angelegt, wenn der Zeitpunkt erreicht ist, in dem das Magnetventil 16 geöffnet werden soll. Das dritte Ansteuerungssignal weist ein Tastverhältnis auf, das durch den Impulsabstand T2 und die Impulsbreite T3 bestimmt wird. In dieser Ausführungsform ist der Impulsabstand ungefähr 1 ms. Der Transistor 180 wird als Reaktion auf ein UND-Signal, das durch UND-Verknüpfung des ersten und des dritten Ansteuerungssignals erzeugt wird, ein- und ausgeschaltet.
Wenn das erste Ansteuerungssignal auf Hochpegel ansteigt, schaltet sich der Transistor 180 ein, so daß ein Strom von der Batterie VB zur Spule 161 des Magnetventils 16 fließt. Die induktive Komponente 161a der Spule 161 ermöglicht einen weichen Anstieg der Stromflußrate durch die Spule 161. Während des Zeitraums, in dem das erste Ansteuerungssignal hoch ist (d.h. die Ventil-Ein-Zeit T1), fließt ein mittlerer Strom Io, abhängig von der Impulsbreite T3 des dritten An steuerungssignals durch die Spule 161, wobei sich das Magnetventil 16 öffnet. Die Größe der Verschiebung des Hohlzylinders 163 des Magnetventils 16 hängt von Wert des mittleren Stromes Io ab. In anderen Worten, die Kraftstoffmenge, die vom Magnetventil 16 ausgestoßen werden soll, wird durch den Wert des mittleren Stromes Io bestimmt. Wenn das erste Ansteuerungssignal am Ende der Ventil-Ein-Zeit T1 unter den low-Pegel fällt, läßt das den Stromfluß durch die Spule 161 auf null fallen, so daß das Magnetventil 16 geschlossen wird.
Das zweite Ansteuerungssignal ist im Logikpegel umgekehrt zum ersten Ansteuerungssignal. Wenn das zweite Ansteuerungssignal auf low-Pegel ist, wird der Transistor 186 eingeschaltet, wodurch die Hochspannungsseite (a in 14) und die Niedrigspannungsseite (b) der Spule 161 sich über die Diode 187 miteinander verbinden. Daher fließt, wenn der Transistor 180 ausgeschaltet ist, der Strom durch die geschlossene Schleife, bestehend aus Spule 161, Transistor 186 und Diode 187.
Insbesondere wenn das dritte Ansteuerungssignal für die Ventil-Ein-Zeit T1 zyklisch ein und aus geschaltet wird, wird auch der Transistor 180 zyklisch ein und aus geschaltet. Die geschlossene Schleife, bestehend aus der Spule 161, dem Transistor 186 und der Diode 187, wird zyklisch für die Ventil-Ein-Zeit T1 gebildet, wenn der Transistor 180 ausgeschaltet ist, wobei die vom Transistor 180 erzeugte Wärmemenge minimiert wird.
Wenn das erste Ansteuerungssignal im Pegel fällt und der Transistor 180 ausgeschaltet wird, schaltet der Transistor 186 ebenfalls aus und öffnet dabei die Verbindung der Punkte a und b, so daß das elektrische Potential bis zur Zenerspan nung Vz = 30 V ansteigt. Der Transistor 180 erhöht seinen Widerstand, so daß die in der induktiven Komponente 161a der Spule 161 gespeicherte magnetische Energie verbraucht wird, wodurch ein rapider Abfall des Stromes durch die Spule 161 erzeugt wird, der das Magnetventil 16 schnell schließt.
16 zeigt die Beziehung zwischen der vom Magnetventil 16 ausgestoßenen Kraftstoffmenge und der Größe der Verschiebung des Hohlzylinders 163.
Die Veränderung der Kraftstoffmenge je Verschiebungseinheit des Hohlzylinders 163 (d.h. Δq/ΔL) hängt von der Maschinendrehzahl ab. Insbesondere wenn die Maschinendrehzahl sich verringert, erhöht sich die Zeitdauer, in der Kraftstoff in die Pumpe 50 angesaugt wird, so daß sich das Verhältnis Δq/ΔL erhöht und das Verhältnis Δq/ΔL > Δq'/ΔL in 16 erreicht.
Das Sicherstellen der abgegebenen Kraftstoffmenge im hohen Maschinendrehzahlbereich erfordert eine Erhöhung des maximalen Öffnungsquerschnittes des Hohlzylinders 163 (d.h. einen maximalen Öffnungsgrad des Magnetventils 16), was eine geringere Genauigkeit bei der Einstellung der von der Pumpe 50 ausgestoßenen Kraftstoffmenge im Niedrigdrehzahlbereich der Maschine zur Folge hat.
Um dieses Problem zu vermeiden, steuert diese Ausführungsform die Zeitdauer, in der das Magnetventil 16 geöffnet ist und auch die Größe der Verschiebung des Hohlzylinders 163 im Niedrigdrehzahlbereich. Insbesondere die Einstellung der Größe der Verschiebung des Hohlzylinders 163 wird durch Steuerung der Impulsbreite T3 (d.h. das Tastverhältnis) des dritten Ansteuerungssignals erreicht, während die Einstel lung der Zeitdauer, in der das Magnetventil 16 geöffnet ist, durch Steuerung der Ventil-Ein-Zeit T1 erreicht wird.
17 zeigt ein Programm oder eine Abfolge von logischen Schritten, das durch die CPU 143 der ECU 6 bei jedem Eingang von Impulsen von dem Drehwinkelsensor 52 ausgeführt wird, um die Erregung des Magnetventils 16 zu steuern, damit der Druck auf der gemeinsamen Leitung den Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung erreicht.
Nach dem Start geht das Programm zu Schritt 401, worin der Zeitraum zwischen dem Start des vorangehenden Programmzyklus und dem Start dieses Programmzyklus, d.h. das Impulsintervall Tp zwischen dem Anstieg der zwei aneinander grenzenden Impulse, die als Ausgangssignal des Drehwinkelsensors 52 geliefert werden, wie in 12(b) gezeigt, bestimmt.
Die Routine geht dann zu Schritt 402, worin festgelegt wird, ob das Impulsintervall Tp(n), das in Schritt 401 in diesem Programmzyklus bestimmt wurde, größer ist als das Produkt des Impulsintervalls Tp(n – 1), das einen Programmzyklus früher bestimmt wurde, und einer Konstante K oder nicht. Diese Entscheidung wird getroffen, um festzustellen, ob ein am Ausgang des Drehwinkelsensors 52 in diesem Programmzyklus erzeugter Impuls der Referenzimpuls A ist, wie in 12(b) gezeigt, oder nicht. Wenn der Bezugsimpulse A erzeugt wird, ist das Impulsintervall Tp ungefähr 2,5-mal dem als wenn der Impuls B erzeugt wird. Die Konstante K wird somit auf 2,28 gesetzt. Wenn ein YES ausgegeben wird, wird daraus geschlossen, daß in diesem Programmzyklus der Referenzimpuls A erzeugt wird und das Programm geht zu Schritt 403.
In Schritt 403 wird der Impulszähler C auf null zurückgesetzt, um den Zeitablauf zu bestimmen, in dem das erste und das zweite Ansteuerungssignal ausgegeben werden.
Die Routine geht zu Schritt 404, worin die Maschinendrehzahl NE auf der Grundlage der Ausgangssignale des Drehwinkelsensors 52 bestimmt wird.
Die Routine geht zu Schritt 405, worin die Betriebsbedingungen wie z.B. Maschinenlast, Maschinenkühlmitteltemperatur, Einlaßlufttemperatur und Einlaßluftdruck mit Hilfe der Ausgangssignale des Maschinenlastsensors 53, des Kühlmitteltemperatursensors 54, des Einlaßtemperatursensors 55 und des Einlaßluftdrucksensors 56 bestimmt werden.
Die Routine geht zu Schritt 406, worin der Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung auf der Basis der Maschinendrehzahl NE und der Maschinenbetriebsbedingungen, die in Schritt 404 und 405 bestimmt wurden, bestimmt wird.
Die Routine geht zu Schritt 407, wo der aktuelle Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung auf der Basis des Ausgangswertes des Drucksensors der gemeinsamen Leitung 9 bestimmt wird.
Die Routine geht zu Schritt 408, worin bestimmt wird, ob das Steuermoduskennzeichen F auf eins (1) gesetzt ist, oder nicht. Wenn das Steuermoduskennzeichen F eins (1) ist, bedeutet das, daß der Niedrigdrehzahlsteuermodus aktiviert ist, indem der Öffnungsquerschnitt des Magnetventils 16 (d.h. die Größe der Verschiebung des Hohlzylinders 163) und auch die Ventil-Ein-Zeit T1, in der das Magnetventil 16 geöffnet ist, gesteuert werden. Andererseits, wenn das Steuermoduskennzeichen F null (0) ist, bedeutet das, das der Hochdrehzahlsteuermodus aktiviert ist, in dem nur der Flüssig keitskanalöffnungsquerschnitt des Magnetventils 16 gesteuert wird. Das Steuermoduskennzeichen F wird bei der Einleitung des Programms nach dem Einschalten des Zündschlüssels der Maschine auf eins (1) gesetzt.
Daher geht, wenn YES in Schritt 408 (F = 1) ausgegeben wird, die Routine zu Schritt 409, worin festgestellt wird, ob die Maschinendrehzahl NE größer als der Bezugswert ND ist oder nicht. Der Bezugswert ND ist ein Kriterium zur Bestimmung, ob die Ventil-Ein-Zeit T1 gesteuert werden soll oder nicht und ist in dieser Ausführungsform auf 2000 U/min gesetzt. Andererseits, wenn in Schritt 408 (F = 0) NO ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 410, worin festgestellt wird, ob die Maschinendrehzahl NE kleiner als die Bezugsdrehzahl ND minus 50 U/min ist oder nicht. Die Verwendung eines Wertes, der durch Subtraktion von 50 U/min von Bezugswert ND abgeleitet wird, als Kriterium ergibt eine Hysterese bei der Bestimmung, ob der Steuermodus umgeschaltet werden soll oder nicht, wobei ein Schwingen vermieden wird, das entstanden wäre, wenn die Maschinendrehzahl NE sich in der Nähe des Bezugswertes ND zyklisch verändert.
Wenn F = 1 und NE ≤ ND oder wenn F = 0 und NE ≥ ND-50 ist, beendet sich die Routine. Die CPU 143 behält den aktuellen Steuermodus bei.
Wenn in Schritt 409 YES ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 411 weiter, worin das Steuermoduskennzeichen F auf null (0) gesetzt wird. Die Routine geht zu Schritt 412, worin die CPU 143 das erste Ansteuerungssignal mit Hochpegel (ON) und das zweite Ansteuerungssignal mit Tiefpegel (OFF) ausgibt und sich beendet.
Wenn in Schritt 410 YES ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 413, worin das Steuermoduskennzeichen F auf eins (1) gesetzt wird. Die Routine geht zu Schritt 414, worin die CPU 143 das erste Ansteuerungssignal mit Tiefpegel (OFF) und das zweite Ansteuerungssignal mit Hochpegel (ON) ausgibt und sich beendet.
Unter Bezugnahme auf 18 wird das Steuermoduskennzeichen F auf null gesetzt (Schritt 411), wenn die Maschinendrehzahl NE den Bezugswert ND zum Zeitpunkt t1 erreicht. Der Niedrigdrehzahlsteuermodus, in dem der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16 sowie die Ventil-Ein-Zeit T1, während der das Magnetventil 16 geöffnet ist, gesteuert werden, wird in den Hochdrehzahlsteuermodus umgeschaltet, in dem nur der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16 gesteuert wird. Wenn die Maschinendrehzahl zum Zeitpunkt t2 NE unter den Bezugswert ND minus 50 fällt, wird Steuermoduskennzeichen F auf eins gesetzt (Schritt 413). Der Hochdrehzahlsteuermodus wird in den Niedrigdrehzahlsteuermodus umgeschaltet.
Wenn in Schritt 402 ein NO ausgegeben wird, was bedeutet, daß der Impuls, der durch das Ausgangssignal des Drehwinkelsensors 52 erzeugt wird, nicht der Referenzimpuls A ist, dann geht die Routine zu Schritt 415 weiter, worin der Impulszähler C um eins (1) erhöht wird. Die Routine geht zu Schritt 416 weiter, worin festgestellt wird, ob der Impulszähler C eins (1) ist oder nicht. Wenn YES ausgegeben wird, woraus folgt, daß die Zeit in der die Erregung des Magnetventils 16 gesteuert werden soll, erreicht ist, geht die Routine zu Schritt 417 weiter. Andererseits, wenn in Schritt 416 NO ausgegeben wird, beendet sich die Routine.
In Schritt 417 wird bestimmt, ob das Steuermoduskennzeichen F eins (1) ist oder nicht. Wenn YES ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 418, worin die die CPU 143 das erste Ansteuerungssignal mit Hochpegel und das zweite Ansteuerungssignal mit Tiefpegel ausgibt. Die Routine geht zu Schritt 419, worin die Ventil-Ein-Zeit T1 auf der Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung und dem Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung bestimmt wird. Die Ventil-Ein-Zeit T1 ist die Zeitdauer, über die das zweite Ansteuerungssignal auf Tiefpegel gehalten wird, und sie wird vergrößert, wenn der aktuelle Druck auf der gemeinsamen Leitung niedriger wird als der Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung.
Die Routine geht zu Schritt 412, worin die Ein-Zeit des dritten Ansteuerungssignals, d.h. die in 15 gezeigte Pulsbreite T3 auf der Basis der Differenz zwischen dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung und dem Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung bestimmt wird. Die Pulsbreite T3 erhöht sich, wenn der aktuelle Druck auf der gemeinsamen Leitung niedriger wird als der Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung, so daß die Größe der Verschiebung des Hohlzylinders 163 vergrößert wird und dadurch der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16.
19 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten Ansteuerungssignal und der Größe des Abhebens der flachen Abschnitte 115a bis 115c des exzentrischen Nockens 115 und der Kolben 230a bis 230c der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 im Niedrigdrehzahlsteuermodus, in dem der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16, sowie die Ventil-Ein-Zeit T1, in der das Magnetventil 16 geöffnet ist, gesteuert werden.
Das erste Ansteuerungssignal wird synchron mit der 120°-Rotation der Antriebswelle 110 (d.h. der Maschine 2) ein und ausgeschaltet. Zum Beispiel wird zum Zeitpunkt t11, wenn der Kolben 230a fast den oberen Totpunkt OT erreicht, das erste Ansteuerungssignal eingeschaltet. Zwischen den Zeitpunkten t11 und t12 (d.h. die Ventil-Ein-Zeit) wird das Magnetventil 16 im Niedrigdrehzahlsteuermodus betätigt (Schritte 418 bis 420 in 17), so daß der Kraftstoff in die Druckkammern 240a bis 240c der Pumpe 50 angesaugt wird. Die Kraftstoffmenge, die je Zeiteinheit angesaugt wird, ist als eine Funktion der Pulsbreite T3 des dritten Ansteuerungssignals, das dem Magnetventil 16 zugeführt wird, definiert. In anderen Worten, der Kolben 230a zum Beispiel wird um einen Betrag auf und ab bewegt der dem Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16 entspricht, der durch die Pulsbreite T3 bestimmt wird.
Zum Zeitpunkt t12 wird das erste Ansteuerungssignal abgeschaltet, um das Magnetventil 16 zu schließen. Zwischen den Zeitpunkten t12 und t13 zum Beispiel wird die Druckkammer 240a auf Konstantdruck gehalten, wobei der Kolben 230a in der Bewegung angehalten wird.
Wenn der Zeitpunkt t13, nachdem die Antriebswelle 110 sich nach dem Zeitpunkt t11 um 120° gedreht hat, erreicht ist, erreicht der Kolben 240b den OT und das erste Ansteuerungssignal wird wieder eingeschaltet. Entsprechend erreicht, nachdem sich die Antriebswelle 110 nach dem Zeitpunkt t13 um 120° gedreht hat, der Kolben 240c den OT und das erste Ansteuerungssignal wird wieder eingeschaltet.
Zum Zeitpunkt t15 wird der flache Abschnitt 115a des exzentrischen Nockens 115 über die zylindrische Unterlage 131a in Kontakt mit dem unteren Ende des Kolbens 230a gebracht und hebt den Kolben 230a an, wodurch sich das Volumen der Druckkammer 240a verringert und der Druck des Kraftstoffs darin erhöht. Wenn der Kraftstoffdruck den als Ventilöffnungsdruck festgelegten Druck erreicht, führt das dazu, daß das Rückschlagventil 51 angehoben wird, wie in 10 gezeigt, wodurch der Kraftstoff in der Druckkammer 240a in die gemeinsame Leitung 4 ausgestoßen wird.
20 zeigt die Beziehungen zwischen dem ersten Ansteuerungssignal und der Größe des Abhebens der flachen Abschnitte 115a bis 115c des exzentrischen Nockens 115 und der Kolben 230a bis 230c der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 im Hochdrehzahlsteuermodus, in dem nur der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16 gesteuert wird.
Das erste Ansteuerungssignal wird auf Ein gehalten, ohne die Ventil-Ein-Zeit T1 zu erzeugen. Zum Beispiel zum Zeitpunkt t21 wird nur die Pulsbreite T3 des dritten Ansteuerungssignals festgelegt, um das Magnetventil 16 im Hochdrehzahlsteuermodus (Schritt 420 in 17) zu steuern. Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens 230a wird der Kraftstoff in die Druckkammer 240a angesaugt. Ebenso bewegen sich, wenn die Zeitpunkte t22 und t23 erreicht sind, die Kolben 230b und 230c abwärts, wodurch Kraftstoff in die entsprechenden Druckkammern 240b und 240c angesaugt wird.
Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, wird das Magnetventil 16, wenn die Maschinendrehzahl relativ niedrig ist, im Niedrigdrehzahlsteuermodus betätigt, wie in 19 gezeigt, und gestattet dabei, wie erforderlich, eine Feineinstellung der Kraftstoffmenge, die von der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 an die gemeinsame Leitung 4 ausgegeben wird. Im Gegensatz dazu, wenn die Maschinendrehzahl relativ hoch ist, wird das Magnetventil 16 im Hochdrehzahlsteuermodus gesteuert, wie in 15 gezeigt, ohne die Ventil-Ein-Zeit T1 zu steuern, in der das Magnetventil 16 geöffnet ist. Der Grund dafür, daß die Ventil-Ein-Zeit T1 im Hochdrehzahlsteuermodus nicht begrenzt werden muß, ist der, daß die Änderung der Kraftstoffmenge, die von Magnetventil 16 je Verschiebungseinheit des Hohlzylinders 163 (d.h. Δq/ΔL) ausgestoßen wird, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, wie zuvor unter Bezugnahme auf 16 beschrieben, kleiner ist als diejenige, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist.
Als Beispiel zeigt 21 die Beziehung zwischen dem ersten Ansteuerungssignal und der Höhe des Abhebens der flachen Abschnitte 115a bis 115c des exzentrischen Nockens 115 und der Kolben 230a bis 230c der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50, wenn nur die Ventil-Ein-Zeit gesteuert wird.
Wenn das erste Ansteuerungssignal ausgeschaltet ist, ist das Magnetventil 16 vollständig geschlossen, während wenn das erste Ansteuerungssignal eingeschaltet ist, das Magnetventil 16 vollständig geöffnet ist. Zum Beispiel zwischen den Zeitpunkten t31 und t32 bewegt sich der Kolben 230a abwärts und folgt der Abwärtsbewegung des flachen Abschnitts 115a des exzentrischen Nockens 115. Zwischen den Zeitpunkten t32 und t33 wird der Kolben abgehalten, sich abwärts zu bewegen, da das Magnetventil 16 vollständig geschlossen ist. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt t33 bewegt sich der Kolben 230a schnell auf den flachen Abschnitt 115a herab. Dadurch wird plötzlich Kraftstoff in die Druckkammer 240a angesaugt, wodurch eine Feinsteuerung der von der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 ausgestoßenen Kraftstoffmenge schwierig wird.
22 zeigt ein Steuerprogramm des Magnetventils, das eine Modifikation des in 17 in der zweiten Ausführungsform gezeigten Programms darstellt. Dieses Programm vereinfacht die Steuerung des Magnetventils 16 durch Aufhebung der Auswahl des Niedrigdrehzahl- und des Hochdrehzahlsteuermodus.
Insbesondere ist dieses Programm gleichwertig mit dem in 17 gezeigten Programm, bei dem die Schritte 408 bis 411 und 418 weggelassen wurden. Die CPU 143 bestimmt den Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung und den aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung, wenn ein Referenzimpuls A am Ausgang des Drehwinkelsensors 52 erzeugt wird, d.h., wenn ein YES in Schritt 402 ausgegeben wird. Wenn ein Impuls B erzeugt wird, d.h., wenn in Schritt 116 der Impulszählerwert C eins (1) ist, werden in Schritt 419 und 420 die Ventil-Ein-Zeit T1 und die Pulsbreite T3 des dritten Ansteuerungssignals bestimmt. Die Bestimmung der Ventil-Ein-Zeit T1 erfolgt durch Entnahme aus einer Tabelle, wie in 23 gezeigt. Die Bestimmung der Pulsbreite T3 wird auf der Basis der Differenz zwischen den Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung und dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung auf die gleiche Weise, wie in Schritt 420 in 17 durchgeführt.
23 zeigt eine Tabelle, die bei der Bestimmung der Ventil-Ein-Zeit T1 verwendet wird, als Ausdruck von Maschinendrehzahl NE und Differenz zwischen dem Zieldruck und dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung.
Grundsätzlich erhöht sich die Ventil-Ein-Zeit T1, sowie die Maschinendrehzahl NE höher wird, jedoch wenn die Maschinendrehzahl NE einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Ventil-Ein-Zeit auf einem Maximalwert Tmax gehalten. Das bedeutet, daß das erste Ansteuerungssignal länger als über einen Zyklus der am Ausgang des Drehwinkelsensors 52 erzeugten Impulse aufrechterhalten wird. Daher wird das Magnetventil 16 im Hochdrehzahlbereich im Hochdrehzahlsteuermodus betä tigt, in dem nur der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16 (d.h. der Wert der Verschiebung des Hohlzylinders 163) gesteuert wird.
Im Niedrigdrehzahlbereich wird das Magnetventil 16 im Niedrigdrehzahlsteuermodus betätigt, in dem der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Magnetventils 16, sowie die Ventil-Ein-Zeit T1 gesteuert werden.
In der vorgenannten Ausführungsform wird die Umschaltung zwischen dem Niedrig- und dem Hochdrehzahlsteuermodus des Magnetventils 16 als Funktion der Maschinendrehzahl NE durchgeführt, aber sie kann auch unter Verwendung der Maschinenlast (d.h. Ausgangswert des Maschinenlastsensors 53) oder als Kombination von Maschinendrehzahl NE und Maschinenlast erfolgen.
Weiterhin kann das Magnetventil 16 alternativ am Auslaß der Pumpe 50 z.B. in Hochdruckflüssigkeitskanal 127 oder 128 angeordnet sein. In diesem Fall wirkt der Hochdruckkraftstoff auf das Magnetventil 16, was zu Instabilität beim Betrieb des Magnetventils 16 führen kann, jedoch kann eine geeignete Auswahl des Niedrig- und Hochdrehzahlsteuermodus die Feineinstellung der Kraftstoffmenge mit hoher Genauigkeit über einen weiten Betriebsbereich der Maschine 2 ermöglichen.
24 zeigt eine Modifikation des Schaltungsaufbaus der Ansteuerungsschaltung 147. Die gleichen Bezugszahlen, wie sie in 14 verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile und ihre Erläuterung im Detail wird hier weggelassen.
Der gezeigte Aufbau ist dem von 14 gleichwertig, von dem die Zenerdioden 183 und 185, die Diode 184, der Transistor 186 und der Widerstand 188 entfernt wurden.
Die Hochspannungsseite (Punkt a) und die Tiefspannungsseite (Punkt b) der Spule 161 sind über die Diode 187 ständig verbunden. Während der Zeit, wenn das erste Ansteuerungssignal eingeschaltet ist, fließt der Strom, der von der Pulsbreite T3 (d.h. das Tastverhältnis) des dritten Ansteuerungssignals abhängt, wie in 15 gezeigt, durch die Spule 161. Wenn das erste Ansteuerungssignal im Pegel fällt und den Transistor 180 ausschaltet, fließt der Strom durch die geschlossene Schleife, bestehend aus der Spule 161 und der Diode 187. Das minimiert die durch den Transistor 180 produzierte Wärmemenge.
26 zeigt eine zweite Modifikation des Schaltungsaufbaus der Ansteuerungsschaltung 197. Die gleichen Bezugszahlen, wie sie in 14 verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile und ihre Erläuterung im Detail wird hier weggelassen.
Der gezeigte Aufbau entspricht dem von 14 aus dem der Transistor 186, die Diode 187 und der Widerstand 188 entfernt wurden.
Die Hochspannungsseite (Punkt a) ist nicht mit der Tiefspannungsseite (Punkt b) der Spule 161 verbunden. Wenn das erste Ansteuerungssignal im Pegel fällt und den Transistor 180 ausschaltet, steigt das Potential am Punkt b bis zur Zenerspannung Vz = 30 V der Zenerdiode 185 an, wobei sich der Widerstand des Transistors 180 erhöht, der die in der induktiven Komponente 61a der Spule 161 gespeicherte magnetische Energie verbraucht. Das hat einen rapiden Abfall des durch die Spule 161 fließenden Stromes, wie in 27 gezeigt, zur Folge, wodurch sich das Magnetventil 16 schnell schließt.
Als Alternative zum Einbau der Zenerdiode 185 in die Ansteuerungsschaltung 147 zur Anhebung des elektrischen Potentials auf der geerdeten Seite der Spule 161 kann ein Transistor verwendet werden, der dafür bestimmt ist, den Stromfluß durch die Spule 161 selektiv zu blockieren oder herzustellen und das elektrische Potential an der geerdeten Seite der Spule 161 anzuheben.
Die Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 kann alternativ einen Aufbau aufweisen, in dem eine Vielzahl von Kolben entlang der Länge der Antriebswelle 110 angeordnet sind, so daß sie sich synchron mit der Drehbewegung der Antriebswelle 110 um einen bestimmten Winkel auf und ab bewegen, um den Kraftstoff zu komprimieren und in die gemeinsame Leitung 4 auszustoßen.
28 zeigt ein Sammlerkraftstoffeinspritzsystem 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszahlen, wie sie in den vorstehenden Ausführungsformen verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile und ihre Erläuterung im Detail wird hier weggelassen.
Das Sammlerkraftstoffeinspritzsystem 1 beinhaltet einen Maschinendrehzahlsensor 502, einen OT-Sensor 503, einen Drosselventilsensor 504 und einen Temperatursensor 505. Der Maschinendrehzahlsensor 502 überwacht die NE-Impulse, wie später beschrieben werden wird über eine Kupplung K, die mit der Nockenwelle der Maschine 2 verbunden ist. Der OT-Sensor 503 stellt den oberen Totpunkt der Kolben der Maschine 2 fest. Der Temperatursensor 505 mißt z.B. die Temperatur des Kühlmittels der Maschine 2. Die ECU 6 empfängt die Informationen über Druck auf der gemeinsamen Leitung, Maschinendrehzahl, OT der Kolben, Drosselventilöffnung und Temperatur von den Sensoren 9, 502 bis 505, um Steuersignale für die Magnetventile 510 der Einspritzmodule 3 und eine Abgabesteuerungseinheit 520 zu liefern. Die Abgabesteuerungseinheit 520 reagiert auf die Steuersignale der ECU 6, um die Kraftstoffmenge zu steuern, die von der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 ausgestoßen wird, damit der aktuelle Druck auf der gemeinsamen Leitung den Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung erreicht. Die Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 dieser Ausführungsform weist eine darin angeordnete Speisepumpe 11 auf.
Die Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 beinhaltet, wie in 29 und 30 gezeigt, ein Pumpengehäuse 601, in dem eine Antriebswelle 110 drehbar durch die Lager D1 und D2 gelagert ist. An die Antriebswelle 110 ist eine Speisepumpe vom Flügeltyp 11 angeschlossen, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 herauspumpt und ihn dem Zuführungskanal 611 zuführt. Ein Nocken 613 ist an einem Ende der Antriebswelle 110 fest angeformt. Der Nocken 613 rotiert mit der halben Maschinendrehzahl. Die Rotation des Nockens 613 läßt den Rotor P12 der Speisepumpe 11 durch einen Federkeil P11 rotieren, um Kraftstoff vom Kraftstofftank 10 in eine Kammer innerhalb der Speisepumpe 11, gebildet durch den Rotor P12, dem Gehäuse P13 und den Abdeckungen P14 und P15, zu saugen. Der in die Speispumpe 11 gesaugte Kraftstoff wird in den Zuführungskanal 611 durch einen auf dem Rotor P12 angeordneten Flügel P16 durch eine Leitung (nicht gezeigt) entsprechend der Rotation des Rotors P12 eingespeist.
Der Kraftstoff innerhalb des Zuführungskanals 611 wird, wie später im Detail besprochen werden wird, nicht nur der ge meinsamen Leitung zugeführt, sondern fließt auch durch eine Öffnung 765 in die Pumpe 50, um die Innenteile der Pumpe 50 zu schmieren. Nach der Schmierung wird der Kraftstoff über ein Ventil 730 ausgestoßen und kehrt in den Kraftstofftank 10 zurück. Das Ventil 730 dient auch dazu, den Innendruck der Pumpe 50 im Wesentlichen auf Atmosphärendruck zu halten.
Der Pumpenkopf 700 ist an einem Endabschnitt des Pumpengehäuses 601 angeordnet. Der Pumpenkopf 700 weist auf der Mitte einer Seitenfläche einen Vorsprung auf, der in den Nocken 613 eingefügt ist, in dem eine Vielzahl von Gleitrillen 602 ausgebildet sind, wie in 30 gezeigt. Innerhalb der Gleitrillen 602 sind die Kolben 621 verschiebbar angeordnet. Jeder der Kolben 621 weist an seinem Ende einen Schuh 321 auf, der eine Mitnehmerrolle 622 drehbar aufnimmt. Die Schuhe 321 sind verschiebbar in einer Führung 720 gelagert, so daß sie sich nur in Radiusrichtung bewegen können. Die Führung 720 ist am Pumpenkopf 700 durch Bolzen (nicht gezeigt) gesichert.
Der Nocken 613 ist am Umfang der Mitnehmerrolle 622 entlang verschiebbar. Der Nocken 613 weist eine innere Oberfläche 613a auf, die eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, wie klar in 30 gezeigt. Durch die Rotation des Nockens 613 werden die Mitnehmerrollen 622 entlang der wellenförmigen Nockenfläche 613a (allgemein als Anhebekurve bezeichnet) bewegt oder in radialer Richtung des Nockens 613 angehoben und verändern das Volumen der Druckkammer 623, die durch die inneren Enden der Kolben 621 innerhalb der Gleitrillen 602 gebildet wird, wobei der Kraftstoff in die Druckkammer 23 gesogen und zyklisch komprimiert wird. Die Mitten 613b zwischen den angrenzenden beiden Ecken der Nockenfläche 613a, entsprechend der höchsten Stellen des gebildeten Profils der Nockenoberfläche (d.h. die Anhebekurve). Wenn die Mitnehmerrollen 622 die höchsten Stellen 613b der Nockenoberfläche 613a berühren, erreichen die Kolben ihre innere Grenze und minimieren das Volumen der Druckkammer 623.
Normalerweis weisen typische Pumpen mit variablem Ausstoß Federn auf, die die Kolben 621 in ständigen Kontakt mit dem Nocken 613 bringen. Die Pumpe 50 dieser Ausführungsform ist ein Typ zur Steuerung der angesaugten Kraftstoffmenge. Daher führt es zu einem großen Druckabfall, wenn die Kolben durch den Federdruck gezwungen werden, sich zur unteren Grenze zu bewegen, wenn die eingesaugte Kraftstoffmenge klein ist und es kann zu Blasenbildung führen. Um dieses Problem zu vermeiden, verwendet die Pumpe 50 keine Federn und bewegt die Kolben 621 im Drucktakt durch das Anheben des Nockens 613, infolge der Drehung der Antriebswelle 110, und im Saugtakt durch den Druck des eingesaugten Kraftstoffs. Daher bewegen sich die Kolben 621, wenn die angesaugte Kraftstoffmenge klein ist, nur um den Weg, der der angesaugten Kraftstoffmenge entspricht, so daß die Mitnehmerrollen 622 von der Nockenoberfläche 613a entfernt gehalten werden. Die angesaugte Kraftstoffmenge hängt von der Rate ab, mit der der Kraftstoff angesaugt wird.
Der in den Druckkammern 623 komprimierte Kraftstoff wird von einem Speiseventil 603, das im Pumpenkopf 700 angeordnet ist, über einen Auslaßkanal 624 in die gemeinsame Leitung 4 eingespeist. Das Speiseventil 603 besteht aus dem Ventil 631 und einer Rückhaltefeder 632, die das Ventil 631 in geschlossener Position hält. Das Ventil 631 öffnet sich, wenn der Kraftstoffdruck den Federdruck übersteigt und der Kraftstoff wird von der Auslaßöffnung 633 ausgestoßen.
Der Pumpenkopf 700 weist an seiner rechten Seite, wie in der Zeichnung zu sehen, eine Bohrung 701 auf, die mit der Druck kammer 623 über den Kanal 614 in Verbindung steht. Innerhalb der Bohrung 701 sind ein Stopper 641, ein Rückschlagventil 614 und ein Stopfen 710 angeordnet. Der Stopfen 710 wird in den Pumpenkopf 700 eingeschraubt, um den Stopper 641 und das Rückschlagventil 604 innerhalb des Pumpenkopfes 700 zu sichern. Das Drosselventil 605, eines der Komponenten der Abgabesteuerungseinheit 520 ist im Stopfen 710 in einer Linie mit dem Rückschlagventil 604 montiert. Ein Ölsammler 612 ist zwischen dem Stopfen 710 und dem Pumpengehäuse 601 ausgebildet. Ein Ölsammler 652 ist innerhalb des Stopfens 710 ausgebildet. Die Ölsammler 612 und 652 sind miteinander über den Kanal 651, der im Stopfen 710 ausgebildet ist, verbunden. Die Zuführungskanäle 611 und 611a und der Ölsammler 612, der Kanal 651 und der Ölsammler 652 bilden einen Niederdruck Flüssigkeitskanal.
Das Rückschlagventil 604, wie in 31(a) gezeigt, weist ein Gehäuse 642 und ein Nadelventil 644 auf. Das Gehäuse 642 weist einen Flüssigkeitskanal 643 auf, der horizontal verläuft. Das Nadelventil 644 öffnet und schließt den Flüssigkeitskanal 643. Der Flüssigkeitskanal 643 führt zu einem konischen Ventilsitz 645. Das Nadelventil 644 wird durch eine im Stopfen 641 enthaltene Feder 646 in ständigem Kontakt mit dem Ventilsitz 645 gehalten. Insbesondere das Rückschlagventil 604 ist normalerweise geschlossen und spricht auf den Druck des Kraftstoffs an, der von der Drosselklappe kommt, um sich zu öffnen. Das Nadelventil 644, wie klar aus 31(b) ersichtlich, weist an seinem Umfang vier Rillen auf, durch die der Kraftstoff fließt.
Der Stopper 641 weist in sich die Flüssigkeitskanäle 641a und 641b zur Herstellung eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Druckkammer 623 und dem Flüssigkeitskanal 643 auf. Wenn der komprimierte Kraftstoff beginnt von der Pumpe 50 ausgestoßen zu werden, wirkt der dynamische Druck des Kraftstoffs von der Druckkammer 623 über den zentralen Flüssigkeitskanal 641b direkt auf das Nadelventil 644 und erhöht dabei das Reaktionsverhältnis des Nadelventils 644, wenn es geschlossen wird.
Wenn das Rückschlagventil 604 als Reaktion auf den Druck des Kraftstoffs, der vom Drosselventil 605 kommt, geöffnet wird, fließt der Kraftstoff über den Ventilsitz 645 des Rückschlagventils 604 und die Flüssigkeitskanäle 641a und 641b des Stoppers 641 in die Druckkammer 623. Das Nadelventil 644 öffnet sich als Reaktion auf den dynamischen Druck des in der Druckkammer 623 komprimierten Kraftstoffs und bleibt so bis zum Ende des Zuführungszyklus des Kraftstoffs, d.h. bis zum Ende des Drucktaktes des Kolbens 621.
Das Drosselventil 605 weist eine Ventilgruppe 607 und einen Auslöser 606 auf. Der Auslöser 606 weist ein Gehäuse auf, das im Stopfen 710 angeordnet ist. Die Ventilgruppe 607 beinhaltet einen Ventilkörper 671 und ein ringförmiges Klemmstück 677, die an einem Ende des Gehäuses 661 angeordnet sind. Der Ventilkörper 671 weist im Inneren eine zylindrische Kammer 672 auf, in der ein Nadelventil 673 angeordnet ist und durch den Auslöser 606 bewegt wird.
Der Ventilkörper 671 weist einen ringförmigen Flüssigkeitskanal 674a auf, der um ein Ende des Nadelventils 673 herum angeordnet ist. Der Flüssigkeitskanal 674a steht mit dem Ölsammler 652 über den Flüssigkeitskanal 764b und mit dem Rückschlagventil 604 über den Flüssigkeitskanal 764c in Verbindung.
Das Nadelventil 673 weist einen Flansch 673a auf, der als Stopper arbeitet, der mit dem Klemmstück 677 zusammentrifft und das Nadelventil 673 davon abhält, sich zum Auslöser 606 hin zu bewegen.
Ein Anker 664 ist auf dem rechten Ende des Nadelventils 673 in einer Linie mit dem Stator 665 mit einem Luftspalt dazwischen aufgepreßt. Eine Spule 662 ist um den Umfang des Stators 665 gewickelt. Eine Feder 667 ist in einer Federkammer 666, die im Stator 665 ausgebildet ist, angeordnet, und drückt den Anker nach links, wie in der Zeichnung zu sehen. Die Spule 662 wird durch einen von der ECU 6 gelieferten Strom erregt und erzeugt eine magnetische Kraft, die das Nadelventil 673 nach rechts zieht, wie in der Zeichnung zu sehen.
Ein konischer Ventilsitz 675 ist an einem Ende des Flüssigkeitskanals 674c ausgebildet, auf dem das Nadelventil ruht, wenn die Spule 662 aberregt ist, um die Flüssigkeitsverbindung zwischen den Flüssigkeitskanälen 674a und 674c zu blockieren.
Der Stator 665 weist einen verjüngten Kopf 665a auf, der sich im Durchmesser verkleinert wenn er den Anker 664 erreicht. Die Größe der Querbewegung des Nadelventils 673 (d.h. des Ankers 664) hängt daher von dem durch die Spule 662 fließenden Strom ab. Sowie der der Spule 662 zugeführte Strom erhöht wird, vergrößert sich die Größe der Bewegung des Nadelventils 673 und es vergrößert sich der Öffnungsquerschnitt zwischen den Flüssigkeitskanälen 674a und 674c.
32 ist eine vergrößerte Ansicht, die das Ende des Nadelventils 673 zeigt. Der Durchmesser d1 des Nadelventils 673 beträgt 3,0 mm. Der Winkel Θ1 des verjüngten Kopfes 676 ist 30°. Der Maximaldurchmesser d2 des konischen Ventilsitzes 65 beträgt 3,1 mm. Der Winkel Θ2 des konischen Ventil sitzes 675 ist 28°. Wenn geschlossen, berührt das Nadelventil daher an einer Verschlußkante 676a den Ventilsitz und blockiert hermetisch die Verbindung zwischen den Flüssigkeitskanälen 674a und 674c. Daher drückt der Druck des Kraftstoffs im Ölsammler 652, wenn das Nadelventil 673 geschlossen ist, das Nadelventil 673 nicht in Ventilöffnungsrichtung. Der Durchmesser der Verschlußkante 676a ist im Wesentlichen gleich dem des Nadelventils 673, kann aber in einem bestimmten Maß, das keine Störung der Arbeit des Nadelventils 673 hervorruft, kleiner sein.
Wenn das Drosselventil 605 geöffnet ist und der Anker 664 sich nach rechts bewegt, wie in 31(a) zu sehen, verringert sich dadurch das Volumen der Federkammer 666. Der Kraftstoff in der Federkammer 666 fließt in den Flüssigkeitskanal 674c durch den Flüssigkeitskanal 678, der entlang der Mittellinie des Nadelventils 673 verläuft, und gleicht dabei die Kraftstoffdrücke in der Federkammer 666 und dem Flüssigkeitskanal 674c aneinander an. Dadurch kann die Feder eine geringere Federkonstante haben, wodurch auch die durch den Auslöser erzeugte Anzugskraft verringert werden kann.
Die Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 führt eine Folge von Kraftstoffansaug- und -Zuführungsoperationen viermal bei jeder Umdrehung des Nockens 613 aus. Die Kraftstoffmenge, die von der Pumpe 50 ausgestoßen wird, hängt von der Kraftstoffmenge ab, die in die Druckkammer 623 gesaugt wird. Die eingesaugte Kraftstoffmenge Q kann ausgedrückt werden als: Q = α·S·√ΔP·time wobei α ein Koeffizient, S der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605, ΔP der Zuführungsdruck ist und time von der Drehzahl der Pumpe 50 bestimmt wird.
Wenn α, ΔP und time konstant sind, kann die angesaugte Kraftstoffmenge durch Einstellen des Öffnungsquerschnitts S des Drosselventils 605 gesteuert werden. Speziell, je größer der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605 ist, desto höher ist die angesaugte Kraftstoffmenge. Der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605, d.h., die Größe der Verschiebung des Nadelventils 673 wird als Funktion des der Spule 662 zugeführten Stroms zur Erzeugung einer anziehenden Kraft durch den Anker 664 und den Federdruck der Feder 667 bestimmt. Die Erhöhung des der Spule 662 zugeführten Stromes führt dazu, daß die Größe der Verschiebung des Nadelventils 673 erhöht und die in die Druckkammer 623 angesaugte Kraftstoffmenge vergrößert wird.
Die Steuerung der Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50 wird unter Bezugnahme auf 33(a) bis 33(e) und 34(a) bis 34(e) erläutert.
Die NE Impulse in 33(a) sind Ausgangswerte des Maschinendrehzahlsensors 502, nachdem ihre Wellenform durch die ECU 6 geformt wurde. Die NE-Impulse zeigen die Bewegungsphase des Nockens 613. Die ECU 6 erhält, wie vorstehend beschrieben, die Ausgangswerte vom Lastsensor 503, vom Drucksensor der gemeinsamen Leitung 9, vom Temperatursensor 505 und von einem Atmosphärendrucksensor (nicht gezeigt) und steuert den der Spule 662 des Drosselventils 605 zugeführten Strom, um die Kraftstoffmenge zu steuern, die in die Druckkammer 623 angesaugt wird.
33(a) bis 33(e) zeigen die Arbeitsweise der Pumpe 50, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist.
Die ECU 6 überwacht die NE-Impulse, die aus den Ausgangswerten des Maschinendrehzahlsensors 503 erzeugt werden. Die Stelle des Fehlens von NE-Impulsen stellt eine gegebene Winkelbeziehung zu den Mitten 613b der Nockenoberfläche 613a dar. Die ECU 6 überwacht den Winkel (oder die Zeit) ab dem Fehlen der NE-Impulse, um die Zeit zu bestimmen, wenn der Auslöser 606, d.h. die Spule 662, erregt werden soll.
Wenn der Spule 662 ein geringer Strom zugeführt wird, ist die Größe der Verschiebung des Nadelventils 673 klein, so daß der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals zwischen dem Ventilsitz 675 und dem Kopf 676 des Nadelventils 673 klein ist. Dadurch fließt der Kraftstoff während des Ansaugtaktes der Kolben 621 (von (a) in 33(d)) langsam in die Druckkammer 623. Die Kolben 621 bewegen sich allmählich nach außen, wie in 30 zu sehen, ohne der Bewegung der Nockenoberfläche 613a zu folgen. Wenn die Nockenoberfläche 613a beginnt, die Kolben 621 nach innen zu schieben (bei (b) in 33(d)), wird der Kompressionstakt oder Zuführungstakt der Kolben 621 eingeleitet, um den Kraftstoff in der Druckkammer 623 zu komprimieren. Während des Zuführungstaktes der Kolben 621, wirkt der komprimierte Kraftstoff auf das Rückschlagventil 604 und schließt es vollständig. Der gesamte in der Druckkammer 623 komprimierte Kraftstoff wird daher vom Speiseventil 603 in die gemeinsame Leitung 4 eingespeist.
Wenn es erforderlich ist, die in die gemeinsame Leitung 4 einzuspeisende Kraftstoffmenge zu vergrößern, erhöht die ECU 6 den an die Spule 662 des Auslösers 606 gelieferten Strom, um den Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals zwischen dem Ventilsitz 675 und dem Kopf 676 des Nadelventils 673 zu vergrößern. Das erhöht die Rate, mit der der Kraftstoff über das Rückschlagventil 604 in die Druckkammer 623 fließt, wobei sich die Kolben mit hoher Geschwindigkeit nach außen be wegen. In diesem Fall berühren die Kolben 621 die Nockenoberfläche 613a eher, als wenn die Kraftstoffmenge, die in die Druckkammer 623 gesaugt wird, klein ist, wie klar aus 33(d) ersichtlich ist. Eine größere Kraftstoffmenge wird daher in die Druckkammer 623 gesaugt.
Wie aus der vorangegangenen Diskussion ersichtlich hängt der Wert der Bewegung des Kolbens 621 vom Wert der Querverschiebung des Nadelventils 673 ab. Die Kraftstoffmenge, die je Zyklus der Pumpe 50 der gemeinsamen Leitung zugeführt wird, ausgedrückt durch die Größe der Bewegung des Kolbens 621 × den Durchmesser des Kolbens 621 × Anzahl der Kolben 621 (vier in dieser Ausführungsform).
34(a) bis 34(e) zeigen die Arbeitsweise der Pumpe 50, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist.
Im Niedrigdrehzahlbereich steuert die ECU 6, wie bei der ersten Ausführungsform die Längen des Zeitraumes in der das Drosselventil 605 geöffnet ist (d.h. die Ventil-Ein-Zeit T1), sowie den Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605 (d.h. die Größe der Verschiebung des Nadelventils 673). Das wird weiterhin, wie bei den vorstehenden Ausführungsformen, als der Niedrigdrehzahlsteuermodus bezeichnet. Der vorstehend beschriebene Steuermodus, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, wird nachstehend als Hochdrehzahlsteuermodus bezeichnet.
Wie aus 34(b) klar ersichtlich, schaltet die ECU 6 nur während der Ventil-Ein-Zeit T1 das Drosselventil 605 (d.h. den Auslöser 606) ein.
Wenn die Spule 662 des Auslösers 606 erregt ist, beginnt der Kraftstoff in die Druckkammer 623 gesaugt zu werden, wird jedoch unmittelbar dann gestoppt, wenn die Spule 662 aberregt wird, so daß die Kolben 621 zurückgehalten werden, sich im Verlauf des Ansaugtaktes nach außen zu bewegen. Danach, wenn die Nockenfläche 613a nach einer gegebenen Winkelverschiebung des Nockens 613 in Kontakt mit den Kolben 621 gebracht wird, wird der Ausstoßtakt der Kolben 621 eingeleitet, um den Kraftstoff in der Druckkammer 623 zu komprimieren, der seinerseits vom Speiseventil 603 in die gemeinsame Leitung 4 eingespeist wird. Der Zeitverlauf, nach dem die ECU 6 der Spule 662 des Auslösers 606 den Strom zuführt, ist wie aus 34(d) und 34(e) ersichtlich, gegenüber den Spitzen der Anhebekurve des Nockens 613 bezüglich der Reaktionsgeschwindigkeit des Nadelventils 673 leicht nach vorn verschoben, so daß der Kraftstoff unmittelbar nach dem Beenden des Ausstoßtaktes der Kolben 621 in die Druckkammer 623 gesaugt werden kann.
Im Niedrigdrehzahlbereich der Maschine wird die Ventil-Ein-Zeit im Vergleich mit dem Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605 vergrößert und beseitigt dabei die Notwendigkeit des Nadelventils 673, sich zu Beginn und am Ende der Ventil-Ein-Zeit schnell zu bewegen. Dadurch kann das Drosselventil 605 mit einem linearen Magnetventil realisiert werden, wie in 29 und 31(a) gezeigt.
35 zeigt ein Programm oder eine Abfolge von logischen Schritten, die durch die ECU 6 der dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
Nach dem Eintritt in das Programm geht die Routine zu Schritt 810, worin die ECU 6 die durch die Ausgangswerte der vom Maschinendrehzahlsensor 52 erzeugten NE-Impulse überwacht, um die Drehzahl der Maschine 2 (d.h. die Drehzahl der Pumpe 50) zu bestimmen. Die Routine geht zu Schritt 820 wei ter, worin die ECU 6 den Ausgangswert des Drosselventilsensors 504 überwacht, um den Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung P_FIN und die Einspritzmenge durch Entnahme aus einer vorgegeben Tabelle (nicht gezeigt), zu bestimmen. Die Routine geht zu Schritt 830, worin die ECU 6 den dem Drosselventil 605 zugeführten Strom auf der Basis der Drehzahl der Pumpe 50 und der Zielkraftstoffmenge, die der gemeinsamen Leitung 4 zugeführt werden soll, bestimmt und dann das Drosselventil 605 öffnet.
Die Routine geht zu Schritt 840, worin festgestellt wird, ob der durch den Drucksensor 9 der gemeinsamen Leitung gemessene aktuelle Druck auf der gemeinsamen Leitung Pc gleich dem Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung P_FIN ist oder nicht. Wenn YES ausgegeben wird, beendet sich die Routine. Andererseits, wenn NO ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 850, worin die Differenz zwischen dem aktuellen Druck auf der gemeinsamen Leitung Pc und dem Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung P_FIN bestimmt wird, um die zusätzliche Kraftstoffmenge abzuleiten, die von der Pumpe 50 ausgestoßen werden soll.
Die Routine geht zu Schritt 860 weiter, worin bestimmt wird, ob die Maschinendrehzahl NE größer als 15000 U/min ist oder nicht. Wenn YES ausgegeben wird, was bedeutet, daß die Maschine 2 bei hoher Drehzahl arbeitet, geht die Routine zu Schritt 870, worin das Drosselventil 605 im Hochgeschwindigkeitssteuermodus betätigt wird, wie vorstehend beschrieben. Andererseits, wenn NO ausgegeben wird, was bedeutet daß die Maschine bei niedriger Drehzahl arbeitet, dann geht die Routine zu Schritt 880, worin das Drosselventil 605 im Niedrigdrehzahlsteuermodus betätigt wird, wie vorstehend beschrieben. Wenn es in Schritt 880 erforderlich ist die Kraftstoffmenge zu erhöhen, die weiter von der Pumpe 50 ausgestoßen werden soll, erhöht die ECU 6 den dem Drosselventil 605 zuzuführenden Strom um eine vorgewählte Einheit und bestimmt die Ventil-Ein-Zeit T1.
Die Routine geht zu Schritt 890, worin bestimmt wird, ob der aktuelle Druck auf der gemeinsamen Leitung Pc den Zieldruck auf der gemeinsamen Leitung P_FIN erreicht oder nicht. Wenn NO ausgegeben wird, geht die Routine zu Schritt 850 zurück. Andererseits, wenn YES ausgegeben wird, beendet sich die Routine.
Die Festlegung in Schritt 860, ob die Pumpe 50 im Niedrigdrehzahlsteuermodus oder im Hochdrehzahlsteuermodus betätigt werden soll, kann alternativ durch Berechnung der Abweichung im Kraftstoffdruck auf der gemeinsamen Leitung 4 je Verschiebungseinheit des Nadelventils 673 erfolgen und die Pumpe 50 im Niedrigdrehzahlsteuermodus betätigt werden, wenn die berechnete Abweichung im Druck auf der gemeinsamen Leitung einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, was bedeutet, daß die Änderung der ausgestoßenen Kraftstoffmenge je Verschiebungseinheit des Nadelventils 673 (d.h. Δq/ΔL in 16) erhöht wird.
36 zeigt die Hochdruckpumpe mit variablem Ausstoß 50, die in einem Sammler-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
Die Pumpe 50 dieser Ausführungsform ist grundsätzlich gleich im Aufbau mit der in der dritten Ausführungsform, weist jedoch ein Paar Kraftstoffzuführungsleitungen auf. Insbesondere der Pumpenkopf 700, wie in 36 und 37(a) gezeigt, weist zwei Paare von zylindrischen Kammern 602a und 602c, 602b und 602d auf, die radial um die Antriebswelle 110 in Winkelintervallen von 90° angeordnet sind. Die zylindrischen Kammern 602a und 602c sind, wie klar in 36 gezeigt, miteinander über einen schmalen Flüssigkeitskanal 625a verbunden. Ähnlich sind, wie in 38(a) gezeigt, die zylindrischen Kammern 602b und 602d miteinander über einen schmalen Flüssigkeitskanal 625b verbunden. Die Kolben 621a, 621b, 621c und 621d sind gleitend innerhalb der zylindrischen Kammern 602a bis 602d angeordnet und bilden die Druckkammern 623a, 623b, 623c und 623d zwischen den Köpfen der Kolben 621a bis 621d und den Innenwänden der entsprechenden zylindrischen Kammern 602a bis 602d.
Der Nocken 613 ist in Kontakt mit den Mitnehmerrollen 622, die an den Enden der Kolben 621a bis 621d über die Schuhe 321 befestigt sind. Der Nocken 613 weist zwei Spitzen in der Anhebekurve auf, so daß die aneinander grenzenden beiden der Kolben 621a bis 621d z.B. die Kolben 621a uns 621b sich bei unterschiedlichen Winkelintervallen bewegen. Wenn die entgegengesetzten beiden Kolben 621a bis 621d, z.B. die Kolben 621a und 621c, den Ausstoßtakt bei einer Winkelposition von 120° des Nockens 613 beginnen, beginnen sie den Ansaugtakt bei einer Winkelposition von 60° des Nockens 613. In der folgenden Diskussion werden die Druckkammern 623a, 623b, 623c und 623d, die durch die zylindrische Kammer 602a und den Kolben 621a, die zylindrische Kammer 602b und den Kolben 621b, die zylindrische Kammer 602c und den Kolben 621c und die zylindrische Kammer 602d und den Kolben 621d entsprechend mit Kammer #1, #2, #3 und #4 bezeichnet.
Die Druckkammern 623a und 623d stehen mit den Rückschlagventilen 603a und 603b des Speiseventils 603 in Verbindung, so daß der in den Druckkammern 623a und 623c und in den Druckkammern 623b und 623d komprimierte Kraftstoff über die Auslaßöffnung 633 in Folge ausgestoßen werden kann.
Der Pumpenkopf 700 weist im Inneren, wie klar in 37(a) gezeigt, ein Paar zylindrischer Bohrungen 702a und 702b auf, deren Unterseiten mit den Flüssigkeitskanälen 625a und 625b über die entsprechenden Flüssigkeitskanäle 616a und 616b in Verbindung stehen. Die zylindrischen Bohrungen 702a und 702b stehen ebenfalls mit dem Auslaßkanal 615 des Drosselventils 605 in Verbindung.
Innerhalb der zylindrischen Bohrungen 702a und 702b sind Dichtungsringe 647, Stopper 641, Rückschlagventile 604a und 604b angeordnet. Jedes der Rückschlagventile 604a und 604b besteht aus einem Gehäuse 642 und einem Bolzen 648, der in die entsprechende der Bohrungen 702a und 702b eingeschraubt ist, um das Gehäuse 642, den Stopper 641 und den Dichtungsring 647 darin festzuhalten. Jedes der Gehäuse 642 weist im Inneren einen Flüssigkeitslängskanal 731 und querliegende Flüssigkeitskanäle 732 auf, die rechtwinklig zueinander durch den Flüssigkeitskanal 731 verlaufen. Die Flüssigkeitslängskanäle 731 stehen mit den Flüssigkeitskanälen 616a und 616b über die Kanäle 641a und 641b, die in den entsprechenden Stoppern 641 ausgebildet sind, in Verbindung. Die Flüssigkeitskanäle 616a und 616b führen zu den Druckkammern 623a und 623c und entsprechend zu den Kammern 623b und 623d. Die querliegenden Flüssigkeitskanäle 732 stehen mit dem Auslaß des Drosselventils 605 über den Auslaßkanal 615 in Verbindung.
Jeder der längs gerichteten Flüssigkeitskanäle 731 weist einen Abschnitt mit größerem Durchmesser auf der Stopperseite auf, in welchem ein kappenförmiges Ventil 644 durch eine Feder 646 in ständigen Kontakt mit dem Ventilsitz 645 gebracht wird. Bei jedem der Ventile 644, wie klar in 37(b) zu sehen, sind vier flache äußere Flächen ausgebildet und bilden die Flüssigkeitskanäle 644a zwischen den flachen Flächen und der inneren Wand der entsprechenden der Bohrungen 702a und 702b, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den querliegenden Flüssigkeitskanälen 732 und dem Auslaßkanal 615 herzustellen.
Die Rückschlagventile 604a und 604b öffnen sich als Reaktion auf den Kraftstoffdruck, der vom Auslaßkanal 615 des Drosselventils 605 kommt, und schließen sich durch den Anstieg des Kraftstoffdruckes innerhalb der Druckkammern 623a bis 623d.
Bei den vorgenannten Anordnungen sind erste und zweite Kraftstoffzuführungsleitungen vorgesehen. Bei der ersten Kraftstoffzuführungsleitung wird der vom Zuführungskanal 611 zugeführte Kraftstoff in die Druckkammern 623a und 623c und vom Rückschlagventil 604a durch das Drosselventil 605 gesaugt, komprimiert und in die gemeinsame Leitung 4 durch das Rückschlagventil 603a des Speiseventils 603 ausgestoßen. Bei der zweiten Kraftstoffzuführungsleitung wird der vom Zuführungskanal 611 zugeführte Kraftstoff in die Druckkammern 623b und 623d vom Rückschlagventil 604b über das Drosselventil 605 gesaugt, komprimiert und in die gemeinsame Leitung 4 über das Rückschlagventil 603b des Speiseventils 603 ausgestoßen.
38(a) bis 38(f) zeigt die Arbeitsweise der Pumpe 50, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist.
Ähnlich der dritten Ausführungsform, wenn die Maschinendrehzahl 15000 U/min überschreitet, betätigt die ECU 6 die Pumpe 50 im Hochdrehzahlsteuermodus, in dem nur der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605 gesteuert wird.
Die Druckkammern #1 und #3 sind, wie vorstehend beschrieben, an Winkelintervallen von 90° von den Druckkammern #2 und #4 weg ausgerichtet. Die Anhebekurve, wie in 38(d) gezeigt, an der sich die Kolben 621a und 621c in den Druckkammern #1 und #3 entlang bewegen ist um 90° in der Phase gegenüber der Anhebekurve, wie in 38(e) gezeigt, an der sich die Kolben 621b und 621d in den Druckkammern #2 und #4 entlang bewegen verschoben. Daher ist der Beginn des Drucktaktes der Kolben 621a und 621e in den Kammern #1 und #3 (time d in 38(d)) gegenüber dem Beginn (time b in 38(e)) des Drucktaktes der Kolben 621b und 621d in den Druckkammern #2 und #4 verschoben.
Zwischen den Zeitpunkten a und b sind alle Kolben 621a bis 621c in den Druckkammern #1 bis #4 im Saugtakt, so daß der vom Drosselventil 605 gelieferte Kraftstoffdruck auf die Druckkammern #1 bis #4 verteilt wird. Die Kolben 621a bis 621c bewegen sich langsam. Wenn die Zeit b erreicht ist, saugen die Druckkammern #1 und #3 weiter Kraftstoff an, während die Druckkammern #2 und #4 beginnen komprimierten Kraftstoff abzugeben. Dadurch fließt der vom Drosselventil 605 gelieferte Kraftstoff nur in die Druckkammern #1 und #3, was eine verstärkte Bewegung der Kolben 621a und 621c in den Druckkammern #1 und #3 zu Folge hat.
Wenn der Zeitpunkt c erreicht ist, beenden die Druckkammern #2 und #4 die Abgabe von Kraftstoff und beginnen Kraftstoff anzusaugen. Alle Kolben 621a bis 621c in den Druckkammern #1 bis #4 bewegen sich langsam.
Wenn der Zeitpunkt d erreicht ist, saugen die Druckkammern #2 und #4 weiter Kraftstoff an, während die Druckkammern #1 und #3 beginnen komprimierten Kraftstoff abzugeben. Dadurch fließt der vom Drosselventil 605 gelieferte Kraftstoff nur in die Druckkammern #2 und #4, was eine verstärkte Bewegung der Kolben 621b und 621d in den Druckkammern #2 und #4 zu Folge hat.
39(a) bis 39(f) zeigt die Arbeitsweise der Pumpe 50, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist.
Ähnlich der dritten Ausführungsform, wenn die Maschinendrehzahl niedriger als 15000 U/min ist, betätigt die ECU 6 die Pumpe 50 in Niedrigdrehzahlsteuermodus, in dem die Ventil-Ein-Zeit T1 sowie der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Drosselventils 605 gesteuert werden.
Die ECU 6 bestimmt die Ventil-Ein-Zeit T1 synchron zum Eingang der NE-Impulse, die aus den Ausgangswerten des Maschinendrehzahlsensors 502 erzeugt werden und beginnt, das Drosselventil 605 zu erregen, wenn die Kolben 621a und 621c in den Druckkammern #1 und #3 die Spitze der Anhebekurve des Nockens 613 erreichen, wie in 39(d) gezeigt, und wenn die Kolben 621b und 621d in den Druckkammern #2 und #4 die Spitze der Anhebekurve des Nockens 613 erreichen, wie in 39(e) gezeigt. Bei der Erregung des Drosselventils 605 wird Kraftstoff in die Druckkammern #1, #2, #3 und #4 in einem Maße gesaugt, das von der Rate des Stromflusses durch das Drosselventil 605 abhängt.
Zum Beispiel, wenn es erforderlich ist, eine kleine Menge Kraftstoff in die gemeinsame Leitung 4 einzuspeisen, beginnt die ECU 6 zum Zeitpunkt a' das Drosselventil 605 zu erregen. Alle Kolben 621a bis 621c in den Druckkammern #1 bis #4 sind im Saugtakt, so daß der vom Drosselventil 605 gelieferte Kraftstoffdruck in die Druckkammern #1 bis #4 verteilt wird. Die Kolben 621a bis 621c bewegen sich langsam. Wenn der Zeitpunkt b' erreicht ist, endet die Ventil-Ein-Zeit. Die ECU 6 schließt das Drosselventil 605 und stoppt das Ansaugen von Kraftstoff in alle Druckkammern. Die Kolben 621a bis 621d werden festgehalten, wie sie sind, unabhängig von der Rotation des Nockens 613. Das Festhalten der Kolben 621a und 621c in den Druckkammern #1 und #3 setzt sich bis zum Zeitpunkt d' fort, während das Festhalten der Kolben 621b uns 621d der Druckkammern #2 und #4 weitergeht, bis die Nockenfläche des Nockens 613 die Kolben 621b und 621d zum Zeitpunkt c' erreicht.
Wenn der Zeitpunkt d' erreicht ist, erregt die ECU 6 das Drosselventil 605 erneut. Die Druckkammern #1 und #3 saugen wieder Kraftstoff an, während die Kolben 621b und 621d in den Druckkammern #2 und #4 die Spitze der Anhebekurve des Nockens 613 erreichen, wonach die Druckkammern #2 und #4 beginnen Kraftstoff anzusaugen.
Wenn der Zeitpunkt e' erreicht ist, aberregt die ECU 6 das Drosselventil 605. Alle Druckkammern #1 bis #4 stoppen das Ansaugen von Kraftstoff. Die Kolben 621a bis 621d werden festgehalten, wie sie sind, unabhängig von der Rotation des Nockens 613. Das Festhalten der Kolben 621b und 621d in den Druckkammern #2 und #4 setzt sich bis zum Zeitpunkt g' fort, während das Festhalten der Kolben 621a und 621c der Druckkammern #1 und #3 sich fortsetzt, bis die Nockenfläche des Nockens 613 die Kolben 621a und 621c zum Zeitpunkt f' erreicht.
Wie aus der vorstehenden Diskussion ersichtlich, wird die Bewegung der Kolben 621a und 621c in den Druckkammern #1 und #3 während des Ansaugtaktes mit der der Kolben 621c und 621d in den Druckkammern #2 und #4 während des Ansaugtaktes getauscht. Das erlaubt das Maximaldrehmoment des Nockens 613, das notwendig ist, um die Kolben 621a bis 621d zu bewegen, zu verringern.
Selbst wenn der Ansaugvorgang in einer der ersten und zweiten Kraftstoffzuführungsleitungen im Zeitraum zwischen der Beendigung des Ansaugvorganges und dem Beginn des Ausstoßvorganges in den anderen ersten und zweiten Kraftstoffzuführungsleitungen begonnen wird, wird die Rate, mit der der Kraftstoff in die Druckkammern in den anderen ersten und zweiten Kraftstoffzuführungsleitungen gesaugt wird, durch den Öffnungsgrad des Drosselventils 605 gesteuert. Daher wird die Einstellung der Kraftstoffmenge, die von der Pumpe 50 ausgestoßen wird, mit hoher Genauigkeit erreicht, selbst wenn es erforderlich ist, eine geringe Kraftstoffmenge der gemeinsamen Leitung 4 zuzuführen.
Während die vorliegende Erfindung im Sinne bevorzugter Ausführungsformen dargelegt wurde, um ein besseres Verständnis zu erleichtern, wäre es wünschenswert, die Erfindung in verschiedenster Weise konkretisiert zu sehen, ohne von dem Anwendungsbereich, wie er in den anliegenden Ansprüchen dargestellt ist, abzuweichen.
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, mit der eine Brennkraftmaschine ausgestattet ist, die ausgeführt ist, um den Kraftstoffausstoß einer Kraftstoffeinspritzpumpe durch Steuern der von der Kraftstoffeinspritzpumpe angesaugten Kraftstoffmenge zu steuern. Eine Kraftstoffeinspritzpumpe wird synchron mit der Rotation der Maschine angetrieben, um den Kraftstoff zu komprimieren und einer Sammlerkammer zuzuführen, von der der Kraftstoff in die Zylinder der Maschine eingespritzt wird. Ein Magnetventil bewegt ein Ventilelement linear, um einen Flüssigkeitskanal zu öffnen und zu schließen, der zu der Kraftstoffeinspritzpumpe führt. Ein Steuer gerät betätigt das Magnetventil in einem ersten Steuermodus, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist und in einem zweiten Steuermodus, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist. Im ersten Steuermodus werden die Ventil-Ein-Zeit, in der das Magnetventil eingeschaltet ist, um den Flüssigkeitskanal über ein Ventilelement zu öffnen, sowie der Querschnitt des Flüssigkeitskanals, der durch das Ventilelement geöffnet wird, gesteuert. Im zweiten Steuermodus wird nur der Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals gesteuert. Dadurch wird eine feine Einsteuerung der Kraftstoffmenge, die von der Kraftstoffeinspritzpumpe ausgestoßen wird, über einen großen Bereich der Maschinendrehzahl erreicht.

Claims

Kraftstoffeinspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die aufweist: eine Kraftstoffeinspritzpumpe (20), die Kraftstoff von einer Speisepumpe (11) synchron mit der Rotation der Maschine ansaugt, diesen komprimiert und zur Kraftstoffeinspritzung in die Maschine ausstößt, ein Dosierventil (40), das zwischen der Speisepumpe (11) und der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) angeordnet ist, um die Kraftstoffmenge, die in die Kraftstoffeinspritzpumpe (20) angesaugt wird, zu steuern, wobei das Dosierventil (40) im Inneren einen Flüssigkeitskanal, der mit einem Ende mit der Speisepumpe (11) und am anderen Ende mit der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) in Verbindung steht, und ein Ventilelement zum wahlweisen Öffnen und Schließen des Flüssigkeitskanals und zum Verändern des Querschnitts des durch das Ventilelement geöffneten Flüssigkeitskanals aufweist, und ein Steuergerät, welches das Dosierventil (40) betätigt, so daß der von der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) ausgegebene Kraftstoffdruck einen Zieldruck erreicht, wobei das Steuergerät die Ventil-Ein-Zeit steuert, in der das Ventilelement des Dosierventils (40) den Flüssigkeitskanal in einem Zyklus öffnet und schließt und die Verbindung zwischen der Speisepumpe (11) und der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) herstellt und blockiert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät den geöffneten Querschnitt des Flüssigkeitskanals variabel, unabhängig von der Steuerung der Ventil-Ein-Zeit des Ventilelementes, als eine Funktion des Betriebszustandes der Maschine steuert.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät das Dosierventil (40) in einem ersten Steuermodus, in dem die Ventil-Ein-Zeit und auch der geöffnete Querschnitt des Flüssigkeitskanals des Dosierventils (40) gesteuert werden, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist, und in einem zweiten Steuermodus, in dem nur der geöffnete Querschnitt des Flüssigkeitskanals des Dosierventils (40) gesteuert wird, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, betätigt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät aufweist (a) eine Steuervariablenbestimmungsschaltung, die eine erste Basissteuervariable zur Bestimmung der Ventil-Aus-Zeit des Dosierventils (40) und eine zweite Basissteuervariable zur Festlegung des geöffneten Querschnittes des Flüssigkeitskanals des Dosierventils (40), gemäß der Kraftstoffmenge, die von der der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) ausgestoßen werden soll, festlegt, (b) eine Korrekturschaltung, die, wenn der von der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) ausgegebene Kraftstoffdruck sich vom Zieldruck unterscheidet, die erste Basissteuervariable korrigiert, damit der von der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) ausgegebene Druck den Zieldruck erreicht, (c) eine Entscheidungsschaltung, die entscheidet, ob die korrigierte erste Steuervariable innerhalb eines vorgewählten Steuerbereiches liegt oder nicht, (d) eine Schaltung zur Bestimmung einer ersten Zielsteuervariable, die die korrigierte erste Steuervariable als erste Zielsteuervariable festlegt als die Ziel-Ventil-Ein-Aus-Zeit, wenn festgestellt wird, daß die korrigierte erste Steuervariable innerhalb eines vorbestimmten Steuerbereiches liegt und die eine obere und eine untere Grenze festlegt, die einen Steuerbereich nahe an der korrigierten ersten Steuervariablen als erste Zielsteuervariable festlegt, wenn entschieden wird, daß die korrigierte erste Steuervariable außerhalb des vorgewählten Steuerbereiches liegt, (e) eine Schaltung zur Bestimmung einer zweiten Zielsteuervariable, die die zweite Steuervariable als zweite Zielsteuervariable, d.h. einen Zielöffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals des Dosierventils (40), festlegt, wenn entschieden wird, daß die korrigierte erste Steuervariable innerhalb eines vorgewählten Steuerbereiches liegt und die die zweite Steuervariable korrigiert, um eine zweite Zielsteuervariable zu erzeugen, damit der von der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) ausgegebene Kraftstoffdruck den Zieldruck erreicht, wenn festgestellt wird, daß die korrigierte erste Steuervariable außerhalb des vorgewählten Steuerbereiches liegt.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Dosierventil (40) ein Magnetventil (16) aufweist, das ein Ventilelement bewegt, und wobei das Steuergerät den Ein-Aus-Betrieb des Magnetventils (16) und eine Strommenge steuert, die dem Magnetventil 16 zugeführt wird, um die Ein-Aus-Zeit des Dosierventils (40) und den geöffneten Querschnitt des Flüssigkeitskanals zu steuern.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzpumpe (20) Kraftstoff in eine Sammlerkammer einspeist und darin den Kraftstoff unter hohem Druck speichert, um den Kraftstoff an die in den Zylindern der Maschine angeordneten Einspritzmodule (3) zu liefern, und wobei die Steuereinheit die Ein-Aus-Zeit des Dosierventils (40) und den Öffnungsquerschnitt des Flüssigkeitskanals auf der Basis eines aktuellen Kraftstoffdruckes in der Sammlerkammer, einer Zielkraftstoffeinspritzmenge und eines Zieldruckes des Kraftstoffs, der von den Einspritzmodulen (3) in die Maschine eingespritzt wird, und der Maschinendrehzahl festlegt, so daß der aktuelle Kraftstoffdruck in der Sammlerkammer den Zieldruck des Kraftstoffs erreicht.
Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Dosierventil (40) ein Magnetventil (46, 16) aufweist, das am Einlaß der Kraftstoffeinspritzpumpe (20) angeordnet ist.